Перейти к содержанию

Инвертированная F-антенна (IFA)

Дорожка особой формы на краю платы радиомодуля или USB-донгла вместо антенного разъёма — часто это инвертированная F-антенна. Она бесплатна в производстве, но капризна: малейшее отклонение от референса, другой материал платы или пластиковый корпус сдвигают её резонанс.

Обновлено Редакция GAW

Инвертированная F-антенна (inverted-F antenna, IFA) — печатная антенна в виде дорожки на краю платы, форма которой напоминает перевёрнутую букву F, отсюда название. TI называет все малые антенны производными диполя, у которого одна половина «свёрнута» в землю платы, — как у четвертьволнового монополя (AN058, разд. 3.2). TI публикует несколько референсных IFA, и по ним видно, сколько места и какой результат можно ожидать.

Референсные IFA TI

ДокументДиапазонРазмерУсилениеОсобенности
DN007 (SWRU120D)2,4 ГГц25,7 × 7,5 мм1,1 / 3,3 / 1,6 дБи по плоскостямFR-4 1 мм, отражение < −15 дБ, полоса больше 300 МГц при отражении меньше 10 %
AN043 (SWRA117D)2,4 ГГц15,2 × 5,7 мм—меандровая, КСВ меньше 2 во всём диапазоне без согласующих элементов
DN023 (SWRA228C)868–955 МГц43 × 20 ммдо −0,12 дБFR-4 0,8 мм, без земли под антенной, места под 3 элемента согласования

Почему у DN023 усиление отрицательное: в него входит КПД, а небольшая антенна на небольшой плате часть мощности теряет.

Правила разводки

  • Точная копия. TI рекомендует импортировать антенну из файлов Gerber или DXF референса и повторить материал и толщину платы; малые изменения размеров сильно влияют на характеристики (AN043, разд. 4.3).
  • Свободная зона. Не размещать компоненты и земляной полигон у концов антенны (DN007). Для DN023 — не ближе 5 мм к антенне, земля сбоку — не ближе 15 мм.
  • Толщина платы. На более толстой плате антенну немного укорачивают, на более тонкой удлиняют (AN043, разд. 4.3).
  • Корпус и окружение. Пластиковый корпус сдвигает резонанс вниз; импеданс меняют и размер земли, батареи, механика рядом.
  • Согласование. Даже референсная IFA настроена на 50 Ом только на своей плате, поэтому TI советует П-цепь согласования у точки питания (DN007, разд. 1). Качество согласования проверяют по отражению и КСВ: отражение −10 дБ значит, что в антенну уходит больше 90 % мощности (AN043, разд. 4.1).

Сравнение IFA с чиповыми, штыревыми и проволочными антеннами и измеренный КПД — в статье «Антенны для радиомодулей».

Частые вопросы

Можно ли нарисовать IFA по картинке из даташита?

Можно, но TI настойчиво советует сделать точную копию референса — импортировать файл Gerber или DXF — и повторить материал и толщину платы: малые изменения размеров заметно влияют на характеристики (AN043, разд. 4.3; DN007, разд. 1). Вокруг антенны соблюдают свободную зону без компонентов и земли.

Зачем возле IFA место под три компонента?

Это П-цепь согласования. Импеданс IFA настроен на 50 Ом на референсной плате, но меняется от размера земли, корпуса, батарей, толщины и материала платы, поэтому TI рекомендует оставить П-цепь у точки питания (DN007, разд. 1). Если антенна согласована, в цепь ставят перемычку 0 Ом.

Почему антенна в корпусе работает хуже, чем на столе?

Пластик сдвигает резонанс вниз по частоте. TI для меандровой IFA рекомендует в этом случае немного укоротить антенну (AN043). Широкополосная IFA менее чувствительна к такой расстройке: у DN007 отражение меньше 10 % держится в полосе больше 300 МГц.

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B (2010) — разд. 3.2: монополь λ/4, земля — вторая четверть волны; все малые антенны — производные диполя, у которого один элемент свёрнут в землю; разд. 6.3: усиление учитывает КПД и рассогласование
  2. Texas Instruments. 2.4-GHz Inverted F Antenna (DN007), SWRU120D (2019) — разд. 1: копировать размеры точно (файлы Gerber и DXF в CC2430DB), не размещать компоненты и землю у концов антенны; импеданс настроен на 50 Ом на референсной плате, но зависит от земли, корпуса, батарей, толщины и материала платы — рекомендуется П-цепь у точки питания; FR-4 толщиной 1 мм; разд. 2.2: отражение меньше 10 % мощности в полосе больше 300 МГц; табл. 3-1: усиление 1,1/3,3/1,6 дБи, отражение < −15 дБ, размер 25,7 × 7,5 мм без земли
  3. Texas Instruments. AN043 Small Size 2.4 GHz PCB antenna, SWRA117D (2008) — меандровая IFA донгла CC2511, 15,2 × 5,7 мм, согласована на 50 Ом на 2,45 ГГц без внешних элементов; разд. 4.1: отражение меньше −10 дБ (КСВ меньше 2) — больше 90 % мощности уходит в антенну; разд. 4.3: точная копия референса, тот же материал и толщина платы, при толстой плате антенну немного укорачивают, при тонкой удлиняют; разд. 5.1: положение измерительного кабеля сдвигает резонанс на 5–10 МГц
  4. Texas Instruments. DN023 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz Inverted F Antenna, SWRA228C (2011) — 43 × 20 мм, наибольшее усиление −0,12 дБ; FR-4 0,8 мм, под антенной нет земли; места под один последовательный и два параллельных элемента согласования; компоненты и земля не ближе 5 мм к антенне, земля сбоку — не ближе 15 мм; длина L6 около 9 мм для 868 МГц при земле 31 × 45 мм

Нашли ошибку?

Смотрите также