PCB アンテナは、高周波の電流を電磁波に変換し、最終的に空気中に伝播します。 高周波回路基板には、回路基板に埋め込まれた 2 つの異なる PCB アンテナがあります。 アンテナの 1 つは送信された無線周波数信号として機能し、もう 1 つは RG 信号受信機として機能します。

高周波 PCB が無線周波数を生成すると、回路基板の基材が信号をアンテナに伝達します。 高周波回路とPCBアンテナは高周波回路基板のRFシステムを構成します。 PCB アンテナにはさまざまな種類があります。 ループアンテナ、パッチアンテナ、スロットアンテナなどを取り揃えております。

ただし、ここでの主な焦点はループ アンテナです。 基板ループアンテナについて詳しく解説していきます。

PCB ループ アンテナとは何ですか?

アンテナは高周波 PCB の開発に使用されます。 これらのアンテナは回路基板に埋め込まれています。 PCB ループ アンテナのしくみを明確に理解するには、それについて詳しく読む必要があります。

ループ アンテナは、単純な閉ループが送信機または受信機の端子にリンクされている PCB アンテナの一種です。 このタイプの PCB アンテナは丸い形状をしています。 アンテナ設計に使用される銅材料とループのサイズによって、PCB ループ アンテナの効率が決まります。

PCB ループ アンテナは、波長で比較すると非効率です。 したがって、信号の送信には理想的ではありませんが、受容体として機能する可能性があります。

PCB ループ アンテナには指向性パターンが備わっており、無線方向探知 (RDF) とも呼ばれる送信機の位置を非常に簡単に見つけることができます。 PCBアンテナと並列にコンデンサを固定する必要があります。 最大の効率を達成するには、インピーダンス整合ネットワークが必要です。

このアンテナは通常、均一なワイヤをループ状に曲げることによって作成されます。 RF コイルは通常、日食、円、正方形、長方形などのさまざまな形状に曲げられます。 したがって、ループ アンテナは、単にループ状に曲げられた電流が流れるコイルです。 これらのループはさまざまな形状にすることができます。 また、PCB ループ アンテナは安価で多用途でシンプルです。 したがって、これらのアンテナにはさまざまな用途があります。

アンテナは、ワイヤをさまざまな形状に曲げることにより、さまざまなタイプのループを形成できます。 このループは、長方形、楕円形、円形、三角形などにすることができます。円形の PCB ループ アンテナが一般的に使用されます。 これは、円形の PCB ループ アンテナにより、構築と分析がある程度簡単になるためです。

PCB ループ アンテナの種類は何ですか?

PCB ループ アンテナは、2 線式伝送ライン間に導電パスを形成します。 このアンテナは、小型、中型、大型の 3 つの異なるカテゴリに分類されます。 ループ アンテナは、その周長が波長の 4 分の 1 未満である場合に小さいと言われます。

さらに、指向性受信ループの大部分は波長の約 10% です。

小型ループアンテナ
小さなループ アンテナは、電磁波の磁気成分に対してより敏感です。 これが磁気ループと呼ばれる理由の 1 つです。 ただし、このループアンテナは近接した電気ノイズに対する感度が低くなります。 小さなループが共振状態になると、その受信電圧を増加させることができます。

信号がループの軸に到達すると、対称性を考慮して各リムに等しい電圧が誘導されます。 ループの出力は 2 つの肢間の電圧の差であるため、ゼロになるはずです。

中ループ

ループ アンテナが中型ループ アンテナとして分類される理由は 2 つあります。 最初の理由は、半波長ループを水平面に取り付ける場合です。 これにより、水平面内で均一に電力を放射するアンテナが得られます。

2 番目の理由は、全波長ループがその軸上で発光するときに発生します。 これらの中程度のループは、クワッド アンテナの要素として考慮されることがよくあります。 また、給電点の位置に基づいて偏光されます。

大型ループアンテナ
3 番目のタイプのループ アンテナは、大型ループ アンテナです。 このタイプのアンテナは、ダイポール アンテナの両端を接続して三角形、円、または正方形を作成します。 三角形に形成されたループアンテナがデルタループアンテナです。

円形に形成されたループは、他の形状よりもゲインがほぼ 10% 高くなります。 ただし、これらのループはその形状により、サポートするのが非常に難しい場合があります。 したがって、円形ループよりも四角形と三角形のループの方が一般的です。 さらに、大きなループでは常にループ面での信号が良好になります。 これは、ループが適切な形状とサイズを維持している限り当てはまります。

PCB アンテナを設計する方法

 

一般に、アンテナは環境の影響を受けやすいため、回路基板に取り付ける場合は、要件を考慮してレイアウトと設計を考慮することが重要です。 これらの要因が無線デバイスの機能に影響を与える可能性があるためです。 層の厚さ、材質、層数などの単純な要因が PCB ループ アンテナの性能に影響を与えることもあります。

したがって、回路基板アンテナを設計する際には、さまざまな手順を実行する必要があります。 これらの手順は、機能する PCB アンテナを実現するのに役立ちます。

アンテナの位置

アンテナにはさまざまな動作モードがあります。 したがって、アンテナの放射レベルによって配置が決まります。 たとえば、基板の短辺または長辺に沿って、PCB の角に配置できます。 PCB コーナーは、アンテナを配置するのに最も適した場所の 1 つです。 この位置により、PCB アンテナは約 5 つの空間方向にクリアランスを得ることができます。

さまざまな位置に最適な、さまざまなタイプのアンテナ設計があります。 したがって、PCB 設計者はアンテナの位置決めの原理を理解する必要があります。 また、レイアウトと用途に基づいて適切なアンテナを選択する必要があります。

立ち入り禁止エリア

PCB 設計者にとって、アンテナに近い近接場にコンポーネントを配置しないようにすることが重要です。 そうしないと、信号干渉が発生し、回路の機能に悪影響を及ぼす可能性があります。 また、アンテナ周囲と金属物との間隔を確保する必要があります。

さらに、PCB アンテナは通常、グランド プレーンに対して信号を放射します。 このグランドプレーンは、アンテナの動作周波数で動作します。 したがって、アンテナのグランドプレーンには適切な間隔とサイズが重要です。 多くの設計者は立ち入り禁止領域を無視しますが、これは設計プロセス中に問題を引き起こす可能性があります。

グランドプレーンのサイズ

PCB アンテナを設計する場合、PCB グランド プレーンのサイズは非常に重要です。 これは、さまざまなバッテリーやデバイスと通信するために統合されたワイヤが変更される可能性があるためです。 したがって、設計者は、デバイスへのバッテリとケーブルの接続がアンテナに与える影響を少なくするために、グランド プレーンのサイズが適切であることを確認する必要があります。

一部の PCB アンテナはグランド プレーンに依存します。 これは、下位の PCB 層とアンテナ電流のバランスをとるために、回路基板がアンテナのグランド領域として機能することを意味します。 長期的には、これによりアンテナのパフォーマンスが低下する可能性があります。 このような場合、PCB 設計者はバッテリーをアンテナの近くに配置しないようにする必要があります。

他のPCBコンポーネントからの距離

回路基板を設計するときは、アンテナの放射を妨げる可能性のある他のコンポーネントからアンテナを遠ざけることが重要です。 これは、コンポーネントに関するさらなる問題を回避するのに役立ちます。

PCB コンポーネントの幅と高さによって、アンテナと他のコンポーネントの間の距離が決まります。 さらに、LCD やバッテリーなどのコンポーネント、イーサネット ケーブルなどのさまざまなコネクタには、スイッチング速度の特徴があります。 これにより、デバイスの動作中に信号干渉が発生する可能性が高まります。

伝送線路の設計

PCB アンテナには伝送線があります。 伝送ラインは、信号を受信部に転送する高周波エネルギーを伝送する高周波トレースです。 設計者は伝送線路を 50 Ω で設計する必要があります。 さもないと; これらの回線は信号を受信に反射する可能性があり、その結果信号対雑音比 (SNR) が低下する可能性があります。

したがって、設計者は伝送線路を設計する際に注意を払う必要があります。 曲がりや角があると信号損失が増加する可能性があるため、このラインが真っ直ぐであることを確認する必要があります。 信号損失を低減するには、設計者はトレースの両側にビアを配置する必要があります。 これは、近くのトレースに沿って伝わるノイズを分離するのに役立ち、パフォーマンスが向上します。

より良いパフォーマンスを達成する方法

アンテナの効率を高めてより良い結果を得るには、さまざまな方法があります。 これを実現するための便利な方法としては、次のようなものがあります。

• マッチングネットワークを使用してアンテナを調整すると、アンテナのパフォーマンスに影響を与える可能性のある要因を補償するのに役立ちます。
• 選択したグランドプレーンが適切であることを確認します。 そうしないと、信号間のクロストークが発生します。 このような場合、アンテナは回路基板の端に配置する必要があります。
• アンテナ信号は金属を通過しないため、アンテナの外部ケーシングを行うことは避けてください。
• アンテナのパフォーマンスに影響を与える可能性があるため、アンテナをプラスチックの表面の近くに配置しないでください。 これは、プラスチックの誘電率が高いため、無線周波数信号が減衰し、損失も発生するためです。 これにより、アンテナの電気長が長くなり、アンテナの放射周波数が最小限に抑えられます。
• 高品質の FR4 は素晴らしい選択肢です。 このラミネートを利用すると、優れた RF パフォーマンスを実現できます。

他のタイプの PCB アンテナ

PCB ループ アンテナとは別に、他のタイプの PCB アンテナがあります。

パッチアンテナ

パッチ アンテナは長方形または円形の形状をしています。 パッチ アンテナのスパンは電波の波長のほぼ 2 分の 1 です。 パッチ アンテナは波長が短いため、通常はマイクロ波周波数に組み込まれます。 設計が容易なため、ほとんどのポータブル デバイスにはパッチ アンテナが組み込まれています。 パッチ アンテナは、ワイヤレス機能を備えたポータブル デバイスに最適です。

パッチ アンテナには、平面反転タイプとして知られる別のバリエーションもあります。 フェーズド アレイと WLAN アンテナは、最大のゲインを達成するためにこのバリアントを統合します。

平面反転型は帯域幅に問題があります。 ただし、グランドとパッチプレーンの間により厚い誘電体を使用すると、アンテナの帯域幅が増加する可能性があります。

ミアンダーラインアンテナ

このタイプのアンテナの構築プロセスでは、導体を折り曲げてアンテナを短くします。 この構造により、サイズが小さくなり、コンパクトになります。 ただし、抵抗、放射、効率の損失がサイズに影響します。 通常、特定の用途に最適な組み合わせを選択するために、いくつかの実験が実行されます。 インピーダンス整合を実現するには、外部部品が重要です。

逆Fアンテナ

携帯電話の WLAN ハードウェアには、逆 F PCB アンテナが統合されています。 このアンテナは無指向性であるため、効率を最適化するための大きなグランド プレーンを備えています。 Fアンテナの一部には銅が使用されていません。 ただし、アンテナの帯域幅を増加させるのは平面です。

スロットアンテナ

このアンテナの構造からスロットと呼ばれます。 その構造は、いくつかの切り込みやスロットが入った金属板で構成されています。 ダイポールと同様に、スロット アンテナには反対の磁界と電界があります。 スロット アンテナの特徴により、スロット アンテナはフェーズド アレイや航空機レーダーでよく使用されます。

結論

PCB ループ アンテナには指向性パターンが備わっており、無線方向探知 (RDF) とも呼ばれる送信機の位置を非常に簡単に見つけることができます。 PCBアンテナと並列にコンデンサを固定する必要があります。 最大の効率を達成するには、インピーダンス整合ネットワークが必要です。

PCB ループ アンテナは、2 線式伝送ライン間に導電パスを形成します。 ループ アンテナは、PCB に統合されると重要な役割を果たします。 他のタイプの PCB アンテナよりも多くの利点があります。 ただし、PCB 設計者が最適な PCB アンテナを決定する前に、PCB アンテナのアプリケーションと要件を考慮することが重要です。