无线电子产品前端射频设计注意事项

news2024/11/26 2:35:49

1 引言

1.1 编写目的

整理带无线的产品RF部分对外壳及PCBA设计注意事项，主要目的是为设计者提供一些参考，提高无线产品的设计质量和效率、保证可生产性。

1.2 背景

RF布局是射频电路设计极为重要的步骤和环节，关系到射频信号能否有效的工作、产品性能是否达标、生产是否能顺利、使用是否安全等问题。

本文以市面一些产品进行讲述一些设计注意事项，因这些产品都是采用模组形式，射频器件布局走线及天线设计净空本文就不讲了，下面主要针对在产品上模组天线合理有效放置讲述。

1.3干扰源
电子产品主要干扰射频信号的器件有：电池、蜂鸣器、端子线、显示屏、钢片、LED、敏感信号走线、特别性传感器、绕线电感、磁铁、复杂结构挡板、PCB材质、外壳材质等

1.4天线位置净空意义
多数电子产品采用的都是模块+配板载天线、或模组+定制外置天线。
天线净空的作用：主要是让天线本体远离一些干扰它电场/磁场的器件，从而保证天线的驻波/效率等性能，净空区的大小还关系到谐振频率点、带宽还有效率好坏，再则净空区在一定程度上改变天线近场与远场两者的划分。

2 技术总结描述
2.1 外壳结构及材质选择
（1）外壳材质根据产品使用环境、特性、安全性等选择，但尽量不选择铝合金等材质对射频信号衰减过大。如外壳已定，天线需根据外壳材质结构定制天线，缺点是兼容性不强。
（2）壳内设计时应考虑射频天线的放置问题，避免各种骨位造成后续各种定制天线无法合理安装放置，导致射频天线效能无法上去，或生产工艺困难等问题。
（3）PCB材质选FR4 A2以上等级，保证信号上升质量。

2.2 射频布局规划
射频PCBlayout布局尽量靠板边，天线端需净空，选择远离电池、端子线、显示屏、LED灯等干扰器件放置，天线根据安装、通信的方向，选择外壳结构不复杂的地方布置。
注意：如产品结构导致布局天线紧靠上述干扰器件，应找相关人员讨论后，进行严格相关性能指标测试评估后再做，减少成本损失。
射频模组放置的地方磁场受不可控的端子线、电池、屏等影响，导致模组射频信号衰落，无法有效辐射、且造成积压发热，一致性差、距离近等问题。

2.3射频天线选择与布置
1.天线定义：无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置
2.根据实际产品与需求选择天线种类
3.根据产品成本、美观性、外壳结构、射频的功率指标、加工工艺、通信要求等选择；
4.天线方向：根据选择的天线方向性种类，结合产品使用方位放置最佳波瓣方位图；
5.天线形式为板载、弹簧、FPC、线型等，就目前小体积产品基本上使用的都是使用模组板载PCB天线、外置弹簧天线，相对成本比较低；模组板载PCB天线：天线位置靠边且底部需镂空。

2.3.1天线放置设计要求
模组天线靠产品主板边缘放置且净空、5面净空，器件板材净空；
模组天线上下两面，净空间距建议10mm以上，越大越好。
模组天线水平左右两边如无大器件及上面说的干扰器件，净空间距建议至少5mm以上，反之15mm以上。
注意：上面天线位置净空距离，不算与外壳的，天线靠壳边放，但如是板载PIFA天线也不要紧紧贴着外壳。

2.4产生磁干扰电路处理
一些产品需采用DC - BUCK/BOOST转换，注意电路磁漏影响参考地、EMI干扰，确保EMC能保证射频电路不受影响。
干扰主要表现为辐射与传导，辐射处理方法为远离与屏蔽，大面积回电源地；传导处理方法为增串联磁珠滤除、抑制电源线上的高频噪声和尖峰等，增高低频滤除电容100pF、22pF、增大电容平稳纹波问题。

2.4.1主板布局回流地处理要求
尽量保证模组下面大面积完整GND且回到电源地的完整性，从而不对模组的天线阻抗/驻波性能引起突变，射频地与数字地分开；
敏感信号线禁止走模组下面，特别是电平突变性很强走线，避免串扰。影响天线性能；