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2021年天线PCB的简要讨论完整指南

  • 发表时间:2021-04-14 11:49:41
  • 来源:PCB
  • 人气:20

2021年天线PCB的简要讨论完整指南

本文《2021年天线PCB的简要讨论完整指南》是深圳市润泽五洲电子科技有限公司PCBA作者编辑,欢迎阅读以下详情内容。



天线PCB简介:

在这个5G的下一个时代,对天线PCB的需求日益增长。现在,提供合适和准确的解决方案是最大的挑战之一。PCB天线。如果我们要无线控制设备,则必须使用PCB天线。如果您观看80年代和90年代的旧电视,那么您就会知道必须保持大曲折天线的角度不同,才能清晰地看到不同频道的图像。天线主要是可以发送或接收电磁波的金属结构。它具有从最小到最大的各种形状和尺寸,空间机构通常使用它来处理空间和地球之间的多种设备和信息。如果您对无线通信感兴趣并且喜欢使用它,那么您将遇到天线PCB的布局和组装。我们需要或使用天线的原因有很多,

有不同类型的天线。我们根据需要使用它们:

线状天线

  • 短偶极子天线

  • 偶极天线

  • 环形天线

  • 单极天线

定期对数天线

  • 领结天线

  • 对数周期天线

  • 周期对数偶极子矩阵

孔径天线

  • 缝隙天线

  • 喇叭天线

微带天线

  • 矩形微带贴片天线

  • 四分之一波长贴片天线

反射天线

  • 平板反射器天线

  • 转角反射器天线

  • 抛物面反射器天线

行波天线

  • 长线天线

  • 八木天线-宇田

  • 螺旋线天线

  • 螺旋天线

天线阵列

  • 二元阵列天线

  • 线性阵列天线

  • 相控阵天线

线状天线:

它是我们所见过的使用最广泛的天线之一。从车辆到大型船舶和建筑物,您可以看到有线天线的使用。它具有不同的形状和尺寸,例如导线,环形和螺旋形,是最容易使用的天线之一。

偶极天线:

它由位于同一轴上的两个导体组成,并且电缆的长度必须比波长小。

短偶极天线:

它是市场上最简单的天线之一。我们称其为“短”是因为它使用短波长。它是开路天线。频率工作的波长必须大于电缆的长度。

单极天线:

这是偶极天线的特例。它只有一个极点,因此称为偶极子天线。

环形天线:

环形天线基本上由单线环形或多匝多线组成。环形天线产生的辐射量几乎等于。

孔径天线:

这种类型的天线基本上由偶极或环形天线组成。

缝隙天线:

这种天线具有一个或多个插槽。这种类型的天线主要用于微波频率。

喇叭天线:

喇叭天线是最流行的天线之一。由于它具有许多优点,因此被广泛使用。它影响自由空间中波的传播与传输线之间的过渡。

因此,现在我们对天线有了一个基本的了解,但是现在我们将讨论一些定义或决定天线特性的参数。

我们将讨论许多参数。什么:

  • 辐射强度

  • 辐射图

  • 效率和功率增益

  • 获得

  • 输入阻抗

  • 带宽

  • 有效开放

  • 天线极化

  • 辐射图 

来自天线的辐射在所有方向上都不能相同且相同。它必须在一个特定方向上最大,而在其他方向上最小。当天线的辐射图仅是方向的函数时,称为辐射图。

2021年天线PCB的简要讨论完整指南

                                                                                                                               线状天线

辐射强度:

如果要计算天线的辐射强度,则必须计算该天线每单位立体角的功率。辐射强度的单位,以瓦特/度(度/秒)表示。

方向性和增益:

如果我们想到一个在所有方向上的辐射量都相同的天线,则称其为各向同性天线。尽管这是一个假设条件,但我们将实际使用它只是为了找出方向性和增益。各向同性天线的功率密度在所有点都相同。那么,天线的平均功率是辐射功率的函数

                                                                                          Pavg = Prad /4πr2W / m2

现在,您当然可以看到这里获得的功率密度与平均功率之比。另一方面,方向性可以定义为在最大辐射方向上的辐射浓度。

辐射效率和功率增益:辐射效率可以表示为辐射功率与输入功率之比。

                                                                                                 ηr= Prad /针

功率增益可以表示为在一个方向上辐射的功率与总功率之比。

输入阻抗:

输入阻抗是天线辐射的重要参数。如果天线的输入阻抗与输入传输线不匹配,则该天线的性能会由于反射功率而降低。

有效长度:

有效长度是具有均匀分布的电流的假想线性天线的长度。

带宽:  

将天线的特性保持在指定值的频率范围称为带宽。

有效开放时间: 

天线从电磁波获取能量的能力称为有效孔径。

天线极化: 

它是指电磁波辐射在引导方向上的物理方向。

因此,很明显,一根天线的特性如何影响整个系统的性能。现在,我们将讨论天线PCB及其工作原理,如何设计天线PCB等。

什么是PCB天线?

天线PCB基本上是一种用于发送和接收信号的无线设备。几乎所有无线设备都使用无线PCB。

 PCB天线如何设计?

天线PCB有很多类型。在知道如何设计天线PCB之前,我们必须知道选择正确类型的天线的过程。构建任何无线设备的两个最重要的步骤是天线PCB布局和RF布局。对于在ISM频段中工作的紧凑型PCB天线有很大的需求。大多数设备使用2.4 GHz频段和915 GHz频段,我们将讨论基于2.4 GHz频段的整个过程。

主要有两种类型的天线主导其他类型的天线。他们是

  1.  倒F天线

  2. 维修线倒F型天线

由于这是一个很大的讨论,因此我们无法在一篇文章中涵盖所有内容,因此在这里我们将仅讨论Mender系列的倒置天线。

天线计算:天线计算是非常重要的一步。但是在计算之前,我们已经正确设置了一些参数。

  1. 基板选择和工作频率

  2. 计算合适的基材长度和宽度。

  3. 计算走线的长度和宽度。

让我们考虑一下PCB是由FR4材料制成的,它的相对磁导率为4.4。

可以使用以下公式计算基材的高度:

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在哪里,

  • hs =基板高度,

  • F =以GHz为单位的频率,

  • C =以m / s为单位的光速,

  • Σr=衬底的介电常数。

迹线的宽度可以使用以下方法确定:

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迹线的长度可以通过以下方式确定:

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在哪里,

  • Σff=有效介电常数

  • Σff=(Σr+ 1/2)+(Σr-1/ 2)(1 /(√1+ 12hs /(wₚ)))(4)

  • ΔL=物理长度

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基板的长度由下式给出:

Ls = Lp + 6小时

基板的宽度由下式得出:

ws = wp + 6 hs(7)                     

微带的宽度和深度之间的关系由以下公式确定:

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在哪里,

  • d =迹线宽度,                  

  • w =基板宽度                    

  • A =有效面积。

现在,我们将基于ESP2.4设计一个8285Ghz射频板。

原理图设计:要设计原理图,我们首先必须从Google下载esp8266的硬件设计指南。我们必须遵循该设计准则。首先,我们必须专注于ESP图1的模拟电源和数字电源。  

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                                                                                                                                        图。1。

2.4 GHz天线PCB布局:

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                                                                                                                                           图2。

在此,SJ3和SJ4在跟踪天线和UFL连接器之间进行选择。在这里创建了天线部分,以便我们可以在PCB天线和鞭状天线之间进行切换。两个电感器L2和L3接地。

板的布局图3:  

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                                                                                                                                             图3。

因此,此图片是天线PCB板的布局。现在,您可以说有太多的事情了,很难解读板上的所有内容。然后,我建议您专注于天线部分和晶体振荡器部分。现在我们仅讨论这两个部分。

天线部分:

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                                                                                                                                           图4。

步骤1我们必须放置所有必需的连接器和插头。

之后,我们必须放置天线和UFL连接器。然后,我们必须逐步放置用于GPIO,微控制器的开关,当然还要放置编程标头。

现在我们必须对天线PCB进行布线。但是在路由事物之前,我们必须记住走线的阻抗必须为50欧姆。因此,您需要计算走线的阻抗,并且可以使用像Mantaro这样的其他在线工具来进行计算。我们将向您展示使用Mantaro的所有计算。

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                                                                                                                                            图5。

首先,我们必须放置所有必要的参数。在上面的图片中,您可以看到我们输入了一些值,例如笔划宽度70,笔划厚度为1.4,介电层厚度为39.3701和相对介电常数4.5。现在,如果单击计算,我们将得到精确的50509,这几乎等于我们期望的值50。

现在,由于我们可以根据期望值获得跟踪阻抗,因此我们现在可以完美地执行例程了。

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                                                                                                                                            图6。

完成路由后,我们得到了这样的图像。现在,我们要做的就是将此设计发送给PCB制造公司以使其应用于我们的设计,然后我们必须对其进行编程和测试。

那是。这是关于如何设计天线PCB的简短讨论。

WiFi天线PCB布局:  

我们将设计一个带有ESP8266 wifi模块的完全用户友好的wifi天线PCB 。现在我们将讨论电路图。现在,正如我们之前所说,在设计任何电路之前,您应该阅读硬件设计指南。您可以从Google下载。

首先,我们必须设计具有所有可能的连接和组件的ESP8266开发板的电路图。

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                                                                                                                                            图7。

电路图所需的组件:

  • ESP8266 WiFi模块(ESP-01)

  • 母头(一些条形)

  • 按钮

  • 1KΩ(1/4 Watt)电阻

  • 2KΩ电阻(1/4瓦)

  • 100 nF电容器

  • 双向滑动开关

在使用ESP8266 wifi模块时,我们必须了解ESP8266 ESP-01变体的引脚配置。它有8个针脚,例如

VCC,GND,TX,RX,GPIO0,GPIO2,RST(复位)和CH_PD。

VCC和CH_PD引脚连接到电源接头连接器的VCC,而GND引脚连接到GND端子。

RST引脚连接到按钮和GND。

GPIO2连接到母GPIO接头连接器。另一方面,GPIO0连接到双向滑动开关的中心端子。

TX引脚直接连接到通信插座的TX引脚。RX引脚连接到由1kohm和2.2kohm电阻组成的电平转换器。

我们将根据电路图设计方案。

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                                                                                                                                          图8。

原理图是完整的,您可以看到它是一个非常简单的设计。因此,让我们设计一个单层印刷电路板。

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                                                                                                                                             图9。

现在,我们必须将此设计发送给PCB制造商,以将PCB制作到我们的设计中,然后我们将组装所有组件,然后就可以使用了。

要使用它,只需将3.3v电源连接到VCC和GND引脚。现在,如果要使用固件对其进行编程,只需切换到编程模式位置,然后按RST按钮。

最终板将如下所示:

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                                                                                                                                         图10。

什么是蓝牙天线PCB?

构造蓝牙天线PCB所需的步骤。

设计理念:

在设计蓝牙天线PCB之前,请先仔细阅读互联网指南并创建关于它的概念,以便您可以可视化所有内容

蓝牙电路是蓝牙的核心部分,包含IC,电容器,电源点等组件。蓝牙连接的工作频率为2.4 GHz,众所周知,在蓝牙操作中,至少有一个主设备和一个或多个从设备。

蓝牙电路板:

蓝牙电路板必须至少包含一根有助于发送和接收信息的天线。为了提高蓝牙电路板的性能,我们必须使用至少两个可以调节天线阻抗的电感器。

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                                                                                                                                           图11。

之前我们说过,蓝牙PCB在2.4 GHz范围内工作,这也是我们也在Wi-Fi技术中使用的射频范围。我们知道蓝牙通信具有一个主设备和一个或多个从设备,但是我们必须记住,我们可以使用的从设备数量为7。主设备和从设备可以在最大10米的距离内工作。蓝牙设备始终通过交换一些唯一的代码来工作,因此要使用蓝牙,我们需要获得主端和从端的批准。天线附近的PCB可能会导致较低的谐振频率,因此始终建议将用于蓝牙的PCB的厚度保持在1.6mm。

蓝牙发射器电路:蓝牙发射器电路主要与数据传输有关。它还有助于使您的蓝牙设备与其他设备配对。它包含一些组件,这些组件包括LED指示灯,以便您可以指示该设备何时与其他设备连接。主电池采用小电路保护,因此过电流不会损坏设备。蓝牙发射器电路还包含稳压器,电池充电单元,USB模块等。

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                                                                                                                                      图12。

您可以使用两种类型的电池为Bluetooth电路板供电。您可以使用1A USB电源或LiPo电池。仪表板也由led灯和声音安装组成,因此您可以指示连接状态。

蓝牙电路板的某些功能包括:

  1. 它包含声音装置和led灯,可随时指示连接状态。

  2. 允许多个设备使用无线连接无缝地传输数据。

  3. 它的设计简单,编程如此智能,以使用户可以在不了解它的情况下使用它。任何蓝牙设备的用户界面都非常易于使用。

  4. 蓝牙天线PCB的设计方式是,您可以连接首选范围内的最后配对的设备或最近的设备。

如何制作蓝牙天线PCB:

因此,首先我们必须设计原理图。PCB设计是最具挑战性的部分之一,如果您擅长PCB设计,那将是完美的选择。设计蓝牙天线PCB时,我们必须记住一些事情。

  1. 1.首先,我们需要一个蓝牙头,放大器,开关,LED和一个盒子。我们必须确保电缆不会穿过头部,因为这会减小蓝牙的范围。

  2. 尝试将系统放置在远离发射器的位置,因为如果以任何方式将其放置在靠近发射器的位置,都可能影响正常的传输过程。

  3. 您必须根据要添加到板上的功能的数量来选择层数。通常建议您为蓝牙PCB选择多层设计。

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                                                                                                                                        图13。

设计完成后,将其发送给制造商以按照您的设计进行制造。然后组装所有必要的组件,然后就可以开始了。

什么是GPS ANTENNA PCB?

如今,许多设备都必须使用GPS。人们想通过GPS跟踪其设备,有时他们想确认丢失设备的位置。现在,如果要设计GPS天线PCB,则需要遵循一些规则和准则。您可以查阅Internet上可用的教程。我们将讨论成功设计GPS PCB的一些步骤和技巧。

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                                                                                                                                       图14。

此过程的第一步是选择正确的GPS模块。选择GPS模块之前,有几个因素需要检查。哪个模块最适合您?GPS贴片天线还是GNSS天线还是陶瓷贴片天线?

GPS天线有两种。一个是有源GPS天线,另一个是无源GPS天线。无源天线没有任何放大器模块,但是有源天线具有内置在模块中的低噪声放大器。有源天线配置有一块板,可以通过同轴电缆连接到PCB。

某些接收器与两种类型的天线捆绑在一起。同样,它们可以包含一个带有点阵的潜在坐标,该点阵在阻抗为50欧姆的辐射方向上与输出相协调。众所周知,有源天线由于其预先设计的LNA功能或低噪声放大功能而具有性能优势。

如何设计GPS天线的PCB ?

您必须首先正确隔离或保护电路板上的所有组件。如果您无法正确保护或覆盖它们,GPS天线和接收器可能会降低信号质量。有时,当接收器带有内置天线时,接收器噪声会造成很多麻烦。接收器和其他组件之间的交叉连接主要是由于屏蔽不足。另一方面,必须从LNA中提取GPS信号。我们可以通过在LNA和接收器输入之间放置一个SAW滤波器或一个表面声波滤波器来做到这一点。SAW滤波器的特殊之处在于它可以对1 GHz以上的高频进行滤波,就像GPS应用中的那些一样。如果没有SAW滤波器,几乎不可能将GPS频率与其他噪声信号区分开来。

屏蔽,接地和布线:

由于GPS天线的输出信号等于或小于20 dB,因此PCB上需要适当的布线,接地和屏蔽。因此,GPS天线无法接受其他设备可以接受的噪声信号量。首先,尝试为主PCB创建不同的模块。然后为每个块创建一个单独的地形,最后,您可以将这些地形点添加到星形拓扑中。我们必须将天线路径从数字路径移开,因为去往接收器的天线路径会携带数字信号。如果可以使天线走线穿过屏蔽柜,则应这样做,因为它可以屏蔽天线信号。

阻抗匹配设计: 

衰减和阻抗匹配是高频PCB设计的重要组成部分。具有较长迹线和较高载波频率的信号可能会导致较低的灵敏度。如果需要更高的灵敏度,则应在无源天线和外部LNA之间选择较短的走线。 

如果您使用的是承载射频信号的天线走线,则始终最好避开过孔,因为它可能会增加走线的阻抗。一种方法可以增加10欧姆的阻抗来跟踪GPS RF频率,并且还可能产生电感性不连续性。这样,您可以设计GPS天线PCB。

完成PCB设计后,我们必须将设计发送给PCB制造商,后者可以根据我们的设计进行制造。然后,我们可以组装所有必需的组件,以便可以使用它们。

什么是GSM PCB天线?

GSM是用于移动通信的全球系统。根据电路图,我们将创建第一个物料清单文件或物料清单文件。

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                                                                                                                                        图15。

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                                                                                                                                          图16。

S.

数量

表面

描述

1

1个

C3

220nF(陶瓷帽)

2

1个

D1

LED(普通LED)

3

1个

JP1

3针(Bristik Con)

4

1个

JP2

2针(Molex Con)

5

1个

JP3

4针(Bristik Con)

6

1个

JP4

8针(4x2Bristik Con)

7

1

Q1,Q2

(NPN-sot-23晶体管)

8

4

R1,R2,R3,R9

0E(1 / 4W电阻器)

9

3

R4,R5,R6

22E(1 / 4W电阻器)

10

2

R7,R11      

4.7K(1 / 4W电阻器)

11

2

R8,R12

10K(1 / 4W电阻器)

12

1个

R10

330E(1 / 4W电阻器)

13

1个

SIM1

 6针(SIM骗局)

15

1个

U1

SIM900D(GSM模块)

16

1个

U2

ESDA6V1W5(电源电压)

根据电路图和组件信息,我们可以轻松构建GSM天线PCB。首先,将GSM模块U1连接到SIM1连接器或SIM卡座。现在它们已连接到U2(电压分离),并且我们可以看到它们也已连接到SIM卡座和GSM模块。有输出连接器,例如JP1,JP2,JP3和JP4。

GSM模块需要5V至20V的电源电压,最初,当从手机或任何其他设备接收SMS时,SIM卡持有人拥有的SIM卡通过一些数字命令与GSM调制解调器通信。然后,它通过串行通信将该数据发送到微控制器。微控制器使用标准的AT&T协议与GSM通信。通过将正确的AT&T命令序列发送到GSM模块来完成发送和接收文本消息。

GSM模块的PCB布局:

现在,在设计用于GSM天线PCB的PCB之前,您需要遵循一些规则和准则。您可以查看互联网上的一些教程。在这里,我们将讨论一些对设计有帮助的重要点。首先,根据电路绘制原理图,然后检查其是否与我们的电路匹配。保持所有线路之间的距离,以便以后组装所有必要的组件时,我们很容易就能正确放置它们而不会发生短路。EMI或电磁接口是另一个可能导致嵌入式系统不稳定的因素。通常,天线与GSM连接以增强无线电波信号,因此请注意EMI对系统的影响,尤其是在发送和接收期间。始终要使GSM天线远离所有走线,因为。请勿将其放置在轨道上。使您的设计整洁,并尽可能减少痕迹。您需要确保为GSM模块供电的稳压器必须能够处理突然的电流尖峰,并且最好使用宽而粗的PSU铜线连接,以便能够处理大电流。

最上层:

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                                                                                                                                      图17。

 

底层:

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                                                                                                                                         图18。

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                                                                                                                                         图19。

完成设计后,我们必须将其发送给制造商,以便他们可以根据我们的设计进行制造。然后,我们可以组装它以便可以使用。

结论:

PCB可能会为您生产多种天线PCB,因此我们可以了解到天线PCB设计非常重要,并且其需求正在日益增加。但是,PCB设计人员需要更加了解并遵循指导原则,以实现完美的天线PCB布局。但是,通过使用质量更高的软件和人工智能,将来天线PCB的设计将变得更加容易。


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