如何为低PIM PCB天线选择合适的电路板材料(一)

时间:2019-10-12 08:43:22 分享到:

虽然天线具有不同的形状和尺度,但PCB天线方法仍能够在较大程度减小尺度的状况下保持功用不发作改变。当然,天线(包含根据PCB的天线)必须在规划和加工时确保其具有最小的PIM目标,才能在现在拥挤的信号环境中发挥其最佳功用。具有良好PIM特性的电路板资料,可认为现代无线通信体系PCB天线所需的低互调特性供给保证。

关于PCB天线,虽然低PIM目标首要与天线规划相关,但电路板资料对PCB天线的全体PIM性也有很大影响,所以低PIM天线也需求考虑怎样挑选RF/微波电路资料。

PIM是一种非线性的类二极管效应,当两个或多个信号混合时(例如来自不同的发射机),就会发生不必要的谐波信号。当这些额外发生的谐波信号具有足够高的电平,并且落在接纳机的可接纳频率范围内时,那么,就或许会引起问题,搅扰接纳机带内信号的接纳正常。虽然PIM不会对每一种应用都发生影响,但却或许搅扰无线通信体系的正常工作,特别是在其试图接纳较低电平信号时。

PIM能够发作在任何两种不同金属的连接点或接口处,例如连接器和电缆组件的连接处,天线和天线馈源的连接处。接触不良的连接器,内部生锈或氧化的连接器也或许会导致PIM。PCB资料也或许是PIM的来源,它或许来自于资料本身,也或许来自馈电点。因此,通过了解不同的电路板资料的参数与PIM之间的联系,将有助于挑选适宜的资料,而不至于形成PCB天线的PIM功用问题。

PCB天线

以PCB方法规划的高频天线能够有多种不同结构,从简略的偶极子,到根据环形谐振腔和罗特曼透镜的复杂的结构。其间一种比较受欢迎的PCB天线就是微带贴片天线,它能够在给定的频率范围内规划出简略紧凑的天线构结(如图1)。许多产品利用多个PCB贴片天线或谐振结构,来完成波束成形网络(BFN)或相控阵天线,并通过电调方法来控制雷达或通信体系中PCB天线的振幅,相位和方向。

在毫米波频率下,紧凑型的微带PCB天线也越来越遭到重视。例如用于轿车电子安全体系的77GHz高档驾驭辅助体系(ADAS),就以这种天线完成盲点检测,主动制动体系和防碰撞等功用。由于这种体系的信号功率较低,ADAS接纳机就必须依托其高灵敏度,可靠地检测从行人和其他车辆等目标反射的雷达回波。

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图1:微带贴片天线结构是大型天线阵列的根本组成。

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电路层压板的介电常数(Dk)是许多工程师在规划微带贴片天线时首先要考虑的要素。电路板资料的Dk值对电路尺度的影响,在表1中的四个例子中有具体的描绘,结果显现对给定频率的微带贴片天线,贴片尺度跟着Dk值的添加而缩小。

该表是通过MWI-2017软件核算完成, 表中微带贴片天线的尺度,如长度(L)和宽度(W),能够利用以下的简略方程核算得到:

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

L=λ/[2(Dkeff)0.5] - 2ΔL

其间:

Dkeff=微带电路的有效介电常数;

λ=根据微带电路的波长;

fr=贴片辐射元件的谐振频率;

c=自由空间中的光速;

ΔL=由于边际场引起的贴片延伸长度。

微带贴片天线单元在发射时将电磁能量辐射到自由空间,在接纳时将电磁能量传输到连接的电路上(例如,接纳器)。但贴片PCB天线的一个重要组成单元,馈线构成了另一个重要部分。馈线在微带电路和辐射贴片之间,起到传输和接纳电磁能量的桥梁作用。理想状况下,贴片应呈现高辐射,而馈线应呈现低辐射,然后完成能量从电路到贴片的有效传递。

图2展示了可用于微带贴片天线的四种不同馈线方法,分别为:松耦合馈电,底层馈电(常用于多层电路中,馈线在贴片下方),紧耦合馈电,以及四分之一波长(λ/ 4)阻抗变换器馈电。这几种馈电方法,馈线的复杂性和用途均不相同。例如,关于底层馈电的状况,规划者能够通过挑选外层运用最好的电路板资料以获得最佳的辐射,也能够挑选不同的内层电路板资料,来下降馈线的辐射和插入损耗。

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图2:四种用于微带贴片单位不同的馈线:(a)松耦合馈电、(b)底层馈电、(c)紧耦合馈电、(d)四分之一波长阻抗变换器馈电

对天线来讲,较厚的电路板资料更简略向外辐射能量。一般来说,规划比如微带贴片之类的天线辐射单元,应该挑选相对较厚并且具有较低Dk值(例如2.2至3.5)的电路板资料。虽然更高Dk值的资料辐射效率较低,运用较高Dk值的电路板资料来规划PCB天线更具挑战性。但当需求规划更小的贴片天线时,仍可通过优化规划而运用更高Dk值的电路板资料。

PIM战略

PIM较高的天线或许会导致无线通信体系中(如4G LTE无线网络的分布式天线体系)数据的丢掉。而关于新兴的5G无线网络,虽然其频率较高,实践也是如此。

关于收发体系中的两个带内载波信号频率f1和f2,PIM就是nf1-mf2和nf2-mf1的混合产品,其间n和m是整数。这种衍生的PIM谐波能够按必定规矩进行分类,其顺序由m和n之和确认,例如2f1-f2和2f2-f1(如图3)的三阶重量。三阶交调重量值得重视,由于它们离载波信号最近然后或许落在接纳机的频带内,并且,假如重量具有较高功率,就或许会形成接纳机发作堵塞。

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