Grondbeginselen van de PCB-antenne uitgelegd

Introductie

Een uitgebreide gids voor PCB-antennes: wat ze zijn; hoe ze werken; en hun belang voor het ontwerp van PCB's, evenals prestatie- en grootteproblemen om op te letten.

PCB-antennes

Je gaat weg met een ijzersterk begrip van de grondbeginselen en terminologie van antennes, evenals een goed begrip van hoe de verschillende typen en configuraties van PCB-antennes de prestaties, grootte, kosten, efficiëntie, betrouwbaarheid en andere factoren zoals vermogen kunnen verbeteren verwerkingsvereisten, bandbreedtes, frequenties, enz.

Naarmate de technologie zich ontwikkelde en elektronica kleiner/beter en compacter werd, met minder of geen grote externe componenten dankzij geïntegreerde schakelingen (IC's) die printplaten gebruikten om hun componenten te monteren en zo minder ruimte in te nemen, verdwenen antennes langzaam van printplaten.

Nu printplaten door de miniaturisatie van IC 's, zoals bij SMD's ( SMT ), weer groter zijn geworden, spelen er bepaalde EMI-overwegingen een rol. Daarom is het ontwerp en de implementatie van PCB-antennes op de printplaatsporen nu belangrijker dan ooit tevoren!

Wat is een PCB-antenne?

Een PCB-antenne is een klein, plat metalen plaatje dat meestal achter een printplaat wordt geplaatst. Deze antenne helpt bij het verzenden en ontvangen van radiosignalen voor apparaten zoals computers , mobiele telefoons en andere elektronische apparatuur. De antenne werkt door elektromagnetische golven uit de lucht om te zetten in elektrische signalen die via de ether kunnen worden verzonden.

Het ontwerp van PCB-antennes is een belangrijk onderdeel van het productieproces. PCB-antennes bestaan doorgaans uit metalen sporen en via's die in het koperen oppervlak van de printplaat zijn geëtst. De metalen sporen zijn verbonden met de via's, die worden gevormd door op bepaalde punten door de printplaat te boren .

Gebruik van antenne in een printplaat

Het gebruik van een antenne in een printplaat is een belangrijk onderdeel van het ontwerp, omdat deze kan worden gebruikt om het bereik en de sterkte van draadloze signalen te vergroten. De antenne is in feite een metalen staaf die helpt bij het verzenden van signalen tussen apparaten. Hij werkt door radiogolven in alle richtingen uit te zenden, waardoor communicatie met meerdere apparaten tegelijk mogelijk is.

De antenne werkt door elektrische energie om te zetten in elektromagnetische straling en vice versa. Elektromagnetische straling bestaat uit fotonen, dit zijn pakketjes elektromagnetische energie.

Een radiofrequentie (RF) module kan worden gemaakt van een of meer antennes, die via printplaten (PCB) met de printplaat zijn verbonden.

Verschillende PCB-antennes

Soorten PCB-antennes

PCB-antennes zijn een van de meest voorkomende antennetypes in mobiele apparaten . Ze worden ook gebruikt in andere elektronische apparaten, zoals mobiele telefoons, laptops en tablets. Er zijn verschillende soorten PCB- antennes beschikbaar:

Interne antennes

Deze antennes bevinden zich in het apparaat en zijn meestal niet zichtbaar. Ze worden gebruikt om via radiogolven verbinding te maken met een draadloos netwerk. De interne antenne-aansluiting zit vaak verborgen in de telefoon- of laptophoes, of zelfs in de printplaat van het apparaat zelf. Dit is de reden waarom veel gebruikers niet weten dat ze een interne antenne hebben.

Interne antennes worden doorgaans gebruikt in draadloze apparaten zoals mobiele telefoons en laptops, maar ook in Bluetooth- apparaten zoals toetsenborden en muizen. Ze hebben geen externe onderdelen en kunnen worden gemaakt met behulp van printplaten (PCB's).

Ingebouwde antennes

De term 'ingebouwd' verwijst naar een type interne antenne dat is ontworpen om direct in apparaten te worden geïntegreerd. Ingebouwde antennes worden vaak gebruikt om verbinding te maken met andere soorten antennes, zoals externe of op het dak gemonteerde antennes.

Deze antennes kunnen worden gemaakt van metaal en kunststof. Ze zijn meestal ontworpen om te worden geïntegreerd in het chassis van een apparaat, hoewel ze ook kunnen worden gemonteerd op oppervlakken of structuren in de buurt van het apparaat zelf.

Ingebouwde antennes worden meestal gebruikt in mobiele apparaten met draadloze mogelijkheden, zoals smartphones of tablets.

Chip-antennes

Een type interne antenne dat al tientallen jaren in gebruik is. Deze antennes zijn meestal gemaakt van hoogwaardige materialen zoals goud, zilver en koper. Ze kunnen worden gebruikt in GPS-tracking, mobiele telefoons en zelfs draadloze internetverbindingen.

De grootte van de chip hangt af van hoeveel stroom hij nodig heeft om signalen op verschillende afstanden van de bron te verzenden of te ontvangen.

Als je bijvoorbeeld data van de ene naar de andere plek wilt verzenden met behulp van een antenne, heb je meer vermogen nodig dan wanneer je alleen data wilt ontvangen om deze op je scherm weer te geven of via e-mail te versturen. Je chip heeft dus niet alleen meer vermogen nodig, maar moet ook kleiner zijn zodat hij niet te veel ruimte in je apparaat inneemt!

Patchantennes

Een kleine, platte antenne die kan worden gebruikt om signalen te verzenden of te ontvangen. Het werkt op dezelfde manier als grotere antennes. Patchantennes worden gebruikt in toepassingen waar ruimte schaars is, zoals in computers en in andere elektronische apparatuur. Ze worden ook gebruikt als onderdeel van een grotere reeks antennes op satellieten, ruimtevaartuigen en andere voertuigen.

Flexibele antennes

Een type antenne dat kan worden gebogen of gevouwen zonder dat dit de werking of prestaties beïnvloedt. Flexibele antennes worden doorgaans gemaakt van koperdraad of koperen buizen met plastic isolatoren die ze scheiden van andere onderdelen van het apparaat waarin ze zijn geïnstalleerd.

Flexibele antennes hebben veel toepassingen, waaronder mobiele telefoons en draagbare computers, waarmee gebruikers hun apparaten in hun zak kunnen dragen zonder hun beweging te veel te beperken, terwijl ze ook meer vrijheid krijgen bij de interactie met deze apparaten via aanraakschermen, enz.

Externe antennes

Dit soort antennes is het meest voorkomende type antenne en ze zijn gemakkelijk te herkennen aan hun lengte en hun vorm. Ze kunnen via een specifieke connector op een zender worden aangesloten.

De zender stuurt het signaal naar de externe antenne, die het vervolgens alle kanten op zendt. Dit type antenne wordt vaak gebruikt voor langeafstandscommunicatie en is te vinden op zaken als satellietschotels.

Er zijn twee soorten externe antennes. Dit zijn omnidirectionele antenne en directionele antenne.

Omnidirectionele antenne

Dit type antenne is een externe antenne die radiofrequente elektromagnetische velden gelijkmatig in alle horizontale richtingen uitzendt of opvangt in een vlak, tweedimensionaal geometrisch vlak. Omnidirectionele antennes worden doorgaans gebruikt voor toepassingen over korte tot middellange afstanden, zoals punt-naar-puntverbindingen, wifi-routers en scanners.

Omnidirectionele antenne heeft ook een paar typen, afhankelijk van hun uiterlijk en gebruik. Hier zijn er een paar:

Terminal-gemonteerde antenne

Een soort omnidirectionele antenne die lang is en in de printplaat is gemonteerd. Ze kunnen worden gebruikt voor verschillende toepassingen, zoals RFID-, Bluetooth- en NFC-communicatie. Terminal-mount antennes zijn verkrijgbaar in verschillende soorten en maten. Ze hebben allemaal één ding gemeen; ze zijn ontworpen om afzonderlijk of als onderdeel van een array op een printplaat of printplaat te worden gemonteerd.

zweep antenne

Het is een veelvoorkomend type basisbelaste antenne, waarbij de spoel aan het uiteinde van de antenne is bevestigd. De hoge impedantie aan het uiteinde van de antenne zorgt ervoor dat de stroom in een cirkelvormig patroon rond het binnenoppervlak van de spoel vloeit . Dit patroon kan worden gevisualiseerd door je voor te stellen dat een kleine hoeveelheid lading in cirkels beweegt binnen een grotere cirkel.

Zweepantennes worden gebruikt voor communicatietoepassingen op korte afstand, zoals AM-radio-uitzendingen, radiocommunicatie met de burgerband en werking op amateurradiobanden van 2 meter.

Rubber Duck Antenne

Een type omnidirectionele antenne is een elektrisch korte monopoolantenne die functioneert als een sprietantenne. Het is ook bekend als een rubberen eendje of gewoon eendje. Dit type antenne wordt het meest aangetroffen op draagbare apparaten zoals mobiele telefoons, radio's en walkietalkies, omdat het is gemaakt van flexibel materiaal en in veel verschillende vormen kan worden gebogen.

Dipoolantenne voor buiten

Een type omnidirectionele antenne die een stralingspatroon produceert. Het benadert dat van een elementaire elektrische dipool. Dit betekent dat de antenne twee identieke geleidende elementen heeft, gescheiden door een afstand, die fungeren als de stralende structuur. De lengte van de elementen en hun scheiding bepalen de frequentie waarop dit type antenne werkt.

Antenne in Puck-stijl

Deze antenne is een type omnidirectionele antenne in de vorm van een kleine schijf en is een 5-in-1 antennesysteem in een enkele behuizing, gebruikt voor elk DTV- of HDTV-systeem. Ook te gebruiken in huis of in auto's. De puckachtige antenne werkt door signalen uit alle richtingen op te pikken en naar de ontvanger te sturen. Het wordt geleverd met een versterker ingebouwd in de basis die helpt om de signaalsterkte te versterken wanneer dat nodig is.

Magnetisch gemonteerde antenne

De antenne met magnetische montage is een soort omnidirectionele antenne die is ontworpen met een sterke magneet die uw antenne op een oppervlak houdt, zoals uw auto of de zijkant van uw huis. Dit type antenne wordt vaak gebruikt voor buitentoepassingen waar weinig ruimte is voor meer traditionele opties, zoals een dakmontage of paalmontage.

Een antenne met magnetische montage is ideaal voor diegenen die hun bestaande montage op het dak voor een ander doel willen gebruiken, en kan ook eenvoudig op metalen oppervlakken worden geïnstalleerd, zoals een hek of garagedeur.

Antenne met schroefbevestiging

Dit type omnidirectionele antenne is ontworpen om te worden gemonteerd door een gat in het plafond of wandpaneel te boren. Dit type antenne heeft een lange geschiedenis en was een van de eerste typen antennes die werd uitgevonden. Het ontwerp is geïnspireerd op bliksemafleiders, die werden gebruikt om bliksem aan te trekken van hun beoogde doelen.

Antennes met schroefbevestiging zijn er in veel verschillende maten en vormen, waarbij sommige vaker voorkomen dan andere. Er zijn ook variaties op dit type antenne, waarbij een versterker kan zijn ingebouwd, zodat deze signalen beter kan oppikken dan andere typen antennes op zichzelf zouden kunnen.

Directionele antenne

Ook wel een straalantenne genoemd. Het is een antenne die stroom uitstraalt of ontvangt in specifieke richtingen. Het zorgt voor betere prestaties en minder interferentie van elke ongewenste bron. Dit type antenne wordt vaak gebruikt bij satellieten omdat ze signalen in een zeer smalle richting kunnen verzenden en ontvangen. De schotelantenne is een voorbeeld van een richtantenne die signalen van aardgebonden antennes uitzendt en ontvangt.

Richtantennes hebben ook een paar typen, afhankelijk van gebruik en uiterlijk. Dit zijn een paar soorten directionele antennes:

Paneelantenne

Het heeft de vorm van een blad of paneel. Paneelantennes worden vaak gebruikt in televisie-uitzendingen en mobiele telefoonnetwerken.

Deze antennes zijn gemaakt van platte platen of vellen geleidend materiaal, zoals koper of aluminium . Ze hebben als voordeel dat ze in veel verschillende vormen en maten kunnen worden gegoten, waardoor ze voor diverse toepassingen bruikbaar zijn.

Een paneelantenne kan bijvoorbeeld zo worden gevormd dat deze een brede dekking biedt over een heel gebied, of hij kan zo worden gevormd dat deze een gerichte dekking biedt over slechts één gebied.

Schotelantenne

een type directionele antenne die een schotelvormig type parabolische antenne is. Het bestaat uit een reflector, feed en subreflector. De reflector vangt radiogolven uit de lucht op en focust ze op de feed, die ze omzet in een elektrisch signaal. De subreflector helpt om een constant brandpunt voor de reflector te behouden.

De schotelantenne wordt gebruikt in satellietcommunicatiesystemen, draadloze LAN-systemen en radioastronomie. In draadloze LAN-systemen wordt het gebruikt om gegevens via een draadloos netwerk (WiFi) te verzenden en te ontvangen. In de radioastronomie wordt het gebruikt om radiogolven uit de ruimte op te vangen met behulp van grote telescopen die op specifieke delen van de hemel zijn gericht.

Yagi-antenne

Een directionele antenne die signalen in één hoofdrichting uitstraalt. Het bestaat uit een aantal elementen, of dipolen, die aan het ene uiteinde met elkaar zijn verbonden en aan het andere uiteinde met een reflector. De vorm lijkt op de letter Y, vandaar de naam.

De Yagi-antenne heeft een hoge versterking in vergelijking met andere soorten antennes omdat er meerdere dipolen zijn die in fase met elkaar uitstralen en combineren om betere prestaties te produceren. De lengte en oriëntatie van elke dipool bepaalt hoeveel signaal door elk element wordt uitgestraald.

Hoe u antennes kiest voor uw PCB-toepassingen

Er zijn veel dingen waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een antenne voor uw PCB-toepassing. De eerste stap is het bepalen van het frequentiebereik van uw antenne, evenals de bandbreedte. Een breedbandantenne bestrijkt een groter frequentiebereik dan een smalbandantenne en kan ook over meerdere frequenties werken.

Als u de meeste flexibiliteit wilt op het gebied van bandbreedtes en frequentiebereiken, moet u op zoek gaan naar een richtantenne. Deze antennes hebben een smallere bandbreedte dan andere soorten antennes, maar ze kunnen ook worden afgestemd met behulp van software.

Voor toepassingen waarbij een hoge versterking en/of directionele eigenschappen vereist zijn, kunt u overwegen een sleufantenne of patchantenne te gebruiken. Deze zijn doorgaans groter dan andere antennetypes omdat ze een hoger vermogen aankunnen . Ze bieden echter betere prestaties dan omnidirectionele antennes.

Conclusie

Een PCB-antenne is een belangrijk onderdeel in communicatieapparaten dat signaalontvangst, signaaloverdracht en frequentieontvangst mogelijk maakt . Er bestaan echter geen specifieke specificaties voor PCB-antennes, omdat antennes veldgeoriënteerd zijn. Dit betekent dat ze moeten worden beschouwd binnen de context van een grotere simulatie van het apparaat zelf.

Printplaten (PCB's) zijn essentiële componenten in een breed scala aan elektronische apparatuur, van hoogwaardige consumentenelektronica tot industriële besturingssystemen. De PCB-antenne is een belangrijk onderdeel van de meeste printplaten. Deze fungeert als het primaire communicatiepunt tussen de printplaat en de buitenwereld.