BESTE PRAKTIKEN UND RATSCHLÄGE
ZUR ANTENNENABSTIMMUNG
Konnektivität ist in der heutigen Welt von entscheidender Bedeutung und Geräte auf dem Markt erfordern eine starke Signalstärke, um Spitzenleistungen zu ermöglichen. Die Integration einer Antenne ist nicht trivial, egal ob es sich um ein Standardprodukt oder eine stark kundenspezifische Lösung handelt, und sollte nicht im Nachhinein in Betracht gezogen werden.
Das KYOCERA AVX-Antennendesignteam empfiehlt dringend, das Antennendesign und/oder den Antennenintegrationsprozess so früh wie möglich zu berücksichtigen, idealerweise während des Produktdesigns und der Auswahl des Funkmoduls. Eine perfekte Abstimmung zwischen Radio und Antenne stellt sicher, dass alle Anforderungen an die drahtlose Konnektivität erfüllt werden.
Metallschlag
1In den meisten Fällen eignet sich die Nähe metallischer Elemente nicht optimal für eine Antenne, es sei denn, sie wird als Reflektor verwendet. Tatsächlich reflektiert eine metallische Oberfläche die gesamte HF-Leistung der Antenne, und da Antennen reziprok sind, wirkt sich dies auch auf die Leistung/Wellen aus, die versuchen, die Antenne zu erreichen. Metallische Oberflächen sind der Feind der Ausbreitung im freien Raum und deshalb strahlt eine Antenne in einem Metallkasten ohne Öffnungen keine Leistung außerhalb dieses Kastens ab. Auch wenn die Antenne in vielen Fällen Unterstützung durch ihre Erdungsebene benötigt, um zu funktionieren, sollte die Nähe metallischer Elemente um die Antenne herum vermieden werden. Solche Komponenten sind Kühlkörper, Anschlüsse, Spiegel, B2B-Anschlüsse, Abschirmdosen, andere Leiterplatten mit Masse, Ferritperlen und -spulen, große Kondensatoren, Batterien und deren Batterieanschlüsse, LCD/Display und deren Kabelbaum, andere Kabel oder Leitungen …
LCD und Batterien werden in der Antennenwelt als metallische Elemente betrachtet, ebenso wie ihre Kabelbäume, die mit der Hauptplatine des Geräts verbunden sind. Die Position und Größe der Batterie oder des LCD-Anschlusses/Kabels kann sich ebenfalls auf die Antennenabstimmung auswirken. Da die Antenne elektrische Signale in elektromagnetische Luftwellen umwandelt, induziert sie tatsächlich HF-Ströme, die auf dem Boden des Geräts, einschließlich der Batterie/des Displays und seiner Anschlüsse oder Kabel, fließen. Wenn HF-Ströme durch die Batterie oder das LCD fließen, kann es zu konstruktiven (Ströme, die in eine Richtung verlaufen und wie eine Verlängerung der Masseebene verwendet werden) oder destruktiven Interferenzen (Ströme, die in einer Zickzackform wirken) kommen. LCDs sind außerdem eine wichtige Quelle für elektromagnetisches Rauschen und können nicht nur das Strahlungsmuster beeinflussen, sondern auch Rauschen im Signal verursachen, wodurch die Empfindlichkeit des Geräts beeinträchtigt wird
Kabelführung und Erdung
2Es wird dringend empfohlen, Kabel und Leitungen weit entfernt vom Antennenstandort zu verlegen und diese Kabel, wenn möglich, an einigen Stellen auf der Haupterdung des Geräts zu erden. Diese Erdung kann durch Laserbearbeitung des Kabelmantels und durch Anlöten kleiner Clips an dieser Stelle bis zur Haupterdung erfolgen.
Antennenkopplung
3Die Nähe anderer Antennen wirkt sich auf die HF-Leistung aus, insbesondere wenn die andere Antenne in derselben Frequenzbandbreite arbeitet. Es gibt Tricks, um die Isolation bzw. Kopplung zwischen zwei Antennen zu verbessern. Durch die IMD-Technologie können zwei Antennen näher angeordnet werden. Allerdings können zusätzliche Tricks verwendet werden, wie Schlitze in der Erdung, das Anbringen von Reflektorantennen an bestimmten Stellen, das Hinzufügen von Kerbfiltern, das Ausstrahlen jeder Antenne mit unterschiedlicher Polarisation oder das Sicherstellen, dass die Phase jedes Antennensignals um 90 Grad verschoben wird.
Kabelführung – Sperrbereich
4Off-Board-Antennen sind Antennen, die über ein Kabel, einen Stecker oder Kabelbäume mit dem Radio verbunden sind. Jedes Anschlusskabel der Antenne muss ordnungsgemäß verlegt werden, um die Antennenstrahlung konstruktiv zu beeinträchtigen. Bordantennen erfordern möglicherweise einen Sperrbereich oder einen sogenannten Freiraumbereich. Um die Antennenleistung zu maximieren, ist es besser, den empfohlenen Abstandsbereich aus dem Antennendatenblatt zu befolgen. Der Sperrbereich gehört ebenso zur Abstimmung der Antenne wie der Antennenstandort und die Abmessungen der Leiterplatte.
Beeinträchtigung der gedruckten Leitungen auf der Leiterplatte
5Es ist vorzuziehen, einen großen Abstand (Viertelwellenlänge) zwischen der Antenne und digitalen Hochgeschwindigkeitsleitungen einzuhalten. Diese Leitungen würden als Antennen fungieren und die abgestrahlte HF-Leistung bei einer bestimmten Frequenz, bezogen auf die entsprechende Viertelwellenlänge, negativ koppeln. Obwohl es möglich ist, diese Leitungen zu entkoppeln, um die durch die Verwendung einiger Induktivitäten erzeugte Kopplung zu verringern, deren Werte zwischen 80 und 150 nH variieren, ist es sicherer, diese Leitungen fernzuhalten.
Ebenso können die Gleichstromleitungen, die einige Motoren und akustische Komponenten wie Mikrofone, Hörmuscheln, Lautsprecher und Vibratoren versorgen, die HF-Leistung der Antenne erheblich beeinträchtigen. Diese Leitungen können bis zu einem bestimmten Punkt entkoppelt werden, indem auf jeder Leitung Induktoren angebracht werden.
Auswirkungen von Materialien
6Jedes die Antenne umgebende Material mit einer Dielektrizitätskonstante (die Dielektrizitätskonstante, Dk oder Verlusttangens genannt wird), die sich von 1 unterscheidet (Luftpermittivität ist 1, Wasser ist 80), wirkt sich auf die Antennenabstimmung aus. Andere Parameter wie der Abstand dieser Materialien zur Antenne und die Menge spielen eine Rolle bei der Definition der äquivalenten effektiven Permittivität rund um die Antenne. Bei allen Kunststoffharzen, Epoxidharzen, Vergussmaterialien und laminierten Strukturen treten nicht vernachlässigbare HF-Verluste auf, die sich auf die Strahlung der Antenne auswirken.
Design der Antennenzuleitung
7Ein oft als selbstverständlich angesehener Parameter ist die Gestaltung des Übergangs zwischen dem Ausgang des Radios und dem Eingang der Antennenspeisung. Dieser Übergang muss die richtige erwartete Impedanz (häufig 50 Ohm) aufweisen, um den Reflexionskoeffizienten auf der Antenneneingangsebene zu optimieren. Für den Fall, dass das Design eine Z0-Charakteristikimpedanz erfordert, kann man den Laminathersteller bitten, TDR-Coupons auf seinem Laminatpaneel anzubringen, um die Leitungen zu erkennen, die um mehr als +/- 10 % vom erwarteten Wert abweichen.
PI-Netzwerk
8Um sicherzustellen, dass die Impedanz der Antenne mit der Ausgangsimpedanz des Funkgeräts übereinstimmt, empfiehlt es sich, immer einen PI-Formanpassungsschaltkreis-Footprint (3 Komponenten, SHUNT-SERIAL-SHUNT) hinzuzufügen, der zum Definieren der Anpassung verwendet werden kann Schaltung, die die Leistungsübertragung zur Antenne maximiert. Wenn die PI-Formanpassungsschaltung nicht verwendet wird, kann ein 0-Ohm-Widerstand auf den Fußabdruck der SERIEN-Komponente gelötet werden und der Fußabdruck der SHUNT-Komponenten kann OFFEN gelassen werden.
Passende Netzwerkempfehlungen
9Bei der Auswahl der Komponenten für die Anpassschaltung, Filterung oder Entkopplung ist es zwingend erforderlich, dass die SRF (Selbstresonanzfrequenz) der ausgewählten Komponenten mit der Frequenz des Funksignals kompatibel ist. SRF hängt von der Komponentengröße, der Verpackung und der Fertigungstechnologie ab. Wir empfehlen die Verwendung von Accu-P® und Accu-L® Dünnschichtkondensatoren und Induktivitäten von KYOCERA AVX, um die genaueste Anpassungsschaltung zu erhalten.
Kabel testen
10Beim Design der Leiterplatte empfiehlt es sich, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, ein halbstarres HF-Kabel anzulöten, um den Ausgang des HF-Radios oder die Antennenimpedanz (für die Debugging-Phase) zu überprüfen. Hierzu ist ein nicht zusammengebauter, aus drei Komponenten bestehender T-förmiger Schaltkreis SERIAL-SHUNT-SERIAL nützlich, der sich vor dem PI-Anpassungsschaltkreis der Antenne befindet (damit sich der Anpassungsschaltkreis auf der Antenne und dem gelöteten Kabel befindet). Das HF-Kabel kann auf die SHUNT-Komponentenfläche des T-SHAPE gelötet werden und mit einem 0-Ohm-Stecker kann der HF-Pfad entweder zum Radio oder zur Antennenanpassungsschaltung gewählt werden.
Reale Case-Tuning-Bedingungen
11Wenn Sie eine Antenne für ein Wearable-Produkt oder ein Produkt entwerfen, das unter ganz bestimmten Bedingungen verwendet wird, stimmen Sie die Antenne immer auf diese realen Anwendungsfälle ab (wenn das Gerät getragen wird oder sich in einer bestimmten Position befindet), anstatt die Antenne unter Freiraumbedingungen abzustimmen. KYOCERA AVX verfügt über sämtliches Zubehör (Kopf, Hände), um die Antenne auf körperähnlichem Material zu testen.
