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El material de placa de circuito con diversas buenas características puede satisfacer las necesidades de los sistemas modernos de comunicación inalámbrica, sentando las bases para antenas de PCB de baja distorsión...
A pesar de las diferentes formas y tamaños de la antena, la antena de placa de circuito impreso (pcb) puede mantener su rendimiento sin cambios, reduciendo considerablemente su tamaño. Por supuesto, el diseño y la fabricación de antenas, incluidas las basadas en pcb, deben garantizar un indicador mínimo de intermodulación pasiva (pim) para maximizar el rendimiento en el entorno de señal abarrotado actual.
Para las antenas de pcb, aunque el bajo índice PIM está relacionado principalmente con el diseño de la antena, el material de la placa de circuito también tiene un gran impacto en el rendimiento general PIM de la antena de pcb, por lo que también es necesario considerar cómo seleccionar el material del Circuito de radiofrecuencia (rf) / microondas.
El PIM es un efecto no lineal similar al de un semiconductor. Cuando se combinan dos o más señales (por ejemplo, de diferentes transmisores), se producen señales armónicas innecesarias. Cuando el nivel de estas señales armónicas adicionales es lo suficientemente alto y cae dentro del rango de frecuencia receptible del receptor, puede causar problemas e interferir con la detección normal de la señal en la banda de frecuencia por parte del receptor. Aunque el PIM no afecta a cada aplicación, puede interferir con el funcionamiento normal del sistema de comunicación inalámbrica, especialmente cuando intenta restaurar la señal de nivel inferior.
Antena PCB
Las antenas de alta frecuencia fabricadas en forma de PCB pueden tener muchas estructuras diferentes, desde dipolos simples hasta estructuras complejas basadas en resonadores circulares y lentes rotman. Una de las antenas de PCB más populares es la antena de chip microstrip, que puede diseñar una estructura de antena simple y compacta en un rango de frecuencia específico (véase la figura 1). Muchos productos utilizan múltiples antenas de parche de PCB o estructuras de resonancia para lograr redes de formación de haz (bfn) o antenas de matriz por fases, y controlan la amplitud y la fase de sus estructuras delgadas de antenas de PCB para radares o sistemas de comunicación a través de ajustes electrónicos. También hay una Dirección.
Bajo la frecuencia de ondas milimétricas (mmwave), las antenas compactas de PCB planas también están recibiendo cada vez más atención. Por ejemplo, el sistema avanzado de asistencia al conductor de 77 GHz (adas) para sistemas de seguridad electrónica automotriz utiliza esta antena para realizar sistemas de detección de puntos ciegos y frenado automático, así como funciones anticolisión. Debido a la baja potencia de señal del sistema, el receptor Adas debe confiar en su alta sensibilidad para detectar de manera confiable los ecos de radar reflejados por peatones y otros vehículos.
La unidad de antena de chip MICROSTRIP irradia la energía electromagnética (em) al espacio libre en el momento de la transmisión y, en el momento de la recepción, emite la energía electromagnética al circuito conectado (por ejemplo, receptor). Pero el parche es solo una parte integral de la antena pcb, y el feed es otra parte importante. Los alimentadores actúan como puentes entre los circuitos de MICROSTRIP conectados y los parches de radiación para transmitir y recibir energía electromagnética. Idealmente, el chip debe mostrar una alta radiación, mientras que el feed tiene una baja radiación, logrando así una transmisión efectiva de energía del Circuito al chip.
Estrategia PIM
En los sistemas de comunicación inalámbrica, como las redes inalámbricas 4G lte, las antenas con PIM más alto pueden causar la pérdida de datos. Esta red depende del sistema de antenas distribuidas (das) para ampliar la cobertura inalámbrica, mientras que las redes inalámbricas 5G emergentes, aunque con mayor frecuencia, en realidad lo hacen.
Para las frecuencias de señal portadora F1 y F2 en las dos bandas de frecuencia del sistema transceptor, PIM es un producto mixto de nf1 - mf2 y nf2 - mf1, en el que n y M son enteros. Este armónicos PIM derivado se puede clasificar de acuerdo con ciertas reglas, y su orden está determinado por la suma de M y n, como los componentes de tercer orden de 2f1 - F2 y 2f2 - F1 (figura 3). Los productos de intermodulación de tercer orden merecen atención porque están más cerca de la señal portadora y pueden caer en la banda de frecuencia del receptor, y si estos componentes tienen mayor potencia, pueden causar bloqueo de recepción.
La amplitud de los componentes armónicos del PIM no es solo una función de las amplitudes de F1 y f2, sino también de su orden del pim. La amplitud del componente armónicos del PIM disminuye con el aumento del orden. Por lo tanto, los niveles de potencia armónica PIM de 5, 7 y 9 órdenes suelen ser pequeños y no afectan el rendimiento del receptor.
¿¿ hasta qué punto los niveles de baja potencia pueden considerarse PIM bajos? Este valor puede variar según el sistema. Para los sistemas LTE 4G que utilizan algunos de los componentes pasivos incluidos en el dispositivo das, como conectores y cables, el - 145dbc suele ser lo suficientemente bajo. En general, - 140dbc o más se considera un rendimiento PIM pobre, mientras que - 150dbc suele ser mejor, - 160dbc es incluso mejor.
Al medir los niveles de PIM de antenas y otros componentes pasivos en una cámara oscura de microondas especialmente diseñada, los niveles de ruido tan bajos como - 170dbc pueden superar los niveles de ruido del entorno de prueba de la Cámara oscura. Cuando se miden con dos señales monotónicas + 43dbm, el nivel real de ruido de la mayoría de las cámaras oscuras de prueba PIM es de - 165dbc.
El PIM bajo es particularmente importante cuando la misma antena utiliza alimentadores públicos para realizar funciones de transmisión y recepción. Debido a que el transmisor y el receptor se encuentran en el mismo sistema al mismo tiempo, el producto no lineal de múltiples señales transmitidas siempre provocará armónicos intermodales innecesarios, cuya amplitud suele ser suficiente para reducir el rendimiento del receptor. Comprender el impacto de las propiedades de diferentes materiales en el PIM puede reducir el impacto del PIM en las antenas de pcb.
Aunque en la mayoría de los casos el PIM es causado por materiales desiguales en los nodos del circuito, como puntos de soldadura o conectores, también pueden verse afectadas las características del material de la placa de circuito, como la superficie áspera de cobre y los diferentes tipos de tratamiento de la superficie galvánica. Generar niveles de PIM más bajos o superiores. Algunos parámetros en el material de la placa de circuito se pueden utilizar como referencia para el diseño de antenas de PCB PIM bajas.
Las antenas y otros componentes pasivos hechos de materiales de PCB también pueden afectar el rendimiento del PIM después de la galvanoplastia en la superficie. Los materiales ferromagnéticos (como el níquel) afectan gravemente las propiedades del pim. El estaño sumergido suele tener un mejor rendimiento PIM que los circuitos de cobre desnudo, mientras que los circuitos que utilizan oro químico de níquel (enig) tienen un peor rendimiento PIM debido al níquel.
La limpieza de la superficie del circuito es propicia para reducir el rendimiento PIM de las antenas de MICROSTRIP y otros componentes pasivos. Los circuitos con máscaras de soldadura suelen tener un mejor rendimiento PIM que los circuitos de cobre desnudo. Los circuitos limpios y el tratamiento químico húmedo sin residuos son una base importante para reducir el rendimiento del pim. Cualquier forma de contaminante o residuo de iones en el circuito puede causar un mal rendimiento del pim.
Del mismo modo, la calidad de grabado del circuito también es muy importante para mejorar el rendimiento del pim. Esta situación también puede reducir el rendimiento del PIM si el conductor de la lámina de cobre no está suficientemente corroído, lo que resulta en ásperas y burras en el borde del circuito.
Siempre que se elija cuidadosamente el material de la placa de circuito, es posible mejorar el rendimiento PIM de los componentes pasivos o circuitos. Sin embargo, incluso con materiales PIM bajos, algunos tipos de circuitos pueden no ser capaces de mejorar sus propiedades pim, ya que su estructura es más vulnerable a los pim. Por ejemplo, Rogers utilizó un material de placa de circuito ro4534 de 32,7 milímetros de espesor para realizar experimentos relacionados. Este laminado de antena se caracteriza por un DK de 3,4, una tolerancia de ± 0,08 y un bajo factor de pérdida (baja pérdida) de 00027 a 10 ghz.
