如何為低PIM PCB天線選擇合適的電路板材料(一)

時間:2019-10-12 08:43:22 分享到:

雖然天線具有不同的形狀和尺度,但PCB天線方法仍能夠在較大程度減小尺度的狀況下保持功用不發作改變。當然,天線(包含根據PCB的天線)必須在規劃和加工時確保其具有最小的PIM目標,才能在現在擁擠的信號環境中發揮其最佳功用。具有良好PIM特性的電路板資料,可認為現代無線通信體系PCB天線所需的低互調特性供給保證。

關于PCB天線,雖然低PIM目標首要與天線規劃相關,但電路板資料對PCB天線的全體PIM性也有很大影響,所以低PIM天線也需求考慮怎樣挑選RF/微波電路資料。

PIM是一種非線性的類二極管效應,當兩個或多個信號混合時(例如來自不同的發射機),就會發生不必要的諧波信號。當這些額外發生的諧波信號具有足夠高的電平,并且落在接納機的可接納頻率范圍內時,那么,就或許會引起問題,攪擾接納機帶內信號的接納正常。雖然PIM不會對每一種應用都發生影響,但卻或許攪擾無線通信體系的正常工作,特別是在其試圖接納較低電平信號時。

PIM能夠發作在任何兩種不同金屬的連接點或接口處,例如連接器和電纜組件的連接處,天線和天線饋源的連接處。接觸不良的連接器,內部生銹或氧化的連接器也或許會導致PIM。PCB資料也或許是PIM的來源,它或許來自于資料本身,也或許來自饋電點。因此,通過了解不同的電路板資料的參數與PIM之間的聯系,將有助于挑選適宜的資料,而不至于形成PCB天線的PIM功用問題。

PCB天線

以PCB方法規劃的高頻天線能夠有多種不同結構,從簡略的偶極子,到根據環形諧振腔和羅特曼透鏡的復雜的結構。其間一種比較受歡迎的PCB天線就是微帶貼片天線,它能夠在給定的頻率范圍內規劃出簡略緊湊的天線構結(如圖1)。許多產品利用多個PCB貼片天線或諧振結構,來完成波束成形網絡(BFN)或相控陣天線,并通過電調方法來控制雷達或通信體系中PCB天線的振幅,相位和方向。

在毫米波頻率下,緊湊型的微帶PCB天線也越來越遭到重視。例如用于轎車電子安全體系的77GHz高檔駕馭輔助體系(ADAS),就以這種天線完成盲點檢測,主動制動體系和防碰撞等功用。由于這種體系的信號功率較低,ADAS接納機就必須依托其高靈敏度,可靠地檢測從行人和其他車輛等目標反射的雷達回波。

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圖1:微帶貼片天線結構是大型天線陣列的根本組成。

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電路層壓板的介電常數(Dk)是許多工程師在規劃微帶貼片天線時首先要考慮的要素。電路板資料的Dk值對電路尺度的影響,在表1中的四個例子中有具體的描繪,結果顯現對給定頻率的微帶貼片天線,貼片尺度跟著Dk值的添加而縮小。

該表是通過MWI-2017軟件核算完成, 表中微帶貼片天線的尺度,如長度(L)和寬度(W),能夠利用以下的簡略方程核算得到:

W=(c/2fr)[2/(Dkeff +1)]0.5

L=λ/[2(Dkeff)0.5] - 2ΔL

其間:

Dkeff=微帶電路的有效介電常數;

λ=根據微帶電路的波長;

fr=貼片輻射元件的諧振頻率;

c=自由空間中的光速;

ΔL=由于邊際場引起的貼片延伸長度。

微帶貼片天線單元在發射時將電磁能量輻射到自由空間,在接納時將電磁能量傳輸到連接的電路上(例如,接納器)。但貼片PCB天線的一個重要組成單元,饋線構成了另一個重要部分。饋線在微帶電路和輻射貼片之間,起到傳輸和接納電磁能量的橋梁作用。理想狀況下,貼片應呈現高輻射,而饋線應呈現低輻射,然后完成能量從電路到貼片的有效傳遞。

圖2展示了可用于微帶貼片天線的四種不同饋線方法,分別為:松耦合饋電,底層饋電(常用于多層電路中,饋線在貼片下方),緊耦合饋電,以及四分之一波長(λ/ 4)阻抗變換器饋電。這幾種饋電方法,饋線的復雜性和用途均不相同。例如,關于底層饋電的狀況,規劃者能夠通過挑選外層運用最好的電路板資料以獲得最佳的輻射,也能夠挑選不同的內層電路板資料,來下降饋線的輻射和插入損耗。

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圖2:四種用于微帶貼片單位不同的饋線:(a)松耦合饋電、(b)底層饋電、(c)緊耦合饋電、(d)四分之一波長阻抗變換器饋電

對天線來講,較厚的電路板資料更簡略向外輻射能量。一般來說,規劃比如微帶貼片之類的天線輻射單元,應該挑選相對較厚并且具有較低Dk值(例如2.2至3.5)的電路板資料。雖然更高Dk值的資料輻射效率較低,運用較高Dk值的電路板資料來規劃PCB天線更具挑戰性。但當需求規劃更小的貼片天線時,仍可通過優化規劃而運用更高Dk值的電路板資料。

PIM戰略

PIM較高的天線或許會導致無線通信體系中(如4G LTE無線網絡的分布式天線體系)數據的丟掉。而關于新興的5G無線網絡,雖然其頻率較高,實踐也是如此。

關于收發體系中的兩個帶內載波信號頻率f1和f2,PIM就是nf1-mf2和nf2-mf1的混合產品,其間n和m是整數。這種衍生的PIM諧波能夠按必定規矩進行分類,其順序由m和n之和確認,例如2f1-f2和2f2-f1(如圖3)的三階重量。三階交調重量值得重視,由于它們離載波信號最近然后或許落在接納機的頻帶內,并且,假如重量具有較高功率,就或許會形成接納機發作堵塞。

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