PCB トレース アンテナの設計は非常に複雑です。 ターゲットの帯域幅周波数によって、このアンテナ サイズが決まります。 PCB トレース アンテナには、低コストや優れたパフォーマンスなどの利点があります。 このアンテナは通常、回路基板に埋め込まれています。

この PCB アンテナのサイズは、900 MHz を超える周波数では非常に小さくなります。 したがって、低周波に使用する場合は、共振周波数に対する信号の完全性を維持するために、このアンテナのサイズを大きくすることが重要です。

 

 

PCB トレース アンテナとは何ですか?

PCB トレース アンテナは無線通信方式として機能します。 プリント基板上に直接描かれた配線で構成されています。 また、PCB の製造中に、PCB 表面にトレースをラミネートすることが重要です。 ただし、PCB トレースは通常、特に多層回路基板では複数の層をカバーします。

PCB トレース アンテナは、設計、調整、統合が困難です。 ターゲットの帯域幅周波数によってアンテナのサイズが決まります。 PCB トレース アンテナには独自の利点があります。 これらの低コストのアンテナは優れた性能を発揮します。 また、通常は製造時に回路基板に埋め込まれます。 ただし、このアンテナのサイズは、900 MHz を超える周波数では非常に小さくなります。 設計者は、信号の完全性が共振周波数を持つことを保証するために、アンテナのサイズを大きくする必要があります。

PCB トレース アンテナにはいくつかの欠点があり、場合によっては適切な選択にならない場合があります。 これらのアンテナの設計プロセスは、特に非常に低い周波数では非常に複雑です。 また、PCB トレース アンテナはより多くのスペースを占めるため、設計の一般的なコストが増加します。 これらのアンテナは環境の破壊を受けやすいため、近くのコンポーネントはアンテナのパフォーマンスに影響を与えます。

これらのアンテナは通常、回路基板に埋め込まれています。 したがって、アンテナの設計に変更があった場合は、回路基板の再設計が必要になります。 PCB トレース アンテナは、ワイヤレス システムの重要なコンポーネントです。 残念なことに、一部のデザイナーは、それらをデザインにおける後付けとして考えています。 PCB トレース アンテナの設計を計画することは、製品のパフォーマンスを達成するのに役立ちます。

さらに言えば、後のフェーズでは再作成や遅延が必要なくなります。

PCB トレース アンテナ設計に関する考慮事項

PCB トレース アンテナを設計する場合、考慮しなければならない特定の要素があります。 PCB トレース アンテナの設計プロセスは複雑であるため、いくつかの重要な要素に注意を払う必要があります。 これらの要素に関して適切な決定が下されると、PCB トレース アンテナの設計が成功します。

プリント基板の構造

回路基板の構造は、PCb トレース アンテナを設計する際の理想的な考慮事項です。 PCB の共振周波数は、銅の PCB トレースの長さによって決まります。 周波数が高くなるとトレースは短くなります。 さらに、すべてのアンテナには銅配線のない配線周囲の領域が必要です。 広いトレースにより、広い帯域幅が可能になります。 基板の材質、厚さ、誘電率によって、アンテナの電気信号性能が決まります。

一致するコンポーネントを追加する

アンテナの不整合により、RF リンク バジェットと範囲パフォーマンスが最小限に抑えられる可能性があります。 不整合損失を防ぐために、アンテナの給電点に pi ネットワークを配置することをお勧めします。

整合コンポーネントを配置する以外に、ソース インピーダンスとアンテナが一致していることを確認してください。 リターンロス ≤ -10dB を維持することもできます。

グランドプレーン

グランドプレーンは PCB アンテナにおいて非常に重要です。 アンテナのインピーダンスと性能は、グランドプレーンの形状とサイズに大きく依存します。 したがって、アンテナの立ち入り禁止エリアに沿ってグランド プレーンにビアがあることを確認してください。

アンテナの環境

PCB トレース アンテナの環境は、設計時に重要な考慮事項です。 金属コンポーネントは放射の調整とパターンに影響を与える可能性があります。 したがって、設計者は、PCB トレース アンテナを金属筐体や金属物体から遠ざける必要があります。

2D構造

PCB トレース アンテナが回路基板に埋め込まれている場合、その 2D 構造はグランド プレーンと同じプレーンを特徴とします。 したがって、これによりアンテナの音量が制限されます。 アンテナの表面積が限られている場合、PCB トレース アンテナは 3 次元がないため、パフォーマンスが低下します。

PCB トレース アンテナの長所と短所

PCB トレース アンテナには利点と制限があります。 これらのアンテナは通常、作成、調整、適用するのが難しいと主張する人もいます。 さらに、これらのアンテナのサイズは帯域幅周波数によって異なります。 PCB トレース アンテナの利点をいくつか紹介します。

• これらのアンテナの製造コストは非常に低いです。 これは、トレースを PCB 製造プロセスに組み込む必要があるためです。
• さらに、このアンテナは最大限に調整すると広い帯域幅を確保できます。
• PCB トレース アンテナの構造は非常に単純です。 アンテナを表面に配置するための構造プロファイルです。
• これにより、より多くの強度容量が提供され、ネットワークの信頼性が向上します。
• 製造中にこのアンテナを回路基板に挿入するのは非常に簡単です。

短所

• このアンテナは、特に低周波数では作成が困難です。
• また、PCB トレース アンテナは、PCB レイアウトの変更で実行される変更に対して脆弱です。
• このアンテナは、低周波数で十分なスペースを必要とします。
• より多くの基板スペースが必要になるため、PCB トレース アンテナ設計のコストが増加します。
• PCB トレース アンテナの設計は、環境および人的要因の影響を受けやすくなります。

PCB トレース アンテナの統合に伴う課題

 

PCB トレース アンテナをデバイスに統合することは、特に小型デバイスでは困難になる場合があります。 したがって、このトレース アンテナに関連するいくつかのリスクを理解することが重要です。

これらのアンテナは、特に複数の周波数帯域が必要な場合、性能の点で非常に複雑になることが知られています。 ワイヤレス パフォーマンスは SMART デバイスの機能の主要な要素となっているため、チップではなくトレース アンテナを選択する場合の影響を検討する必要があります。

設計の柔軟性

設計された PCB トレース アンテナは柔軟性がないことで知られています。 これらのアンテナの性能は動作環境によって決まります。 したがって、設計者はワイヤレス アンテナを統合する際に多くの要素を考慮する必要があります。 ただし、PCB トレース アンテナは、設計者がワイヤレス アンテナを統合するために必要な柔軟性を低下させます。

さらに、トレース アンテナは 2D 構造であるため、チップ アンテナよりも多くのスペースを占有します。 トレース アンテナの設置面積を最小限に抑えようとすると、そのパフォーマンスに影響します。 チップ アンテナは小さな設置面積内で機能します。

さらに、トレース アンテナの性能は、計画された設計と最初に製造された設計の間の変更によって影響を受ける可能性があります。 技術的な大惨事は、トレース アンテナの統合に関連しています。 このアンテナはわずかな変化にも敏感だからです。

PCB トレース アンテナは、回路基板に埋め込まれているため、一度製造されると微調整することはできません。 トレース アンテナを備えた機能不全の PCB は、この種のアンテナの調整を操作するのが難しいため、修理または修正できません。 これは、PCB 材料の公差の構成によるものです。

動作環境

PCB トレース アンテナは手頃な価格で製造できますが、一部の動作環境では高レベルのパフォーマンスを提供できません。 外部動作環境と内部動作環境により、RF の問題が発生する可能性があります。 動作環境が不安定になると、PCB トレース アンテナにさらに深刻な問題が発生します。

PCB トレース アンテナは、特に無線周波数信号の距離や品質が重要な場合に、いくつかのリスクをもたらします。 したがって、このアンテナはそのような場合には理想的な選択肢ではありません。

エフェクトのデチューニング

PCB トレース アンテナは離調の影響を受けやすいです。 ホストのプリント基板には、ほとんどの一般的なデバイスに低コストの FR4 材料が組み込まれています。 しかし、これらの材料は高レベルの損失を特徴とし、ER に関して厳密に制御することができません。 誘電率 (dK) も周波数によって変化します。 このような事態が発生すると、製造時の最終パフォーマンスに影響します。

さらに、人間のオペレーターやコンポーネントがアンテナをある程度離調する可能性があります。 この周波数のシフトにより、機能が低下したり、デバイスが誤動作したりする可能性があります。 この結果、トレース アンテナのパフォーマンスが制限されます。 たとえば、ハンドヘルド デバイスは、特にトレース アンテナを統合した場合に、パフォーマンスの低下に対して脆弱になります。

ノイズ
PCB トレース アンテナはホスト PCB の一部として使用されるため、チップ アンテナよりもノイズの影響を受けやすくなります。 PCB アンテナを統合するときに発生する問題の原因の 1 つは干渉です。 このため、最初の設計の試みでいくつかのデバイスが誤動作することになります。 ノイズが多い場所では、チップ アンテナの方がパフォーマンスが向上する場合があります。 これはチップアンテナの 3D 構造によって可能になります。 3D 構造により、近くにあるコンポーネントによるノイズの影響が軽減されます。 アンテナチップです。 デバイスの要件を満たすように調整されています。

チップ アンテナと PCB トレース アンテナの違いは何ですか?

アンテナの性能に影響を与える要因の 1 つは、PCB レイアウトです。 したがって、設計者は、システムのパフォーマンスを最大化するためにアンテナを調整することが重要です。 適切な電気抵抗のマッチングは、完全な周波数伝送を実現するのに役立ちます。

PCB トレース アンテナ設計は基板設計に埋め込まれているため、調整を実行して最大のパフォーマンスを達成することが困難になります。 それとは別に、誘電体 PCB の誘電率が最小限であるため、アンテナは許容誤差の変動や設計変更の影響を受けやすくなります。 このような状況では、優れたアンテナ性能を実現するために回路基板を再回転する必要があります。

アンテナ性能の主要なパラメータ

リターンロス

リターンロスは、アンテナが 50Ω のインピーダンスを持つ伝送線にどのように適合するかを示します。 50Ωは伝送線路のインピーダンス値です。 ただし、他の値を持つことも可能です。 市販のアンテナの抵抗は50Ωです。 したがって、この値を使用することをお勧めします。

また、リターンロスは、不整合の結果としてアンテナが反射する入射電力の量を示します。 適切なアンテナは、反射せずにすべての電力を放電します。

帯域幅

帯域幅はアンテナの周波数応答を表します。 これは、統合された全周波数帯域におけるアンテナと 50Ω 伝送線路の関係を明らかにします。

放射パターン

PCB アンテナの放射パターンは放射方向です。 放射線が高い方向と低い方向がわかります。 したがって、これはアプリケーションでアンテナの方向を特定するのに役立ちます。

無指向性アンテナは、全方向に均等に送信できます。 ただし、ほとんどのアンテナはこの性能を達成できません。

アンテナ利得

これは、等方性アンテナとの方向の放射を比較するために必要な情報を提供するパラメータです。 dBi はアンテナ利得単位を表します。 これは放射電界強度を指します。

放射線効率

放射効率から、アンテナが無反射電力の一部を熱として消費していることがわかります。 銅線の導体損失と基板の誘電損失が発熱の原因となります。 放射効率が 100% になると、無反射電力全体が放電されます。 基板のフォームファクタが小さい場合、熱損失は非常に低くなります。

PCB トレース アンテナの設計ガイド

PCB トレース アンテナはパフォーマンスを向上させ、ステップは再現性と低コストを実現します。 これらのアンテナは調整が非常に簡単です。

フィードラインのサイズ設定

給電線は、アンテナを整合回路の出力に接続する配線です。 これを 50 オームになるように設計する必要があります。 配線幅によってインピーダンスが決まります。

インピーダンス整合

PCB トレース アンテナを設計する際のインピーダンス マッチングは、エンジニアが遵守しなければならない重要なルールです。 信号を送信するチップがあり、電気信号を無線信号に変換する必要があります。 アンテナとチップのインピーダンスを定義する特性があります。 インピーダンスが等しい場合、ワイヤレス信号には多くの電力が加えられます。 完全なインピーダンス整合が存在しない場合、ある程度の電力損失が発生します。

結論

PCB トレース アンテナの設計は、回路基板や電子機器で発生する最も一般的な問題の 1 つです。 設計者にとって、アンテナの性能に影響を与えずに基板サイズを小さく保つことが課題となっています。 したがって、設計の変更による遅延を防ぐために、開発段階の早い段階で PCB トレース アンテナの設計を検討することが重要です。