이 기사의 요점.
-RF 안테나는 칩에 통합된 평면 안테나부터 PCB에 직접 인쇄된 구리 안테나까지 다양한 형태로 제공됩니다.
- 하나 이상의 안테나로 레이아웃을 생성할 때 PCB의 다른 회로 블록이 서로 격리되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다.
-RF 안테나를 설계할 때 CAD 도구를 사용해야 하며, 이는 PCB용 절연 구조, 전이 구조 및 인쇄된 안테나까지 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.
오늘날에는 안테나가 포함되지 않은 가전 제품을 상상하기 어렵고 차고 도어 오프너도 Bluetooth 또는 WiFi를 통해 휴대폰에 연결할 수 있습니다. 새로운 RF 안테나가 PCB 레이아웃에 추가될 때마다 특히 현재 설계가 다시 아날로그 설계 기술에 초점을 맞추고 있기 때문에 RF 설계자에게 새로운 문제가 발생합니다. 새로운 PCB에 많은 RF 기능이 추가되는 상황에서 설계자는 시스템의 신호가 손상되지 않고 신호 무결성이 유지되도록 어떻게 보장할 수 있습니까?
몇 가지 간단한 설계 선택은 RF 신호가 근처의 디지털 구성 요소에 의해 약화되지 않도록 할 수 있을 뿐만 아니라 여러 아날로그 신호 간의 간섭을 방지하는 데도 도움이 됩니다. 혼합 신호 또는 전체 RF 시스템을 설계할 때 고려해야 할 많은 RF 설계 측면이 있지만 안테나 설계와 레이아웃은 아마도 가장 중요한 두 가지일 것입니다. 아래에서는 PCB 레이아웃의 RF 안테나 설계와 아날로그 신호 무결성을 보장하는 방법에 대해 알아봅니다.
RF 안테나 설계 기본
맞춤형 안테나를 설계하거나 RF PCB용 COTS 안테나를 선택할 때 따라야 할 몇 가지 기본 사항이 있습니다. 모든 RF 안테나에는 설계 단계에서 고려해야 하는 몇 가지 특별한 특성이 있습니다. 각 안테나에는 다음 구성 요소가 있어야 합니다.
- 플로팅 전도성 라디에이터: 방사를 방출하는 데 사용되는 안테나 유닛.
- 참조 평면: 안테나의 참조 평면 또는 단위는 각 안테나 모드에서 안테나 구조의 방향성을 결정하는 데 도움이 됩니다.
- 급전선: 급전선은 RF 요소에서 방사 안테나 장치로 입력 신호를 전송하는 데 사용됩니다.
-임피던스 매칭 네트워크: 안테나는 일반적으로 약 10옴의 임피던스를 가지므로 반사를 방지하고 원하는 반송파 주파수 및 대역폭에서 최대 전력 전달을 보장하기 위해 급전선 임피던스와 일치해야 합니다.
많은 표준 안테나 설계가 잘 연구되었습니다. 인터넷에서 많은 참조 설계를 찾을 수 있으며, 이를 자신의 PCB 레이아웃에 복사할 수 있습니다. 또한 마이크로파 엔지니어링 교과서에서 표준 안테나 구조에 대한 많은 설계 공식을 찾을 수 있습니다. 마지막으로 COTS RF 안테나를 사용하려는 경우 시중에 저렴한 디자인이 많이 있습니다. 어떤 RF 안테나를 사용하기로 선택하든 보드의 다양한 부분 사이의 간섭을 방지하기 위해 레이아웃에 신중하게 배치해야 합니다.
RF 안테나 레이아웃 팁
안테나를 설계한 후에는 PCB의 어디에 배치해야 하는지 결정해야 합니다. RF 설계자는 RF 프런트 엔드, 백 엔드 및 디지털 섹션 간의 간섭을 방지하기 위해 혼합 신호 설계자(대부분의 RF 보드는 실제로 혼합 신호 보드임)로부터 몇 가지 팁을 얻을 수 있습니다.
- 효율적인 방사: 안테나 장치의 방사가 기판을 떠나 PCB 레이아웃의 다른 구조에 의해 선택되지 않도록 설계되었습니다.
-격리: 다시 말하지만, PCB 레이아웃의 여러 부분이 서로 직접 간섭하는 것을 원하지 않습니다.
-EMC(Electromagnetic Compatibility): 마지막으로 레이아웃이 광범위한 주파수에서 신호를 방출할 수 있는 다른 장치로부터 신호를 수신하지 않도록 해야 합니다.
PCB의 실제 설계에서 대부분의 설계 목표는 경쟁하지만 이러한 설계 목표의 균형을 유지하는 데 도움이 되는 두 가지 핵심 사항을 따라야 합니다.
PCB 레이아웃에서 회로 블록을 서로 분리하여 유지
이것은 기본적인 혼합 신호 PCB 설계 포인트이며 RF 안테나의 레이아웃에도 적용됩니다. 안테나 섹션은 보드에 배치하고 다른 회로 블록과 분리해야 합니다. 일반적으로 안테나 섹션을 보드 가장자리에 가깝게 배치하고 다른 아날로그 구성 요소에서 멀리 배치하는 것이 가장 좋습니다. 이것은 강한 복사를 보드의 한 위치로 제한하고 섹션 간의 간섭을 최소화합니다.
메싱의 문제는 서로 다른 섹션의 리턴 경로가 서로 간섭하지 않도록 하는 것입니다. 그렇지 않으면 노이즈 커플링과 혼선이 발생합니다. 고급 PCB 설계 도구에 통합된 필드 솔버를 사용하면 레이아웃을 생성할 때 반환 경로의 편차를 감지하는 데 도움이 됩니다. 고주파수 설계의 경우 일관된 반환 경로를 보장하기 위해 연속 접지면 구조를 사용합니다.
절연 안테나 섹션
최신 휴대폰 및 고속 데이터 네트워킹 장치는 RF 절연 기술의 황금 표준이 된 독창적인 절연 구조를 사용합니다. 간단히 말해서, 절연은 송신기와 수신기 사이의 전파 전파를 막기 위해 기판의 RF에 민감한 부품 주위에 차폐를 배치하는 것입니다. 아래 표는 RF 안테나 섹션에서 구성 요소, 급전선 및 안테나를 분리하거나 외부 노이즈 소스를 분리하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 구조를 설명합니다.
절연 구조는 일반적으로 RF 구성요소 사이에 배치되어 잡음 결합 및 이들 간의 전력 교환을 방지합니다. RF 안테나 신호의 무결성을 보장하기 위해 사용할 격리 구조를 결정하는 것은 업계에서 철저히 연구한 복잡한 설계 문제입니다. 타원 통합의 전문가가 아닌 경우 이러한 구조가 급전선/RF 안테나의 임피던스에 영향을 미치는 방식과 이러한 구조가 제공하는 격리 수준을 결정하기 위해 전자기(EM) 필드 솔버에 의존해야 합니다.
EM 필드 솔버를 사용하는 경우 근거리 및 원거리 시뮬레이션을 사용하여 강력한 방출이 발생하는 PCB 레이아웃 영역을 결정할 수 있습니다. 방출된 주파수와 함께 이러한 영역이 식별되면 어떤 유형의 격리 전략을 사용해야 하는지 결정하는 데 도움이 됩니다. 푸리에 변환을 사용하여 FDTD 결과를 변환하는 것보다 주파수 영역을 직접 사용하는 것이 가장 좋습니다(FDFD 방법).
RF 안테나 설계 및 레이아웃 생성에는 세부 사항에 대한 각별한 주의가 필요하므로 RF 설계의 절연 및 신호 무결성을 보장하기 위해 각별한 주의를 기울이는 것이 좋습니다.
