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Pruebas y Adaptacion de Antenas Utilizadas en Tarjetas Electronicas PCB

June 20, 2019
Introduccion

Cuando se desea examinar una antena la cual forma parte integral de un sistema; existen compromisios entre la exactitud de las medidas, los parametros electricos y la solidez mecanica de el sistema. En este documento, describiremos algunos de los factores para este tipo de coneccion con sugerencias para obetner los mejores resultados.

Longitud y tipo de cable

Respecto a la eleccion de el cable, se deben de tomar en cuenta los siguientes factores:

  • Cable de Prueba: El cable de pruebas debe de tener la longitud correcta al grado que el instrumento que se utiliza para efectuar la prueba se encuentre desplazado fuera de el campo proximo a la antenna y retirado al equivalente a un par de ondas electromagneticas.
  • Tipo de Cable: Entre mas delgado y flexibe sea el cable menor sera la fuerza ejercida sobre el objeto de pruebas, sin embargo entre mas delgado sea el cable, mayor sera el nivel de atenuacion que se experimetara en la señal de prueba lo cual podria comprometer el resultado. A continuacion presentamos una tabla que contiene los tipos de cables con valores comunes que se pueden encontrar en el mercado:
Tipo de Cable Dia (mm) Atten dB/100ft @Freq Proteccion Conductor Dielectric
RG316 2.6 47 dB 3GHz 1 x braid stranded PTFE
Micro Coax 1.13mm 1.1 106 dB 3GHz 1 x copper/tin stranded FEP
Micro Coax 1.32mm 1.1 76 dB 3GHz 2 x copper/tin stranded FEP
Semi-Rigid 047 1.2 79 dB 5GHz solid PTFE
RG178 1.8 62 dB 2.4GHz 1 x braid stranded PTFE
RG196 1.9 42 dB 2.4GHz 1 x braid stranded PTFE
Semi-Rigid 086 2.2 46 dB 5GHz solid PTFE
RG405/U SemiRigid 2.2 38.7 dB 3GHz braid/tinned solid Ag/Cu PTFE
Flex .086* 2.2 41 dB 5GHz 1 x copper/tin solid PTFE
RG188A/U 2.5 41.2 dB 2.4GHz braid Ag/Cu solid Ag/Cu PTFE
RG188 2.7 41 dB 2.4GHz 1 x braid stranded PTFE
LMR100 2.8 39 dB 2.4GHz Foil + braid solid Foam PE
RG174 2.8 43 dB 2.4GHz 1 x braid stranded PE
RD316 3.0 43 dB 2.4GHz 2 x braid stranded PTFE

Si el cable que se utiliza para la prueba  genera un nivel significativo de perdida a la señal de pruebas, es posible incluir adaptadores coaxiales junto al cable fabricando una topologia de corto circuito, circuito abierto y una de resistensia equivalente a 50 ohm con un componente integrado en una tabla de bronze similar a la de la contruccion al de el objeto que se desea  examinar.

Uso de un switch sensillo en el puerto de coneccion

figure 2Un puerto de pruebas usualmente tendra una resistensia de 50 ohm. Si el diseño incluye un switch coaxial con el proposito de realizar las pruebas y de inspeccion (Hirose MS-180, es recommendable, figura 1) una antenna de pruebas se podria crear mediante una modificacion al switch despues de rotarlo 180°. Esta modificacion ejecuta la accion de invertir el orden de las terminales que conectan al cable de pruebas, es decir la entrada se convierte en salida. Como consequencia al conectar el cable de pruebas se interrumpe la linea que alimenta y el cable ahora esta dirigido hacia la antenna en vez que este dirigido hacia el resto de el sistema.

Si se utilizan el puerto y el cable apropiado para las pruebas; se reduce la necesidad de relajar las estreses mecanicas ya que el cable se puede conectar antes de ejercer la prueba. Una coneccion con un interface a 90° al final de el objeto que se desea examinar, eliminaria aun mas las estreses mecanicas y permitiria mejor acceso a el objeto. Los cables que se pueden utilizar y se encuentran disponibles por medio de las siguientes compañias; Amphenol, Crystek, Emerson Network Power Connectivity/Johnson, Hirose Electric CO, KSM Electronicos, Molex, Phoenix, Pomona, RF Solutions, Samtec, Taoglas Limited, y TE Connectivity. Un sitio de pagina web que es ideal para busqueda es www.digikey.com. Hacer nota sobre los conectores de caracter ultra miniatura ya que estos tienen ciclos de vida reducidos a niveles tan cortos como doce interconecciones, posteriormente estos podrian generar una faya y comprometer el resultado de pruebas.

Realizar Pruebas Sin Un Puerto

En la ausencia de un puerto de pruebas, un valor nominal de 50 ohms es tipico a la salida de un sistema de señales que han sido mezcladas, tal como un componente diplexer, duplexer por ejemplo; o por la linea de circuito que conduce a una antena, de preferencia que se encuentre renforzado con vias.

En ambas topologias ya sea la horizontal o vertical, el objetivo es de mantener los formatos de TEM que existen entre el conductor y el escudo de el cable de pruebas a la linea de el conductor o microstrip y su plano a tierra por entre la transicion entre ellos. Un argumento muy factible en cuanto a transiciones puede ser encontrado en Artech House siguiendo el link http://us.artechhouse.com/.

Un microstrip de 50 Ohms como trazo alimenticio puede medir desde 0.03 a 0.1 mm de ancho sobre un plano encapsulado en una tarjeta de circuito electronica. La proteccion de un trazo tan estrecho requiere una coneccion mecanica muy robusta entre el escudo de el cable y el plano que conduce a tierra. De preferencia en un area en donde el plano a tierra se encuentre reforzado con vias.

Lanzo Horizontal

figure 3Para un lanzamiento horizontal, al punto mas posible el cable de pruebas debe de acceder el microstrip de alimentacion directamente desde el plano a tierra en la direccion a la linea de alimentacion. Mantenga la linea de alimentacion y el centro de el conductor y sus retornos de Corrientes cercanos en proximidad, paralelos entre ellos y minimamente diferentes en longitudes. Omitir conexiones a 90° que se inclinen hasta que ambas corrientes se encuentren a salvo en el cable de pruebas. Eisenhart “edge-launch design” o lanzamientos de diseños de alta tecnologia, pueden ser aproximados aun si los puntos de pruebas no se encuentran en la orilla de la tarjeta de circuito.

Utilizando un Balun

Un paso mas para refinar las medidas excluyendo el cable de pruebas si el objeto que se quiere examinar tiene al plano con conexion a tierra insuficiente y las corrientes de modo comun en el resultado de el cable. Esto se puede realizar formando un giro de una vuelta al rededor de el giro minimo de radio de el cable para un cable semi-flexible o que sea formado a mano, o con una cuenta de ferrita o dos sobre el cable en donde departa el plano con coneccion a tierra. Mientras las cuentas de ferritas no se encuentren caracterizadas arriba de los 500 MHZ ya que todas pierden rendimiento a medida que la frequencia se incrementa, estos son de bajo costo y proveeran resultados de mayor precision. El tipo 61 de las ferritas son usualmente recomendadas para frequencias arriba de los 300 MHZ pero las de tipo 43 estan disponibles con un rango mayor de frequencia y de dimensiones, y pudieran funcionar.

Una cuenta de ferrita puede ser seleccionada para que quepa y pueda ser evaluada al situarla en el trazo corto al final de el coaxstub y extendiendolo a el puerto de el R54 a este punto. Como un ejemplo comun, el Kemet B-20L-44 (Digikey 399-10822-ND en un RG-178 stub demostradada |Z| en exceso de 58 Ohms  fuera de los 3GHZ, lo cual incluye la banda GSM, UMTS, y LTE a la banda 7. Esto fue en exceso de 30 Ohms fuera de los 5 GHz. Cualquier modo comun de el objeto bajo pruebas puede se reducido arbitrariamente al montar multiples ferritas.

Conclusión

La antenna tipica a la frequencia de 2.4 GHz en la banda ISM y arriba de esta frequencia requiere un compromiso al inisiar debido a los requisitos multiples y el espacio y el tamaño disponible. El SWR tipico puede ser mas significativo que la refleccion o la atenuacion de un cable que no es ideal para interface. Todos los modulos para pruebas seran diferentes pero manteniendo los  modos de TEM en mente y haciendo las conexiones de prueba no dañaran y se lograran resultados mas exactos. Si useted tiene preguntas hacerca de su aplicacion favor de contactarnos a support@coppermountaintech.com y con mucho gusto le atenderemos sus consultas tecnicas.

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