我正在设计的蓝牙低功耗外围设备/设备上使用倒 F 天线,但我不确定应该如何设计接地平面。
接地平面不应“太大”或“太小”,推荐的尺寸在 CSR 应用说明中进行了描述。但是,我有 4 层,中间层用于 VDD 和 GND,但外层也有接地层。
提到“天线地平面”时,是仅内层的地平面还是整体层的地平面?
我正在设计的蓝牙低功耗外围设备/设备上使用倒 F 天线,但我不确定应该如何设计接地平面。
接地平面不应“太大”或“太小”,推荐的尺寸在 CSR 应用说明中进行了描述。但是,我有 4 层,中间层用于 VDD 和 GND,但外层也有接地层。
提到“天线地平面”时,是仅内层的地平面还是整体层的地平面?
在射频天线的上下文中,“地平面”是指天线附近的任何类似平面的导电物体,例如 FM 无线电发射塔,实际上是地面。就像你走的那种带着泥土的。
这是因为导电的东西通常会反射电磁波。这也意味着他们阻止他们通过到另一边。因此,明确地说,您可能在天线下方的任何层或对面根本没有任何铜。这是大多数应用笔记中的“无铜区”。天线的端点也必须在一定距离内没有任何导电材料。我建议电路板的整个宽度在馈线接地平面的边缘上方没有任何导电元件。幸运的是,如果这是一个 USB 加密狗,情况可能就是这样。
现在,在倒置 f 天线的情况下,有助于了解它们的实际工作方式。
流入实际天线位的电流将在接地平面内镜像,这会产生电场。所以地平面实际上只是偶极子的另一极。接地平面充当不对称极点并增加带宽,但在大多数情况下,重要的电流完全发生在接地平面的边缘,平行于 F 的脊柱。因此,高度(右侧尺寸与地平面的 F) 的脊柱的角度并不重要。如果它是整个电路板高度的接地层(当然,天线周围的无铜区除外),那很好。
这很好,因为它让我们的生活更轻松。唯一真正重要的维度是接地平面的长度/宽度,或平行于 F 的脊柱。这是形成我们另一半偶极子的边缘的长度。答案很简单:
尽可能接近 λ/4 宽。这始终是 F 的 L 部分的距离。所以它通常会比 F 的脊椎长度稍宽。如果它更小,您将开始失去带宽。如果它更大,您将获得越来越多的多叶辐射图。对于一个漂亮的全向图案,四分之一波长宽度是最好的。
请注意,由于这都是关于那些边缘电流的,因此您可以使用沿该边缘的接地平面的一些创造性开槽来“作弊”。
最后,请记住,飞机是偶极子的另一极。所以你希望它没有导电的东西阻碍它对自由空间的“视野”。理想情况下,您可以将接地平面设置为两个平面,一个在顶层,另一个在底层,并沿平行于 F 的脊椎的边缘与过孔缝合在一起。然而,这很少实用,因此一个很好的折衷方案是在最外层(顶部或底部)之一上设置一个平面作为接地层,然后在内部层上设置第二个接地层,尽可能靠近另一端的叠加。对于 4 层板,这将是第 2 层和第 4 层,或者是第 1 层和第 3 层。这样,在任何一侧,都几乎没有废话,一侧没有遮挡,另一侧只有组件层。当然,在边缘将它们缝合在一起。
此外,当有疑问时,这类支持 CAD 的天线是天线仿真软件的主要候选者。由于它们相对简单,您通常可以期望模拟能够很好地反映(双关语)天线的真实性能,足以进行基本的设计性能检查。但是,PIFA 通常非常简单,甚至不需要这个。
我知道这可能是一个比您要寻找的更长的答案,但是了解天线的实际情况总是有帮助的,因为它可以防止忽略潜在的问题并避免它们。无论如何,我希望这会有所帮助!