在 PCB 上将天线信号引出来(通常指将 RF 信号从芯片的 RF 引脚连接到天线或天线连接器),需要特别注意射频信号的特性,以保证信号完整性和辐射效率。以下是关键步骤和注意事项:
? 核心原则:控制阻抗,减少损耗和辐射干扰。
? 主要方法和步骤:
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确定天线类型和位置:
- 板载天线: 如贴片天线 (Ceramic Chip Antenna)、IFA/PIFA、倒 F 天线、蛇形线天线等。这些天线本身是做在 PCB 板上的。
- 外接天线: 如鞭状天线、外置胶棒天线、外置 PCB 天线板(通过线缆连接)。这种情况下,需要在 PCB 边缘放置一个天线连接器。
- 明确天线类型决定了你是直接将 RF 线布线到天线结构上,还是布线到一个连接器上。
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阻抗匹配与 RF 走线设计:
- 目标阻抗: 绝大多数射频系统(WiFi, Bluetooth, Cellular, LoRa 等)的标准特性阻抗是 50 Ω。这意味着从 RF 芯片引脚到天线输入点的整个路径(包括 PCB 走线)都必须设计为精确的 50 Ω 阻抗。
- 微带线计算: 使用 微带线 作为 PCB 上的 RF 传输线是最常见的方式。微带线的阻抗由以下因素决定:
- 走线宽度: 最关键参数之一。
- PCB 基材厚度: 信号层到最近参考地层的距离。
- PCB 基材的介电常数: 高频板材的介电常数通常更稳定。
- 铜箔厚度: 通常为 1oz (35μm) 或 0.5oz (18μm)。
- 使用计算工具: 必须 使用专业的 PCB 阻抗计算工具(如 Saturn PCB Toolkit、Polar Si9000 或 PCB 厂商提供的工具),根据你的 PCB 叠层结构和材料参数,精确计算出达到 50 Ω 阻抗所需的走线宽度。
- 关键提示: PCB 板厂在制板时会根据你提供的阻抗要求进行微调并反馈给你最终的生产参数,提前沟通至关重要。
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RF 走线布线的关键规则:
- 最短路径: RF 走线应尽可能短,以减小损耗和辐射干扰。
- 避免直角转弯: RF 走线转弯处必须使用 45° 斜角 或 弧形转弯,严禁 90° 直角转弯,否则会引起阻抗突变和信号反射。
- 参考地平面: RF 走线正下方必须有一个完整、连续的 参考地平面,并且紧邻在 RF 走线层的相邻层(通常是下一层)。这是实现可控阻抗微带线的基础。?
- 保持间距:
- 远离干扰源: RF 走线应远离高速数字信号线(如时钟线、数据总线)、开关电源电路、晶振、电感等潜在的噪声源。保持至少 3倍线宽的距离,或用地线隔离。
- RF 线间距: 不同 RF 信号线之间(如 WiFi 的 RX/TX)也应保持足够间距,避免串扰。
- 禁止在 RF 线下走线或开槽: 参考地层在 RF 走线投影区域下方必须完整无切割❗️禁止在 RF 线正下方的地层走其他信号线或开槽,这会严重影响阻抗和信号回流路径。
- 过孔使用: 尽量避免在 RF 主路径上使用过孔。如果必须使用(例如换层):
- 数量最少化(最好不超过 1-2 个)。
- 使用小尺寸过孔(如 8/18 mil)。
- 确保过孔有良好的接地返回路径(在过孔周围打密集的接地过孔连接到参考地)。
- 精确计算过孔带来的阻抗变化并在设计中补偿。
- 元件放置: 将匹配元件(π型或 L 型网络的电容电感)靠近 RF 芯片输出引脚放置,并保持它们之间的走线也非常短且符合阻抗控制要求。
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引到天线或连接器:
- 板载天线: RF 走线直接连接到天线的馈点。确保馈点处的阻抗设计符合天线规格书的要求(通常是 50 Ω)。仔细遵循天线厂商提供的布局指南(如净空区要求、接地方式)。
- 天线连接器:
- 选择合适类型的连接器(如 U.FL/IPX、MMCX、SMA、RP-SMA 等)。U.FL 因其体积小常用于小型设备。
- 将 RF 走线直接连接到连接器的中心焊盘(Pin)。
- 连接器的外壳必须通过多个过孔或大面积铺铜良好地连接到 PCB 的主参考地平面。这对于信号屏蔽和回流至关重要。
- 关键点: 连接器安装位置的 PCB 边缘应做开槽处理(即将连接器安装区域下方的所有地层挖空,直到板边),目的是防止射频信号通过 PCB 板材耦合到连接器外壳再辐射出去(称为“Common Mode Current”问题)。连接器的金属外壳只应与其安装孔周围的 PCB 固定焊盘相接(焊盘通过过孔接地),而与下面的地层隔离(靠开槽实现)。?
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接地与屏蔽:
- 在整个 RF 区域周围铺地铜,并通过密集的过孔连接到主参考地层(形成“地笼”或“地墙”),以提供良好的屏蔽和低阻抗回流路径。
- 对于敏感或高功率电路,可能需要使用金属屏蔽罩。
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测试与调试:
- 网络分析仪: 这是射频调试的必备工具。使用 VNA 测量从 RF 芯片引脚焊盘到天线馈点/连接器焊盘这段传输线的 S11 (回波损耗 / 反射系数, 看匹配) 和 S21 (插入损耗)。
- 目标: S11 在目标工作频段内应尽可能低(例如 < -10 dB,意味着 VSWR < 2:1),S21 的损耗也应尽量小。
- 匹配调试: 根据 VNA 测试结果,微调匹配网络(π型/L型电路的电容/电感值),以达到最佳的阻抗匹配(最小反射,最大功率传输)。预留匹配元件的位置及其焊盘的可调范围(如放置多个不同值的电容焊盘)。
? 总结关键点:
- 50 Ω 阻抗控制是核心! 计算、设计、制造都要围绕这个目标。
- 最短路径,减少过孔。
- 完整连续的参考地平面紧邻 RF 走线。
- RF 线下方的地层严禁切割和走其他线。
- 元器件靠近放置,转弯用 45°/圆弧。
- 远离干扰源,做好隔离。
- 连接器接地良好并做开槽处理。
- 必须使用 VNA 测量和调试。
? 补充说明:
- 高频板材: 对于 GHz 以上的高频应用(如 WiFi 5/6/6E/7, 5G NR),普通 FR4 板材的损耗和介电常数稳定性可能不足,应考虑使用罗杰斯、Isola、松下 Megtron 等高频专用板材。
- 同轴电缆焊接: 如果是从板子焊点直接焊接同轴电缆芯线和屏蔽层到 PCB,同样需要确保芯线焊盘满足 50 Ω 微带线设计要求,屏蔽层焊接到大面积接地铜皮(多点焊接且低阻抗)。
- 仿真: 复杂设计或高频设计建议使用 HFSS、ADS、CST 等电磁仿真软件进行建模和仿真优化。
遵循这些原则和步骤,可以有效地将天线信号从 PCB 上的 RF 芯片引脚引导至天线或天线连接器,保障无线通信的性能。务必仔细阅读你所使用的 RF 芯片和天线的数据手册以及应用笔记,它们通常包含非常重要的布局布线指导。?
280049的开发板,CAN信号是从哪个管脚引出来的
280049的开发板,CAN信号是从哪个管脚引出来的?我用PIN 80和PIN 82,对应CANA_RX、CANA_TX,但是没有信号出来。
qusha5668
2020-05-20 12:31:44
请问C6748F-EasyEVM开发板的SPI接口怎么引出来?
如题,我有一个外部设备是SPI通讯的,C6748F-EasyEVM开发板的SPI接口是不是没引出来啊?如果这样的话有没有其他解决方法?(先不考虑软件模拟SPI)
xiaohongchen615
2019-08-05 10:31:50
请问核心板两个mcasp都引出来了吗
请问你们的核心板两个mcasp都引出来了吗?一个mcasp通道可否走8路wav码流,用TDM 模式。谢谢如果我要走4路WAV呢?这个多通道那有什么意义?想咨询一下linux-rt 对飞RT 的有什么优势,有在量产的项目上应用吗?要是运行QT 话256M 的RAM 的是不是小了点。
mingodong
2022-01-12 06:20:43
请问在FETMX6UL核心板上的引脚ENET2_RX_EN有没有引出来呢
请问,在[size=13.3333px]FETMX6UL核心板上的引脚ENET2_RX_EN有没有引出来呢?[size=13.3333px]怎么资料里没有核心板pdf原理图呢?买板的时候销售说核心板要提供原理图的
随行者011011
2022-01-10 07:24:20
PCB天线/FPC天线/LDS天线的优缺点
一定偏差。 二、FPC天线 相当于把PCB板上的天线线路拉出来,用其他外部的金属来做天线。通常用于频段复杂的中低端手机和智能硬件产品里。 优点:适用于几乎所有的小型电子产品,能够做十多个频段
一只耳朵怪
2021-02-20 14:08:35
请问是否可以用连接线直接引出ministm32开发板PD引脚?
原子哥,你好ministm32开发板LCD/OLED共用口标着是(D1,D2,D7...),占用的是PD的IO脚吗?如果是PD脚,那我想用的话是否可以用连接线直接引出来就可以用了吗?
hari69
2019-07-03 02:12:10
如何依靠长PCB进行天线设计和防止PCB线路板上的扭曲
天线应用长条的PCB线路板 现代无线应用需要坚固的天线,这通常意味着需要一块长的印刷电路板来集成和支持这些应用。天线的设计可能会造成或破坏您的应用,但依靠长PCB可以帮助您完成正确的工作。 天线可以
2021-02-24 10:47:35
PCB天线设计原理解析
PCB(Printed Circuit Board)天线是一种基于印刷电路板的无线通信设备,广泛应用于无线通信领域。本文将介绍PCB天线的设计原理,包括天线的基本概念、设计要素和常见的PCB天线类型
2024-04-03 11:00:25
什么是PCB板载天线,它的作用是什么
基于射频技术的无线模块需要通过天线来发射和接收电磁波信号,市场上常见的天线类型有陶瓷天线、板载天线、棒状天线以及外接天线,外接天线是通过在PCB板上预留IPEX座子,可选天线类型就比较多。本篇
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在上一篇的《PCB板载天线WiFi模块_SKYLAB UART接口WiFi模块》中,SKYLAB着重介绍了4款满足物联网近距离数据传输、智能控制的UART接口PCB板载天线WiFi模块。本篇
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什么是微带天线?
微带天线的概念最早是由Deschamps 于1953年提出来的,但是一直到二十年之后,随着天线理论的发展,和覆铜介质板光刻技术的发展,实际的微带天线才制作出来。由于微带天线重量轻,体积小,平面结构可以和PCB电路集成等有点,微带天线得到了广泛的研究和应用。
2021-05-15 11:51:03
请问如何设置IMX6UL核心板GPIO的上拉电阻呢
直接从IMX6UL核心板引出来的GPIO口,读取值的时候,忽高忽低,请问如何设置GPIO的上拉电阻
douyin8
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陶瓷天线电路如何设计,PCB板如何布局?
最近用ESP32-S2芯片设计了一个小硬件,但是在天线电路设计上出现了问题,希望能给出一些指导,比如布局规则,以及Π型网络如何匹配等。我针对前两版的PCB做了一些修改和优化,下面是将要投板的第三版
caosurround
2023-03-13 08:52:00
pcb天线怎么接外置 pcb天线和fpc天线比较
外置天线通常具有标准的 RF 接口,如 SMA、MMCX 或 U.FL 等。确保 PCB 天线和外置天线之间的接口类型匹配。
2024-02-23 15:39:28
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天线对周围环境敏感。因此,当PCB上有天线时,设计布局应考虑到天线的要求,因为这可能会极大地影响设备的无线性能。将天线集成到新设计中时应格外小心。甚至PCB的材料,层数和层厚度也会影响天线的性能
2021-01-27 12:29:29
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RFID PCB盘形线圈天线设计本人现正在做一款RFID PCB盘形线圈天线,频率为高频13.56MHZ,所用的芯片内置电容为23.5pF,PCB板外形确定,怎么计算要多少圈,线径,线宽,最外圈多大,这些参数都可以自己先设定一个值,就是不知道要多少圈
oyk
2019-11-01 11:16:46
【MTO-EV033开发板试用体验连载】MTO-EV033开发板开箱体验
的相当扎实。单列拔制手感不错。外围线路基本都引出来了,方便测试。查阅相关资料,基本上找不到。由于我基本上用英飞凌的控制芯片。但愿自己能够上手!华秋包装盒,包装蛮好的官方产品包装图PCB测试板。放在试验室但愿能跑起来`
SteveZhang
2020-12-22 15:41:24
想用石英板替代FR4做一款pcb,规格是30*30*2mm的,有可以指导一下的吗?
石英板在30*30mm两侧中心加了焊盘,然后我接了铜线引出来,用电桥测了10块石英板,测试条件是电压1V和频率2MHZ,显示电容值是2PF左右,Q值不是很稳,在200-800之间跳动,请问一下石英作为电容的话C值计算、介电常数、耐压值、容值随温度变化等知识吗?
PCB86060838
2020-05-28 22:14:39
定向微带阵列天线PCB
各位大佬,有没有了解或做过定向微带阵列天线PCB的?最近我司做的一款天线PCB,之前打样性能很好,但是最近返单做的性能很差没有达到要求。我们的制板要求,要求了板材型号、介电常数、铜厚等影响的性能
beeyys
2020-10-21 16:13:50
基于PCB板的环形天线工作原理是什么?
rfPIC12F675基于PCB板的环形天线。天线是将无线电发射机输出的射频信号功率由电磁波的形式辐射出去的一个重要的无线电设备。
musicalboy
2019-08-20 06:01:56
PCB板上常见的天线类型和常见的射频有哪些?
如何设计PCB板上的射频信号?什么是射频信号?PCB板上常见的天线类型和常见的射频有哪些?射频信号为什么要进行50欧姆阻抗设计可不可以不控阻抗?射频屏蔽罩在没有空间的情况下是否可以不加?
denxinan
2021-10-08 07:31:06
pcb库中天线的含义是什么?
在贵司下载了pcb库 其中有天线,请教老大天线的含义,怎么用举例:图示中的天线是用在1.6mm板厚度、FR4材质吗?如果用在1.6mm厚度,嘉立创的普通双翅膀或4层板,可以吗?好像就是fr4,图示 1.62.0 表示的是板材厚度吗?
djelje
2022-09-07 07:11:18
GPIO例程更改后为什么GPIO端口电压没有改变
。上图1及2是更改后的gel与创龙gel的对比,粉色的是更改过的地方;4. 我自己的PCB板与创龙的PCB板硬件区别如下:1) 硬件引出来的端口EMIF,SPI,DDR2;2) SPI0 flash启动(固定)
60user107
2020-04-07 06:28:05
数字电源开发板设计方案,可二次开发
stm32G474 输入电压15~75V(交流需要加桥堆。输入电压和电容耐压有关) 输出电流在6A左右。大电流需加散热片。 输出5V到70V。 所有管脚都已引出来了,可以二次开发。 pcb尺寸
2020-11-19 09:49:23