Merancang Tata Letak PCB Multi-Antenna: Praktik Terbaik untuk Koeksistensi dan Isolasi
Mengapa Desain Multi-Antenna Penting
Perangkat seluler modern rutin menghosting beberapa antarmuka nirkabel—4G/LTE, Wi-Fi, Bluetooth, dan GNSS—di dalam satu PCB. Merancang untuk lebih dari satu anten bukanlah hal yang mudah; anten harus koeksis tanpa menurunkan performa satu sama lain. Panduan ini mencakup faktor kunci yang mempengaruhi perilaku anten, dari pola radiasi hingga teknik isolasi, dan menunjukkan cara tata letak PCB yang memberikan sinyal yang andal dan berkualitas tinggi.
Dasar Koeksistensi
Ketika beberapa anten dikemas ke dalam perangkat, istilah koeksistensi dalam perangkat merujuk pada kemampuan mereka untuk beroperasi secara simultan tanpa interferensi signifikan satu sama lain. Tujuan desain adalah mencapai isolasi yang memadai sambil mempertahankan efisiensi radiasi setiap anten.
Aturan Desain Kunci
Jauhkan anten dari komponen berisik seperti regulator tegangan dan logika digital.
Sediakan ground plane yang bersih dan kontinu di bawah setiap anten untuk mendukung radiasi yang tepat.
Jaga ruang kosong di bawah anten selama tumpukan PCB.
Saat anten berbagi ground plane yang sama, gunakan teknik seperti via yang di-etch untuk memutus kontinuitas ground plane dan mengurangi coupling.
Pola Radiasi dan Polarisasi
Setiap anten memiliki pola radiasi karakteristik—sering ditampilkan sebagai bentuk 3-D dan potongan 2-D dalam datasheet. Pola menunjukkan bagaimana anten memancarkan sekitar sumbu, dengan emisi terkuat tegak lurus terhadap sumbu panjang anten (polarisasinya).
Gambar 1. Pola radiasi 3-D untuk anten LTE pada 1990 MHz. (Sumber: Antenova)Gambar 2. Potongan 2-D dari pola anten LTE yang sama pada 1990 MHz. (Sumber: Antenova)
Anten Diversitas
Diversitas memanfaatkan dua anten pada frekuensi yang sama untuk meningkatkan keandalan tautan. Anten pertama adalah utama; anten kedua adalah elemen diversitas. Dengan memosisikan dua anten di zona spasial yang berbeda—biasanya 90° terpisah dan dipisahkan oleh setidaknya setengah panjang gelombang—Anda mengurangi coupling saling dan menciptakan pola radiasi yang melengkapi.
Dalam konfigurasi diversitas, kedua anten transmisi secara simultan, dan pemilih memilih sinyal yang lebih kuat. Strategi ini sangat efektif di lingkungan seluler di mana fading multipath umum.
Mengurangi Coupling Anten-ke-Anten
Coupling dapat merusak impedansi input anten dan mengurangi efisiensi radiasi. Teknik mitigasi umum meliputi:
Meningkatkan pemisahan fisik (misalnya, 20–40 mm untuk banyak anten LTE).
Menggunakan struktur isolasi seperti via ground plane yang di-etch.
Menerapkan filter steering beam untuk melemahkan sinyal satu anten pada pita frekuensi anten lain.
Gambar 3. Isolasi vs. jarak antara anten LTE utama dan diversitas (Antenova Integra SR4L049). (Sumber: Antenova)
Isolasi Anten dengan Frekuensi Berbeda
Anten yang beroperasi pada pita yang berbeda harus terisolasi secara listrik untuk mencegah crosstalk. Isolasi diukur dengan koefisien S21 yang diukur dengan analisis jaringan. Strategi praktis meliputi:
Pemisahan fisik yang diarahkan oleh pola radiasi setiap anten.
Penyaringan selektif yang menekan respons satu anten pada frekuensi anten lain.
Routing ground plane yang dioptimalkan dan penempatan via.
Gambar 4. Teknik steering beam untuk meningkatkan isolasi dan korelasi silang dalam aplikasi diversitas. (Sumber: Antenova)
Mengukur Koefisien Korelasi Envelop (ECC)
ECC adalah metrik kunci untuk performa MIMO. Nilai di bawah 0,5 menunjukkan isolasi yang dapat diterima. ECC dapat diturunkan dari S-parameter atau dari pola radiasi jauh—yang terakhir lebih akurat tetapi memerlukan pengukuran pola radiasi.
Gambar 5. Radiasi vs. return loss untuk dua anten yang ditempatkan paralel dan di sudut kanan. Susunan ortogonal menghasilkan kekuatan sinyal yang lebih konsisten. (Sumber: Antenova)
Contoh Praktis
Pertimbangkan smartphone yang mencakup:
Pasangan diversitas LTE/4G untuk konektivitas seluler.
Anten Wi-Fi/Bluetooth untuk data jarak pendek.
Anten GNSS untuk penentuan posisi.
Setiap anten harus terisolasi cukup sehingga sinyal LTE yang kuat tidak mengalahkan radiator Wi-Fi atau GNSS yang lebih lemah. Jarak yang tepat, penyaringan, dan desain ground plane esensial untuk mencapai koeksistensi ini.
Pengujian dan Validasi
Setelah tata letak, lakukan pengujian over-the-air di kamar anekois. Pengukuran dunia nyata ini akan mengungkap coupling atau distorsi pola apa pun, yang memungkinkan Anda menyempurnakan desain sebelum produksi.
Geoff Schulteis adalah Senior Antenna Applications Engineer di Antenova Ltd. Geoff memiliki lebih dari 20 tahun pengalaman dalam merancang, mengintegrasikan, dan menguji anten, dan saat ini memimpin dukungan teknis untuk pelanggan Antenova di Amerika Utara. Ia adalah profesional rekayasa anten dengan lebih dari 20 tahun pengalaman merancang, mengintegrasikan, dan menguji sistem anten untuk produk konsumen dari R&D hingga manufaktur dan peluncuran komersial.
Konten Terkait:
Bagaimana menambahkan anten mengubah proses desain
Mengintegrasikan anten chip ke dalam PCB: Memahami pencocokan anten
Bagaimana mendapatkan performa nirkabel lebih baik untuk perangkat seluler dengan PCB kecil
5G dan GaN: Memahami infrastruktur Massive MIMO sub-6GHz
Bagaimana radio terdefinisi perangkat lunak menangani penyesuaian frekuensi ultra-lebar
Untuk lebih banyak Embedded, langganan newsletter mingguan Embedded.
Geoff Schulteis adalah Senior Antenna Applications Engineer di Antenova Ltd. Geoff memiliki lebih dari 20 tahun pengalaman dalam merancang, mengintegrasikan, dan menguji anten, dan saat ini memimpin dukungan teknis untuk pelanggan Antenova di Amerika Utara. Ia adalah profesional rekayasa anten dengan lebih dari 20 tahun pengalaman merancang, mengintegrasikan, dan menguji sistem anten untuk produk konsumen dari R&D hingga manufaktur dan peluncuran komersial.