HF-Design kann ein schwieriges Unterfangen sein

Da die Wifi/5G-Antenne im Gehäuse untergebracht werden muss, sind die Platzierung der Antenne und das Schaltungsdesign auf der Platine entscheidend

Einige Designprobleme sind leicht zu erkennen, während andere weitaus schwieriger sind. Wenn der Stromverbrauch zu hoch ist, können Sie den Problembereich in der Regel finden, indem Sie Ihre Sonden an der richtigen Stelle ansetzen. Wenn Ihre CPU im Leerlauf ist, weil Sie den falschen Speichertyp oder zu wenig Speicher haben, ist das für einen erfahrenen Ingenieur leicht zu erkennen und zu beheben.

Aber die HF-Welt ist für die meisten Techniker praktisch unbekannt. Normalerweise erwarten die Systemhersteller von den HF-Anbietern, dass sie ihnen ein Blackbox-Teil liefern. Das bedeutet, dass die Blackbox alle Komponenten enthält, die für den ordnungsgemäßen Betrieb des HF-Subsystems erforderlich sind. Es ist keine Abstimmung erforderlich, und es werden wahrscheinlich nur einige passive Komponenten benötigt. In diesem Fall wird die Antenne normalerweise an der Außenseite des Gehäuses angebracht, um gute Signale zu erhalten.

Die Platzierung der Antenne in der Nähe der Hauptplatine ist eine sehr präzise Kunst, kein zufälliger Akt. Wird die Antenne im falschen Winkel oder an der falschen Stelle angebracht, kann dies zu nur schwer lösbaren HFS-Problemen führen.

Ingenieure haben die Möglichkeit, die HF-Subsysteme innerhalb des Gehäuses zu entwerfen, einschließlich der Antenne. Was tun Sie jedoch, wenn dieses HF-Subsystem durch Interferenzen von anderen Komponenten auf der Platine beeinträchtigt wird? Zunächst einmal: Woher weiß man überhaupt, dass das passiert? Solche Probleme sind weitaus häufiger, als Sie vielleicht denken.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von DFI ist auf dem Gebiet der Hochfrequenzstörungen, oder HFS, und der elektromagnetischen Störung (EMS) gut ausgebildet und hilft Ihnen gerne weiter. Das Problem könnte sehr komplex sein, mit einigen Komponenten, die einfach nicht gut mit anderen Komponenten zusammenarbeiten. Es kann aber auch relativ einfach sein, wenn eine Antenne in einem anderen Winkel oder an einer anderen Stelle im System angebracht wird, um das Problem zu lösen.

HFS-Auswirkungen

Wie in jeder anderen Umgebung auch, müssen die HFS "leise" sein. Wenn nur wenig Rauschen vorhanden ist, wird der Empfang der Antenne verbessert. Es gibt verschiedene Vorschriften, die sicherstellen sollen, dass elektronische Geräte den Energiewert unbeabsichtigt abgestrahlter EMS kontrollieren und dass unnötige elektromagnetische Wellen im Weltraum nicht die drahtlosen Kommunikationsfunktionen stören. Der durchschnittliche Motherboard-Designer ist sich dieser Vorschriften jedoch möglicherweise nicht bewusst oder denkt einfach, dass sie für dieses "einfache" Motherboard nicht gelten.

Mit mehreren Stromversorgungs- und Erdungsebenen und Geräten, die über das gesamte Frequenzspektrum arbeiten, sind EMS und HFS sehr wahrscheinlich. Die richtige Planung der Signalführung ist von entscheidender Bedeutung, ebenso wie die Simulation und Analyse von Hochfrequenzsignalen, die Kontrolle der Impedanzanpassung und der Kontinuität sowie die Vermeidung von Diskontinuitäten in den Signalpfaden. Auch die Impedanzcharakteristiken der einzelnen Teile sollten bei hohen Frequenzen angepasst werden.

Diese Kombination aus Komplexität und Dichte der elektronischen Komponenten macht jedes Signal zu einer potenziellen Quelle unbeabsichtigter Strahlung. Der Raum um die Hauptplatine ist voll von elektromagnetischen Wellen mit Grund- und Oberwellen, die das von der drahtlosen Kommunikation verwendete Frequenzband stören.

Richtige Platzierung der Antenne

Eine grundlegende Frage für Entwickler ist, wo die Antenne platziert werden soll. Es ist entscheidend, dass der Winkel und die Position so eingestellt werden, dass die Antenne nützliche Signale und keine nutzlosen Störungen empfängt.

Bei IPCs oder Embedded-Box-PCs werden die Antennen in der Regel an der Außenseite des Gehäuses angebracht. Dies vereinfacht zwar das Design, dient aber auch dazu, das Metallgehäuse als Abschirmung gegen die von der Hauptplatine erzeugten HFS zu nutzen und viele der Interferenzprobleme zu vermeiden. Für Anwendungen, die keine externe Antenne vertragen, haben die DFI-Experten eine praktikable Lösung gefunden, bei der die Antenne im Gehäuse untergebracht ist, aber keine Störungen verursacht.

Um Interferenzen zu vermeiden, müssen auch andere Komponenten innerhalb des Systems vor HFS abgeschirmt werden, z. B. DDR-Module, Taktchips, PWM-ICs usw. Die Unterbringung dieser Komponenten in Metallgehäusen oder anderen Abschirmungen kann manchmal helfen, aber das kann teuer sein oder sogar weniger effektiv. Nach den Erfahrungen von DFI ist die effektivste Art, die Abstrahlung von HFS-Energie zu reduzieren, die Abschirmung auf der Hauptplatine zu entwerfen, während die Signalführung auf der Platine geplant wird.

Neben dem Hardware-Design muss auch das Software-Design so abgestimmt werden, dass bei Systemen, die im HF-Spektrum arbeiten, die HFS reduziert wird. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem die DFI-Experten helfen können.

5G und andere damit zusammenhängende HF-Technologien werden wohl oder übel kommen, wenn sie nicht schon da sind. Und die Anzahl der Antennen vervielfacht sich, da immer mehr Funkgeräte hinzugefügt werden. Die Entwickler müssen sich also anpassen. Die DFI-Experten sind bereit, Sie dabei zu unterstützen.