PCB設計の理解相互接続とアンテナの定在波図

電磁波の反射は、物理システムでは基本的な現象ですが、電子機器では必要ない場合があります。 PCB 基板の伝送線路などの導電性コンポーネント上に形成された定在波パターンは、理想的ではない強い放射を放出します。アンテナの場合、定在波は自然で、特定の周波数で強い放射を生成しますが、伝送ラインに干渉する可能性があります。

定在波図を制御したい場合は、インピーダンス制御とインピーダンス整合により、配線とアンテナの反射を設計する必要があります。インピーダンスのミスマッチの度合いによって、高調波信号で駆動するときにインターコネクトで見たい定在波モードを理解できます。デジタルパルスなどの広帯域信号の場合、結果ははるかに複雑になりますが、正しい PCB 設計と解析ツールセットを使用して同じ概念を適用できます。

反射が定在波モードを形成する仕組み

定在波は多くの物理システムで形成される可能性があり、場合によっては、定在波はシステム固有モードの共振周波数に対応します。電子製品では、配線上を伝搬する電磁波がインピーダンス不整合の界面を反射すると、定在波が形成されます。

反射波と入射波が完全に同相になると、定在波が形成され、定在波は相互接続線の長さに沿って一定の正弦波として表示されます。

定在波を含む相互接続の全長に沿って電界を見ると、電界は定在波のように見えます。定在波は、特定の範囲の周波数を形成できます。これは、相互接続の一方の端に反射があれば、単一高調波 AC 電源が強い評判を刺激できることを意味します。 PCB 処理および PCB アセンブリ工場は、PCB 設計、相互接続、およびアンテナの定在波図の理解について説明します。

ここで、定在波励起周波数を計算し、相互接続での波の反射と重ね合わせを記述するために、2 つの情報が必要です。

反射係数: 界面での反射係数は、界面から反射するときに波が経験する強度と位相シフトを表すために使用されます。

PCB boards

相互接続またはアンテナの長さ: 反射が発生すると、波は構造の長さを通して後方に伝搬します。定在波パターンは電気的に長い構造上にのみ形成され、その長さによって許容定在波周波数/波長が決まります。

波の伝搬速度: 波の伝搬速度 (つまり、相互接続上の光の速度) によって定在波の波長が決まり、定在波を励起できる特定の周波数が決まります。

インピーダンスが一致しない場合に発生する反射は、伝送線路、伝送線路とアンテナの間の界面、またはアンテナで発生する可能性があります。これらの定在波モードがどのように形成されるかをよりよく理解するために、それぞれのケースを見てみましょう。

送電線

伝送線路を扱うには、反射構造のソース側と負荷側のインピーダンスを使用して反射係数を計算する必要があります。下の図は、相互接続の両端にある 2 つの共通インピーダンスから AC 高調波が反射されるときに形成される定在波モードを示しています。これは、負荷が特定のインピーダンス値を持ち、その出力で終端する可能性がある伝送ラインでの一般的な例です。伝送線路が十分に長い場合、伝送線路の特性インピーダンスと負荷インピーダンスに応じて、反射係数がインターフェースで定義されます。

相互接続における反射係数と定在波図が形成されます。

特定の周波数で、伝送線路は上に示した定在波図をサポートします。ラインの外側では、一部の電力が負荷に送信され、ラインの外側で損失が発生する可能性があります。負荷は、単純なコンポーネント、アンテナ、または複雑な回路の場合があります。通常、これらの定在波図は必要ありません。これは、ラインに大きな振動があり、放射が発生するためです。ラインとアンテナ間のミスマッチにより、これらの振動はアンテナフィーダーでも発生する可能性があります。しかし、アンテナ内部では事情が異なります。

アンテナ定在波

アンテナの開放端のインピーダンスが一致しないため、アンテナに定在波が形成されます。アンテナの境界を越えた空気には、インピーダンスの不整合があります。特定の周波数で、アンテナ構造の特定の固有モードに対応する定在波パターンが励起されます。これは、共振器または導波管で発生するのと同様です。モーダル周波数の調整は、アンテナ設計における重要なタスクであり、現在も進行中の研究テーマです。

アンテナには定在波がありますが、定在波がある場所をフィーダーにしたくありません。フィーダーの定在波は PCB の他の部分に干渉するため、アンテナ入力での反射を除去する必要があります。これが、インピーダンス整合ネットワークを使用して、アンテナの入力インピーダンスとフィーダの特性インピーダンスを等しく設定する理由の 1 つです。

広帯域信号のインピーダンスとSパラメータを抽出

広帯域信号の場合、システムの S パラメータが必要です。これが反射を処理する最良の方法だからです。特定の周波数が信号のパワースペクトルを支配しない限り、上記のコヒーレントな定在波図は形成されない場合があります。広帯域信号が共振構造とどのように相互作用するかを最もよく理解するには、S パラメータを使用するのが最善です。最高の設計ソフトウェアは、インピーダンスとネットワークパラメータをレイアウトから直接決定できるため、レイアウト内の強い反射と定在波の可能性を特定できます。 PCB 処理および PCB アセンブリ工場は、PCB 設計、相互接続、およびアンテナの定在波図の理解について説明します。