Baskı Devrede Anten Yolları Çizimi

Anten nedir ?

Antenler, boşlukta yayılan elektromanyetik dalgaları toplayarak iletim kanalı içerisinde yayılmayı sağlamak (receiver) ya da boşluğa elektromanyetik dalgalar yaymak (transmitter) amacıyla tasarlanmışlardır. Antenler, verileri yaydıkları dalgalar itibariyle kilometrelerce uzaklara taşıyabilirler.

Genellikle bir anten, elemanlarıyla iletken malzemeyle elektriksel olarak bağlı alıcı ve vericiden oluşur. Verici anten de elektronlar sınırlandırılarak bir elektrik alan oluştururlar ve tabi ki aynı zamanda bir de manyetik alan oluştururlar. Bu, zamanla beraber değişmekte olan dalgalar uzaya ya da boşluğa enine elektromanyetik dalga olarak yayılır. Tersinde ise, yani antene gelen elektromanyetik dalga anten üzerinde bulunan elektronları  ileri geri hareket etmesine sebep olarak, giderek hızlanan bir titreşim meydana getirir. Bu da antenin içinde elektronların hareketinden dolayı akım oluşmasını sağlar.

Maksimum Güç Transferi Teoremi

İç dirence sahip herhangi bir kaynaktan bir yüke maksimum güç transferi yapılabilmesi için yük empedansı , kaynak içi empedansının kompleks eşleniği olmalıdır.

Bu teoreme göre bizim kullandığımız antenden istediğimiz sinyal verimini alabilmemiz için çizeceğimiz yol ile anten arasındaki empedans eşleşmesini (impedance macthing) yapmamız gerekir. Kullanacağımız antenin iç direnci belli olduğu için yolumuzun bize çizeceğimiz yolun empedansını hesaplamak kalır. Bu hesaplamayı şu formüller aracılığıyla yapabiliriz.

Formülde ve fotoğrafta görülen parametreleri kullandığınız PCB’nin özelliklerini öğrenip ona göre hesaplamalarını yapmalısı gerekir. PCB'nin fiziksel özelliklerinin bilgisinden, istenen karakteristik empedans ile bir iletim hattı izi oluşturmak mümkündür.

İki katmanlı panolar genellikle daha basit ve maliyete duyarlı uygulamalar için seçilir. Kullanıldıklarında, mümkün olduğu kadar ince olmalıdır, çünkü belirli bir karakteristik empedans için RF iz genişliği, alt tabaka yüksekliğiyle doğrudan orantılıdır. Bu nedenle, kalın PCB'ler (0,8 mm'den büyük) daha geniş RF izlerine neden olur ve sinyal yönlendirmeyi zorlaştırır. Daha geniş RF 

izleri, sahte parazit dalga modlarını da tetikler.

ÖRNEK: 2 katlı FR4 tipi bir PCB ye göre empedansı 50 ohm olması için gereken yol genişliğini hesaplayalım. (FR4 dielektrik sabiti =4.6 )

Bu örneği formüle göre hesaplayabilirsiniz ama kendiniz toplamak yerine bir hesaplama programı kullanmanızı tavsiye ederim. Aşağıdaki fotoğrafta görüldüğü gibi PCB nizin özelliklerini ve ulaşmak istediğiniz frekansı seçerek empedansınızı kolayca hesaplayabilirsiniz.

Ayrıca program formüle göre alamayacağınız bazı parametreleri alarak daha detaylı bir hesaplama yapabilmemize olanak sağlar.

ALTIUM EMPEDANS HESAPLAMA

Siz kart tasarımınızı Altium programında yapıyor iseniz ALtium sizin için yolun empedansını hesaplar eğer yolunuzun empedansı sizin kuralda belirttiğiniz aralıkta değil ise sizi uyarır.

Hesaplamayı ve kuralı nasıl yapabiliriz diye soracak olursanız:

 1-) DESING -> LAYER STACK MANAGER yaptığınızda önce kartınızın kaç katlı olacağıyla ve kullanılacak malzemesiyle ilgili güncellemeleri yapmalısınız çünkü Altium yolun empedansının sizin burada belirlediğiniz özelliklere göre hesaplayacaktır.

Impedance Calculation tuşuna bastığınızda orada verilen empedans formülünü göreceksiniz.

         2-) Bu ayarlamaları yaptıktan sonra DESING-RULES-SIGNAL INTEGRTY-IMPEDANCE-NEW RULE dedikten sonra karşınıza çıkan ekrandaki empedans sınırlarını belirledikten sonra, WHERE THE OBJECTS MATCHES seçeneğinden bu kuralın nerede veya ne için devreye gireceğini belirleyin.

       3-) 















Test amacıyla çizdiğim PCB çiziminde TOOLS-DESİNG RULE CHECK yaptığımızda yolunu çizdiğim SIGNAL netinin empedansının girdiğim aralıkla eşleşmediğini belirtiyor.

ANTEN YOLU ÇİZİLİRKEN UYULMASI GEREKEN KURALLAR

·         Antenin 200 mm içinde başka metal kutup olmamalıdır.

·         Antenleri yere dik tutun ve metal nesnelerle çevrelemekten kaçının.

·         Antene giden yol mümkün olduğunca kısa ve düz olmalıdır.

·         Antenler kartın kenarlarına yerleştirilmelidir, kartın merkezine değil.

·         RF portlarının (antenlerin) kartın dış tarafına bakması ve mümkün olduğunca kartın dışında olması önerilir.

·         Antenler, CPU/FLASH/DC-DC/DISPLAY gibi parçalarla aynı katmanlarda bulunması önerilmez.

·         Antenler, CPU/FLASH/DC-DC/DISPLAY gibi parçalarla aynı katmanda ise mümkün olduğunca uzağa ve farklı kenarlara yerleştirmelidir.

  CPU ve DISPLAY arasında yüksek hız gerektiren yolları mümkün olduğunca kısa tutun ve bu çizgileri iç katmanlara yerleştirin ve mümkün olduğu kadar toprakla koruyun. Gerekiyorsa EMI (Elektromanyetik Girişim) filtreleri kullanın.

EŞDÜZLEMSEL RF PCB TASARIM REHBERİ

 Empedans eşleşmesi için dokümanın en başında verilen formüllere göre hesaplamalar yapılmalıdır.

1.     Şekilde görülen 2 numaralı pinler bu konumdayken, pinleri izole (sıcaklığı geçirmeyen bir hal) etmeyiniz ve toprakla yeterince yakın temas ettirmeyiniz.

2     Yüzey tabakasına lehim dökülmesini önleyin ve parazitik etkiyi azaltın. 

     Eğer yolu çizerken yolu döndürmenizi zorlayacak bir durum olursa (yolun düz olması gerekir) ,yolu dik bir şekilde değil 135 derecelik açıyla dönüş yapınız.

3.     Cihazı lehimlerken sinyal pedi  ve toprak arasında belirli bir mesafe bırakın.

4.     RF yolunun ilgili referans toprağıyla birleştiğinden emin olun ve RF in akışına yardımcı olmak için daha fazla toprak viası eklemeyi unutmayın.

5.     Şekil 6 da görülen üç bileşen PI tipieşleştirme devresidir. Antene mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Eğer RF pin ile SMA connector arasında yeterli mesafe yok ise bu devre L tipinde de yerleştirilebilir.