RF およびワイヤレス PCB 設計

読書時間（単語数）

RF はほぼどこにでも普及しつつあります。 少なくとも 1 つのアンテナを備えたデバイスが家に何台ありますか? 自動車、航空宇宙、防衛、IoT の分野はすべて、ワイヤレス通信の限界を押し広げています。 ただし、RF PCB の設計は、一般的な基板の設計とは大きく異なります。

私たちは最近、IPC インストラクターの Kris Moyer と会い、RF PCB とワイヤレス アプリケーション全般の設計について話し合いました。 Kris は特に RF 設計を教えているため、RF 設計テクニック、ワイヤレス アプリケーションの設計と従来の PCB のレイアウトの違い、独自のアンテナを設計する場合と市販 (COTS) を使用する場合のどちらを設計するかについて話し合うよう彼に依頼しました。アンテナ。

アンディ・ショーネシー：クリス、RF およびワイヤレス PCB 市場について教えてください。 他の PCB 市場と比較してどうですか?

クリス・モイヤー：決して巨大ではありませんが、スマートデバイスやIoTデバイスの増加に伴い、確実に成長しています。 デザインするのは簡単ではありません。 GPS、Wi-Fi アンテナ、セルラー アンテナ、Bluetooth アンテナを備えた最新の携帯電話やスマート ウォッチを考えてください。

ハッピー・ホールデン:今はワイヤレス充電があります。

モイヤー:右。 つまり、5 つの異なる RF 周波数とモジュールが 1 つのボード上で同時に実行されます。 軍、NASA、スペースXのような他の組織が何百もの小型衛星を使って何をしているかという点で、私たちが知らない衛星はおそらく5つだけではないでしょう。 大きな問題は、これらすべてを相互に干渉せずに連携させるにはどうすればよいかということです。

ショーネシー:読者からは、アンテナとアンテナの設計について多くの質問が寄せられています。

モイヤー:これは、アンテナ設計自体を設計するだけでなく、Bluetooth および Wi-Fi プロトコル、FCC 準拠、およびこれらすべての異なる通信方式を統合するためのシステムレベルの設計も設計することを意味します。 それにはあらゆる種類の異なる IEEE プロトコルが関係しており、それらがどのように相互作用または干渉する可能性があります。 SMA コネクタ、制御されたインピーダンス、ウェーブキャビティなどにはどのように対処しますか?

ラジオの時代、それは文字通り単なる増幅器、送信機、受信機でした。 アンテナの設計は周波数などを制御するため、非常に重要でした。 そのため、昔はテレビアンテナ、特に古いテレビアンテナは三角形でした。 三角形の形状を使用したのは、これらの長さのアンテナのそれぞれが異なる周波数を拾うためです。 現在では、アンテナの設計だけでなく、どのチップを使用するかが重要になります。 実際、3D アンテナだけでなく、チップ パッケージにパッケージ化されたアンテナも販売しています。 たとえば 1206 またはチップ パッケージと同等の Bluetooth アンテナを購入し、それをボードにはんだ付けするだけです。

ショーネシー:最も簡単な方法は、既製のアンテナを使用することだと思われます。アンテナは検証済みで、予備作業も完了していると思います。

モイヤー:独自のアンテナ (技術的には「銅幾何学デバイス」) を設計するには、さらに多くの数学が必要です。 基板パターン自体からアンテナを設計しようとしている場合、それには多くの工学数学と分析が必要になります。 具体的には、アンテナを正しく動作させるには、標準のサブトラクティブ プロセスで得られる非理想的なジオメトリが得られないように、SAP または mSAP プロセスに変換する必要があります。 特に、アンテナを 1 本の長い直線配線ではなく蛇行させて配線する場合は、基板スペースを節約するために、幅とクリアランスについてより慎重になる必要があります。

蛇行パターンでは、ギャップ幅とターン前の長さが、長さを一致させるために行う単純な蛇行の場合よりもはるかに重要になります。 実際のアンテナを設計しようとすると、さらに多くの数学が必要になります。 一方、部品を購入して接続しようとするだけであれば、アンテナ設計の複雑な数学を必要とせずに、RF ボードの配線テクニックを使用することになります。

Design007 マガジン 2023 年 4 月号に掲載されたこのインタビュー全文を読むには、ここをクリックしてください。