Siklus desain sedikit berbeda bila produk nirkabel dan memerlukan antena. Antena mengubah proses desain, karena harus ditempatkan dengan hati-hati, pada posisi terbaik di PCB, dan penting untuk mempertimbangkan hubungannya dengan beberapa komponen lain dalam desain.
Idealnya, perancang harus mengatur elemen RF desain sebelum mempertimbangkan komponen lainnya. Dalam artikel ini, kita melihat tahapan tambahan yang ditambahkan antena ke siklus desain, dimulai dengan pemilihan antena yang paling sesuai.
Pemilihan antena
Antena tertanam yang paling populer adalah grup perangkat yang dipasang di permukaan (SMD). Mereka populer terutama karena penggunaan ruang papan yang efisien, tetapi juga karena mereka dapat mencapai kinerja yang sangat baik di dalam perangkat. Antena ini kecil; mereka bisa sekecil 1 mm dan dialirkan langsung ke PCB host selama proses perakitan papan. Umumnya, mereka dibuat dari substrat laminasi dielektrik bermutu tinggi.
Perancang mungkin juga mempertimbangkan untuk menggunakan modul antena yang sudah jadi. Ini berisi antena dalam paket kecil dengan komponen lain, siap untuk dimasukkan ke dalam desain. Keuntungan utama memilih modul antena adalah fakta bahwa modul itu dapat dimasukkan ke dalam desain, dan sirkuit RF disediakan dalam keadaan siap pakai.
Antena sirkuit cetak fleksibel (FPC) dapat menjadi pilihan yang menarik di mana tata letak komponen desain dibatasi di ruang papan yang tersedia, atau di mana, untuk beberapa alasan, antena SMD tidak akan mudah dipasang. FPC terdiri dari lapisan tipis pita penutup tembaga dengan kabel integral dan konektor UFL untuk menyambungkannya ke papan sirkuit. Cukup tipis untuk sedikit ditekuk ke permukaan melengkung, dan dimasukkan ke dalam ruang kecil di dalam perangkat, mungkin dipasang di dalam casing luar desain. FPC adalah pilihan yang baik di tempat yang sempit, dan populer di perangkat genggam kecil.
Jika desain perangkat mengandung bahan yang dapat mengganggu kinerja, perancang dapat memilih antena eksternal (Gambar 1). Antena tertanam cenderung tidak mencapai kinerja yang kuat di dekat komponen logam, jadi jika fitur logam besar dimasukkan ke dalam desain, antena terminal atau casing yang dipasang di bagian luar perangkat dapat memberikan kinerja terbaik.
Gambar 1. Pilihan antena eksternal meliputi (kiri ke kanan) antena SMD, antena FPC, atau antena terminal. Sumber:Antenova
Antena ini diproduksi dengan bahan isolasinya sendiri untuk mengisolasi sinyal RF, dan jika ada bagian logam di dekatnya, antena ini akan tetap berfungsi dengan kerugian minimal. Antena yang dipasang di casing mengosongkan ruang untuk komponen lain pada PCB, dan karena tidak sensitif terhadap bagian lain dalam desain, antena lebih mudah untuk diintegrasikan.
Penempatan antena
Dari semua komponen dalam desain nirkabel tipikal, antena mungkin yang paling sensitif terhadap posisinya. Oleh karena itu, disarankan agar penempatan antena diputuskan tepat di awal.
Antena SMD disolder langsung ke PCB host, dan posisi antena berimplikasi pada kinerja RF-nya. Antena akan memancar dalam enam arah sepanjang sumbu, biasanya sepanjang antena. Ini berarti bahwa untuk bekerja dengan baik, ia harus memiliki sebanyak mungkin arah yang bebas dari penghalang reflektif dan penyerapan. Untuk alasan ini, antena sering ditempatkan di sudut PCB, atau dirancang untuk digunakan di salah satu tepi PCB. Produsen merancang antena mereka untuk beroperasi di posisi yang berbeda, dan lembar data untuk setiap antena akan menentukan dengan tepat bagaimana antena memancar, dan bagaimana menempatkannya pada PCB host untuk mengoptimalkan kinerja.
Gambar 2. Antena SMD ditempatkan di tepi panjang PCB. Sumber:Antenova
Ada komponen tertentu yang perlu ditempatkan sejauh mungkin dari antena, karena menimbulkan noise dan cenderung menyebabkan impedansi pada kinerja antena yang terpancar. Penyebab utama gangguan adalah motor, baterai, dan semua komponen dengan kandungan logam tinggi seperti LCD.
Terakhir, selubung luar perangkat juga dapat menyebabkan gangguan pada bidang radiasi antena. Jika perangkat memiliki penutup plastik, berhati-hatilah, karena plastik memiliki konstanta dielektrik yang lebih tinggi daripada udara, dan kemungkinan dapat mengurangi frekuensi resonansi antena.
Pesawat darat dan desain papan untuk RF
Antena SMD biasanya membutuhkan bidang tanah untuk memancarkan. Dalam desain tertanam, bidang dasar adalah bagian dari PCB yang menyediakan permukaan datar yang bersebelahan untuk sinyal RF untuk membalas. Bidang tanah harus memiliki panjang tertentu, yang terkait dengan panjang gelombang antena terpanjang. Oleh karena itu, sangat penting untuk menyediakan jumlah ruang yang tepat untuk ground plane pada PCB, karena hal ini akan memungkinkan antena memancar secara efisien.
Sekali lagi, ini akan dijelaskan di lembar data pabrikan antena. Kadang-kadang bidang tanah berada di bawah antena, dan kadang-kadang berdekatan dengannya; ini akan bervariasi dari antena ke antena, dan akan menjadi faktor dalam pemilihan antena SMD Anda.
Selain membutuhkan ground plane, antena seringkali membutuhkan ruang tertentu di sekitarnya agar bebas dari komponen lain—area yang tidak boleh dilewati. Persyaratan pencegahan untuk setiap antena juga unik untuk setiap antena individu, dan area ini harus dijauhkan dari komponen lain, mungkin melalui beberapa lapisan, jika tidak semua papan di bawah antena.
Performa RF perangkat akan menjadi yang terbaik jika jalur jejak RF dibuat sesingkat mungkin dari radio ke antena. Ini karena saluran transmisi yang lebih panjang lebih rentan terhadap pantulan dan kehilangan energi sinyal dalam jejak tembaga, yang dapat menurunkan kinerja perangkat yang terpancar secara keseluruhan. Oleh karena itu, kami menyarankan agar elemen RF desain ditempatkan sedekat mungkin dengan antena.
Beberapa desain akan mendapat manfaat dari sirkuit pencocokan elemen yang disatukan—seperti sirkuit pencocokan Pi—dalam sirkuit RF untuk menyetel antena guna meningkatkan bandwidth kerja.
Gambar 3. Desain antena dengan rangkaian tuning aktif dapat mengatasi pengurangan bandwidth yang terlihat dengan ground plane yang lebih kecil. Sumber:Antenova
Ulasan Gerber dan pengujian RF
Sebelum desain diselesaikan, tinjauan tata letak file Gerber memberikan pemeriksaan yang baik terhadap sirkuit RF dan saluran transmisi di tumpukan lapisan desain PCB dan akan menandai area yang tidak sepenuhnya benar. Tinjauan Gerber memeriksa bahwa antena, modul, saluran transmisi, vias, dan bahan PCB semuanya dioptimalkan untuk kinerja RF yang baik. Beberapa perusahaan desain antena mengenakan biaya untuk ulasan Gerber, sementara yang lain menawarkannya secara gratis, atau Anda dapat menggunakan paket desain perangkat lunak untuk tujuan ini.
Tes selanjutnya adalah mengukur seberapa baik kinerja antena pada PCB-nya. Ini dilakukan di ruang anechoic. Namun, antena dapat bekerja dengan baik dalam kondisi ruang yang sempurna, dan kemudian berperilaku berbeda dalam aplikasi akhirnya, di mana orang dan benda di lingkungan dapat mempengaruhi bagaimana antena memancarkan. Jadi, dengan desain perangkat yang dapat dikenakan, atau perangkat medis yang akan digunakan di dekat tubuh manusia, antena harus disetel dan diuji dengan kepala hantu atau tangan hantu di ruang anechoic.
Beberapa tes lagi dapat menilai seberapa baik desain akan bekerja dalam kehidupan nyata:pengujian pasif, pengujian over-the-air (OTA), dan radar aperture sintetis (SAR). Hasilnya akan diukur untuk efisiensi, emisi palsu, total daya terpancar, dan sensitivitas isotropik total.
Sangat penting untuk menguji desain, untuk memastikan bahwa perangkat akan bekerja dengan benar dalam penggunaan sehari-hari, dan tidak akan menghasilkan emisi atau gangguan. Pengujian ini sangat penting jika desainnya memerlukan persetujuan jaringan operator, dan biasanya menggunakan layanan pengujian RF spesialis.
Terakhir, setiap desain untuk jaringan seluler harus disertifikasi oleh operator jaringan seluler untuk mendapatkan persetujuan untuk digunakan di jaringannya.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EDN.
Geoff Schulteis adalah spesialis aplikasi antena RF dan memimpin dukungan teknis untuk desain pelanggan Antenova di Amerika Utara.
Konten Terkait:
Mengintegrasikan antena chip ke dalam PCB:Memahami pencocokan antena
Cara mendapatkan kinerja nirkabel yang lebih baik untuk perangkat seluler dengan PCB kecil
Mengatasi masalah desain PCB
Mengubah chip dan komunikasi sistem
Bagaimana tingkat kebisingan sistem dalam antarmuka digital dapat menyebabkan kesalahan palsu dalam memori Flash serial
Untuk lebih banyak Tertanam, berlangganan buletin email mingguan Tertanam.
Geoff Schulteis adalah spesialis aplikasi antena RF dan memimpin dukungan teknis untuk desain pelanggan Antenova di Amerika Utara.