Cara menempatkan dua atau lebih antena dalam satu desain
Merancang PCB dengan lebih dari satu antena tidaklah mudah . Artikel ini menyoroti beberapa faktor yang memengaruhi perilaku antena dan sinyal RF-nya dan yang harus dipertimbangkan dalam tata letak PCB.
Menempatkan antena dalam desain selalu membutuhkan perawatan, tetapi ketika ada dua atau lebih antena dalam desain, bahkan lebih penting untuk memahami bagaimana antena memancarkan, bagaimana mereka akan bekerja bersama-sama, dan bagaimana posisi relatif mereka akan mempengaruhi sinyal.
Umumnya, antena SMD dirancang untuk berdampingan di dekat komponen lain, asalkan beberapa aturan dasar dipatuhi.
Sarannya adalah untuk menjauhkan antena dari komponen bising lainnya dan untuk memungkinkan ground plane di bawah antena, untuk memungkinkannya memancar secara efektif. Penting untuk menjaga ruang di bawah antena tetap bersih di seluruh susunan PCB.
Untuk merancang perangkat dengan beberapa antena berbeda di dalamnya, Anda perlu mengetahui bagaimana beberapa antena akan hidup berdampingan dan bekerja dalam satu sistem tunggal pada PCB. Persyaratan agar berbagai sistem radio beroperasi dengan antena yang berdekatan satu sama lain disebut “koeksistensi dalam perangkat”.
Dalam beberapa kasus, dua antena digunakan untuk bekerja bersama pada frekuensi yang sama dalam konfigurasi keragaman, yang akan memberikan transmisi yang lebih kuat daripada satu antena saja. Dalam kasus lain, perangkat membutuhkan lebih dari satu koneksi nirkabel yang beroperasi pada frekuensi yang berbeda dan desain harus memungkinkan beberapa pemisahan antara ini, untuk memungkinkan mereka beroperasi secara independen dalam "koeksistensi".
Dengan desain yang bagus, Anda dapat mencapai kinerja dan keandalan tinggi untuk semua antena di papan. Tujuan perancang adalah menempatkan antena sedemikian rupa sehingga mencapai isolasi antara semua antena dan memungkinkan semuanya beroperasi dengan benar bersama-sama.
Pola radiasi
Setiap antena memiliki pola radiasinya sendiri, yang akan ditampilkan pada lembar data pabrikan, karena antena akan memancar dalam kondisi sempurna, misalnya di ruang anechoic.
Pola radiasi biasanya ditampilkan sebagai pola 3D dan sebagai penampang dua dimensi dari pola tersebut. Antena akan memancar di sekitar sumbu yang membentang di sepanjang antena, dan energi listrik dari antena dipantulkan paling kuat ke arah yang tegak lurus terhadap sumbu itu. Ini adalah polarisasi antena.
Pola radiasi antena biasanya diukur di tengah pita frekuensi tempat antena akan digunakan.
Gambar 1. Pola antena 3D untuk antena LTE pada 1990 MHz. (Sumber:Antenova)
klik untuk gambar ukuran penuh Gambar 2. Pola antena untuk antena LTE yang sama pada 1990 MHz, penampang. (Sumber:Antenova)
Pasangan keragaman
Diversity adalah teknik antena di mana dua antena digunakan bersama pada frekuensi yang sama untuk membuat koneksi nirkabel yang lebih andal. Ini adalah solusi hebat untuk perangkat nirkabel seluler yang bergerak di ruang bebas, karena dua antena yang bekerja bersama-sama cenderung memberikan tautan yang andal saat perangkat bergerak.
Dengan keragaman, antena pertama adalah antena utama dan antena kedua adalah antena keragaman. Kedua antena dapat berbagi bidang tanah yang sama, dan ditempatkan di zona spasial yang berbeda, hal ini mengurangi “coupling” – sebuah fenomena di mana kedua antena memantulkan sinyal yang serupa.
Dalam konfigurasi keragaman, kedua antena mentransmisikan secara bersamaan, tetapi menunjuk ke arah yang berbeda. Penerima kemudian akan mengambil yang lebih kuat dari dua sinyal, yang akan meningkatkan keandalan sinyal yang diterima. Sepasang antena dapat ditempatkan di sudut berlawanan atau sisi berlawanan dari PCB.
Ketika antena digunakan dalam konfigurasi keragaman, antena ditempatkan untuk mengurangi kopling – yaitu, kedua antena ditempatkan sedemikian rupa sehingga pola radiasinya benar-benar berbeda satu sama lain.
Polarisasi
Polarisasi antena sejajar dengan sumbu panjang antena, dan antena memancarkan energinya secara tegak lurus terhadap sumbu ini, dengan zona daya nol di setiap ujung antena.
Untuk korelasi silang terbaik, pasangan antena diversitas harus ditempatkan pada polarisasi silang, polarisasi berbeda dalam ruang dan dalam polaritas. Penerima akan mengambil sinyal terkuat dari satu atau yang lain dari antena. Ini mencapai penerimaan yang lebih kuat daripada yang dapat dicapai dengan satu antena saja. Dalam praktiknya, ini biasanya berarti bahwa kedua antena akan ditempatkan pada 90° satu sama lain, yang menghasilkan polarisasi berbeda, dan mengirimkan sinyal yang lebih andal ke penerima saat perangkat bergerak.
Mengurangi efek kopling
Kopling antena-ke-antena adalah kejadian alami dalam perangkat kompak. Hal ini mengurangi pola radiasi dan meningkatkan interferensi lintas saluran yang dialami oleh setiap antena. Ini juga mengubah karakteristik input antena. Anda dapat meminimalkan efek kopling dengan mengetsa melalui bidang dasar.
Jarak antar antena
Jarak antara dua antena keragaman harus setidaknya seperempat panjang gelombang, dan jarak antara keduanya akan mempengaruhi sinyal.
klik untuk gambar ukuran penuh Gambar 3:Contoh –Diagram menunjukkan Isolasi vs. Jarak dari antena Utama ke antena Diversity. 40mm, 25mm dan 20mm ditampilkan untuk perbandingan. Contoh ini menunjukkan antena Integra Antenova SR4L049. (Sumber:Antenova)
Mengisolasi antena pada frekuensi yang berbeda
Antena yang beroperasi pada frekuensi yang berbeda harus ditempatkan agar tidak saling mengganggu. Dalam istilah antena, mereka harus diisolasi secara elektrik satu sama lain. Tujuannya adalah untuk menempatkan setiap antena sehingga mencapai kinerja tinggi, namun isolasi dapat mengurangi daya pancar antena. Nilai isolasi diukur sebagai koefisien S21, dengan penganalisis jaringan.
Ada beberapa cara untuk meningkatkan isolasi antara antena. Menempatkan antena lebih jauh, dengan mempertimbangkan pola radiasinya, akan membuat beberapa pemisahan, yang akan membantu.
Menempatkan antena sehingga ada isolasi antara setiap pasang antena akan membantu mereka memancar secara independen, tetapi dengan beberapa pengurangan daya pancar dari masing-masing antena.
Opsi berikutnya adalah menggunakan filter untuk mengurangi efisiensi satu antena pada frekuensi yang dibutuhkan antena lawan.
Gambar 4. Beam steering merupakan teknik antena untuk meningkatkan isolasi dan korelasi silang dalam aplikasi diversitas. (Sumber:Antenova)
ECC (Koefisien Korelasi Amplop)
Untuk memverifikasi kemampuan isolasi sistem antena MIMO, ECC merupakan kriteria kinerja penting dalam sistem antena MIMO untuk dipelajari. ECC dapat dihitung berdasarkan parameter S atau karakteristik medan jauh dari sistem antena. ECC berdasarkan parameter medan jauh mempertimbangkan arah pancaran sinar dari setiap antena dalam sistem antena MIMO, sedangkan ECC berdasarkan parameter S mempertimbangkan karakteristik port dari dua antena.
ECC berdasarkan sifat medan jauh dianggap lebih akurat dalam analisis isolasi, meskipun lebih sulit karena kebutuhan untuk mengukur pola radiasi antena. Nilai ECC kurang dari 0,5 umumnya dianggap dapat diterima untuk sistem antena MIMO.
klik untuk gambar ukuran penuh Radiasi vs. Return loss Gambar 5:Gambar menunjukkan plot radiasi untuk dua antena secara paralel dan tegak lurus, dan bagaimana konfigurasi kedua menunjukkan sinyal yang lebih konsisten. (Sumber:Antenova)
Kesimpulan
Banyak perangkat seluler menggunakan beberapa koneksi nirkabel. Mereka dapat berupa kombinasi antena pemosisian 4G/LTE, MIMO/WLAN, Bluetooth atau GNSS, dan dapat dengan mudah ada lima atau enam antena dalam satu desain – misalnya antena keragaman untuk LTE/4G untuk menyediakan tautan seluler, Wi- Antena Fi untuk Bluetooth, dan antena GNSS untuk penentuan posisi. Dalam hal ini, tujuannya adalah agar semua antena beroperasi berdampingan, tetapi tanpa mengganggu satu sama lain, dalam lingkungan multi-sistem. Jika ko-eksistensi tidak dipertimbangkan, mungkin saja sinyal LTE/4G yang kuat akan memblokir sinyal dari antena yang lebih kecil, seperti antena Wi-Fi kecil.
Merancang PCB dengan lebih dari satu antena tidaklah mudah. Artikel ini menyoroti beberapa faktor yang memengaruhi perilaku antena dan sinyal RF-nya dan yang harus dipertimbangkan dalam tata letak PCB. Untuk memastikan bahwa semua komponen bekerja sama dengan benar, PCB harus dikirim untuk pengujian over-the-air di ruang anechoic. Ini akan menyoroti modifikasi apa pun yang diperlukan untuk desain dan menunjukkan bagaimana antena berperilaku bersama dan memprediksi kinerja dunia nyata untuk perangkat.
Geoff Schulteis adalah Senior Antenna Applications Engineer di Antenova Ltd. Geoff memiliki pengalaman lebih dari 20 tahun dalam merancang, mengintegrasikan, dan menguji antena, dan saat ini dia mengepalai dukungan teknis untuk pelanggan Antenova di Amerika Utara. Dia adalah seorang profesional teknik antena dengan pengalaman lebih dari 20 tahun merancang, mengintegrasikan dan menguji sistem antena untuk produk konsumen dari R&D melalui manufaktur dan penyebaran komersial.
Konten Terkait:
Bagaimana menambahkan antena mengubah proses desain
Mengintegrasikan antena chip ke dalam PCB:Memahami pencocokan antena
Cara mendapatkan kinerja nirkabel yang lebih baik untuk perangkat seluler dengan PCB kecil
5G dan GaN:Memahami infrastruktur MIMO masif sub-6Ghz
Bagaimana radio yang ditentukan perangkat lunak menangani penyetelan frekuensi ultra lebar
Untuk lebih banyak Tertanam, berlangganan buletin email mingguan Tertanam.
Geoff Schulteis adalah Senior Antenna Applications Engineer di Antenova Ltd. Geoff memiliki pengalaman lebih dari 20 tahun dalam merancang, mengintegrasikan, dan menguji antena, dan saat ini dia mengepalai dukungan teknis untuk pelanggan Antenova di Amerika Utara. Dia adalah seorang profesional teknik antena dengan pengalaman lebih dari 20 tahun merancang, mengintegrasikan dan menguji sistem antena untuk produk konsumen dari R&D melalui manufaktur dan penyebaran komersial.