Todo sobre las normas y especificaciones de diseño para la fabricación de PCB militares

Todo sobre las normas de diseño y las especificaciones para la fabricación de PCB militares

Las placas de circuito impreso tienen diversas aplicaciones debido a su importancia en la electrónica. Entre las principales áreas de aplicación se encuentra el sector militar. Sin embargo, es posible que sepa muy poco sobre los PCB para uso militar debido a la naturaleza y sensibilidad de este sector único. ¿Qué implica todo esto? El objetivo de este artículo es responder a todas las posibles áreas de importancia que pueda desear comprender sobre la fabricación militar y los PCB militares. Este es el único artículo sobre condensadores de uso militar que ofrece una visión general de la industria de las placas de circuito impreso de uso militar. Revela cómo se han diseñado y fabricado prototipos y PCB militares con los requisitos especiales que exige esta industria. Se trata de una lectura necesaria para cualquier persona interesada en el diseño, la fabricación o el mantenimiento de placas de circuito impreso fabricadas para aplicaciones de defensa.

Los componentes de grado militar requieren un grado muy alto de control de calidad y tolerancias rigurosas, que pueden no ser posibles de alcanzar utilizando métodos de fabricación convencionales. La industria militar de PCB ha evolucionado para producir componentes y placas para aplicaciones exigentes. Esta sección describe el estado actual de la fabricación de PCB militares. Además de tratar los aspectos básicos de la fabricación de placas de circuito impreso, también trataremos la disposición de la fábrica y las consideraciones de diseño.

La placa de circuito impreso militar

Las aplicaciones militares necesitan placas de circuito impreso. Sin embargo, el duro entorno que caracteriza a las aplicaciones militares requiere una placa de circuito impreso altamente fiable. Es inaudito que una placa de circuito impreso funcione sin problemas en un entorno con contacto e interacción constantes con contaminantes, temperaturas extremas y productos químicos. Es aquí donde entra en juego la placa de circuito impreso militar.

La placa de circuito impreso militar tiene que cumplir o superar los requisitos y especificaciones establecidos por los respectivos ejércitos. Por ello, estas placas de circuito impreso son de diversos tipos en función de los requisitos y el área de aplicación específica especificados por los militares. En consecuencia, el tipo de PCB militar determinará las especificaciones de la placa.
Además, hay que tener en cuenta características de diseño específicas desde la conceptualización hasta el proceso de fabricación.

Además, es importante encontrar al fabricante de PCB militares adecuado. La empresa obtendrá los materiales y componentes deseados para el diseño del PCB militar y fabricará y producirá en serie el PCB de acuerdo con sus necesidades. Recuerde que las placas de circuito impreso para uso militar requieren un alto nivel de calidad y fiabilidad, y elegir a un fabricante de primer nivel es el inicio del proceso.

¿Qué mejor entidad para atender sus necesidades de fabricación de PCB militares que nosotros en RayMing PCB and Assembly? La empresa garantiza circuitos impresos militares de la máxima calidad, incluidos equipos militares de aviación, defensa, espacio, actividades terrestres y navales. Además, la empresa ofrece una amplia gama de compuestos, materiales y construcción, que son eficaces en casi todas las aplicaciones militares.

Diseño de una placa de circuito impreso militar

La conceptualización y el diseño de la placa de circuito impreso suelen representar el primer paso de todo el proceso de producción de placas de circuito impreso, y como tal, no difiere en nada de una placa de circuito impreso militar. Incluye diversos aspectos que debe tener en cuenta, incluido el tipo de PCB militar. ¿Cuáles son estas consideraciones?

• Materiales de la placa. Es una parte fundamental del diseño de una placa de circuito impreso militar, ya que hay que asegurarse de que todos los materiales cumplen las normas y especificaciones militares. Los materiales utilizados para el desarrollo de PCB militares deben ser resistentes al calor debido a la aplicación de la PCB en condiciones climáticas adversas. Además, la utilización de compuestos térmicos es crucial para facilitar la disipación del calor.

• Recuerde que una placa de circuito impreso necesita materiales conductores y no conductores para funcionar. Por mucho que haya que atenerse a las consideraciones sobre los materiales, debe hacerse en consonancia con las necesidades del material base (cerámica o FR-4, que comprende epoxi reforzado con fibra de vidrio) y la capa de cobre conductora. Dado que la mayoría de las PCB militares son circuitos de alto rendimiento, los materiales de base comprenderán principalmente bases cerámicas o de PTFE.

• Apilamiento del circuito impreso. En este caso, el apilamiento de circuitos impresos indica el número de capas que necesitará un circuito impreso militar. Es crucial determinar esto en la fase de diseño para ayudarle a entender la impedancia necesaria para cada capa, además del proceso de fabricación correcto a seguir. Estas determinaciones ayudan a calcular el rendimiento previsto, minimizar el coste de producción y garantizar la fiabilidad.

• Trazas de cobre. Las trazas de cobre de un circuito impreso son importantes para transmitir señales eléctricas y de otro tipo. Es vital comprender los atributos de las pistas de cobre, además de sus limitaciones, durante la fase de diseño.

• Tipos de vía, El tipo de vía es fundamental para conectar los diversos componentes militares en la placa de circuito impreso militar. Incluye las vías pasantes, ciegas, micro y enterradas. Sin embargo, todas las placas de circuito impreso de alta calidad tienen un número reducido de vías. Además, la capacidad de transporte de corriente de la vía se convierte en un factor crucial a tener en cuenta a la hora de diseñar la placa de circuito impreso.
• Selección de componentes. Una PCB militar no sólo contiene un componente militar, sino una miríada de ellos. En consecuencia, tendrá que tener en cuenta que su diseño requiere diversos tipos de componentes militares. Resulta crucial elegir los componentes correctos para su PCB militar para reducir errores y garantizar un alto nivel de calidad de la PCB.
• Normas de diseño. Resulta esencial tener en cuenta las normas de diseño tras las consideraciones ya expuestas. Aquí deben tenerse en cuenta aspectos como la colocación de componentes, DFM, asignación de capas, presupuestos de diafonía y tiempo de vuelo. Otros componentes que trabajarán en estrecha correlación con la PCB, como los condensadores de grado militar, deben tenerse en cuenta en el diseño de la PCB militar.
• Integridad de potencia y señal, Una placa de circuito impreso militar de calidad posee una sólida integridad de potencia y señal. Para este aspecto, las consideraciones clave deben incluir los tiempos de subida y bajada de la señal, la impedancia característica, las longitudes de rack y la fuerza de accionamiento. Sin embargo, la simulación de la integridad de la señal debe realizarse antes y después del diseño para garantizar un rendimiento de calidad. Además, también hay que tener en cuenta el rendimiento de la distribución de corriente continua y alterna.

Creación de prototipos de PCB militares

Las placas de circuito impreso militares, al igual que otras placas de circuito impreso, necesitan una fase de creación de prototipos. Debe incluir los siguientes pasos del proceso.

• Diseño. Representa un paso importante y, como se ha comentado anteriormente, marca la pauta para el proceso de creación de prototipos y producción de la placa de circuito impreso militar. En este punto, es fundamental utilizar un software de diseño de circuitos impresos adecuado para crear el prototipo. Además, es crucial indicar el software de diseño utilizado al enviar el archivo de diseño militar a su fabricante de prototipos por contrato.

• Diseño esquemático. En esta fase se describe la información útil que utilizarán los ingenieros para crear el prototipo de su placa de circuito impreso militar. Es fundamental detallar los materiales, los componentes militares (PCB), la colocación de los componentes y la función de la placa de circuito. Además, en esta fase hay que elegir el tamaño del panel y de la rejilla. Aunque constituye un segmento de la fase de diseño inicial, esta etapa también incluye comprobaciones mediante simulaciones para garantizar la precisión y funcionalidad del diseño de la placa de circuito impreso militar.
• Lista de materiales. Es crucial elaborar un listado de todos los componentes y materiales necesarios en el proceso de creación de prototipos. Es especialmente importante cuando se trata de autoabastecerse de materiales para PCB militares. La lista de materiales también resulta crucial para el fabricante de prototipos de PCB militares por contrato, especialmente en el aprovisionamiento de los materiales de su placa de circuito impreso. Mejora la precisión de su PCB militar según el esquema. Una lista de materiales incluye detalles como:

-Valor. Especifica las especificaciones en unidades del componente. Incluye unidades como ohmios, etc.

-Cantidad. Abarca los componentes de PCB militares necesarios.

-Denominadores de referencia. Abarca los códigos desplegados en la identificación de determinadas piezas

-Huella. Se trata de la ubicación precisa de determinados componentes en el prototipo de placa de circuito impreso.

-Número de pieza del fabricante. Indica el número de la pieza según el fabricante del componente.

Una vez finalizados el esquema de diseño y la lista de materiales, es necesario comprobar que se dispone de todas las piezas necesarias. Recurrir a la ayuda de un experto, como un ingeniero de componentes, para determinar la selección de piezas en función de su adecuación al presupuesto, el diseño del prototipo de PCB militar y los requisitos de tamaño.

• Diseño del encaminamiento. Es el siguiente paso e implica el diseño del enrutamiento del prototipo de PCB militar. Se consigue desplegando trazas para enlazar o conectar diversos componentes de PCB. Además, resulta útil recordar los diversos factores que influyen en el enfoque de enrutamiento. Se trata de la generación de ruido de señal, la sensibilidad al ruido y los niveles de potencia. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la mayoría de los diseños de PCB utilizan la información de la lista de redes para planificar el enrutamiento de la placa de circuito impreso militar. Utilizando un programa de software, resulta sencillo calcular automáticamente las rutas óptimas de la placa de circuito impreso utilizando aspectos como el número de capas, etc. Sin embargo, puede llevar mucho tiempo, sobre todo cuando la placa de circuito impreso militar resulta ser más grande que las estándar, además de tener muchos componentes.
• Controles. La fase de fabricación siempre puede presentar muchos problemas de funcionalidad. Sin embargo, la comprobación constante del diseño del prototipo de PCB durante la fase de creación de prototipos reduce estos problemas. Algunos de los problemas habituales de las placas de circuito impreso que hay que tener en cuenta son los problemas térmicos, como los puntos de calor. También es crucial mantener la placa de circuito impreso militar a temperaturas constantes. Por lo tanto, es necesario abordar todos los problemas derivados de los atributos de diseño, como las rutas térmicas, el grosor del cobre, el gran tamaño de la placa de circuito impreso, el número de capas y las temperaturas incoherentes.
• DRC (comprobación de las reglas de diseño). Además de la DRC, también hay que hacer la LVS (layout-versus-schematic), una comprobación de la antena y la ERC (electrical rule check). Además, otros fabricantes realizan otras QAA (evaluaciones de garantía de calidad). Una vez concluido este paso, puede enviar el diseño del prototipo de placa de circuito impreso militar para su fabricación. Aunque este paso del proceso pone fin a la fase de diseño y pruebas, la siguiente fase implica la etapa de fabricación.
• Desarrollo de película fotográfica. Aquí, los expertos de la compañía RayMing PCB como nuestros ingenieros desplegarán su diseño de prototipo militar en el desarrollo de una película fotográfica consistente con sus necesidades de diseño utilizando una impresora o plotter. La impresora asegura la impresión de las capas de PCB militar y la máscara de soldadura. Recuerde, la película a menudo se refiere a la hoja de plástico foto negativo impreso de la placa. Marca las secciones conductoras de cobre y las secciones no conductoras del prototipo de PCB militar.
• Impresión de las capas internas. Se trata de una fase en la que se aplica una capa de cobre al material de sustrato de PCB de calidad militar. El proceso comienza con la preadhesión del cobre al sustrato antes de aplicar la capa fotorresistente. La fotorresistencia suele ser una película fotosensible que se endurece al exponerse a la luz ultravioleta. Además, las secciones bloqueadas (a menudo con tinta negra) permanecen blandas. El último paso consiste en retirar la capa blanda de fotorresistencia y dejar las secciones endurecidas para proteger el cobre. A continuación, se retira la parte endurecida o la fotorresistencia expuesta a los rayos UV para exponer las capas de cobre en los puntos designados de su diseño de PCB militar.
• Alineación de las capas del prototipo de PCB militar. La mayoría de las placas de circuito impreso militares tienen varias capas, que pueden superar entre diez y veintiocho capas. En estos casos, es prudente alinear estas capas con precisión antes de proceder al punzonado preciso de los orificios de registro. Es importante garantizar la exactitud en el proceso de alineación para evitar la revisión del proceso, especialmente en las capas internas, que resulta una tarea difícil tras la fusión de las capas.
• Fusión de las capas de PCB militar. Abarca la fusión del Prepreg y el sustrato original, a menudo revestido con trazas de lámina de cobre. El proceso consta de dos fases. En primer lugar, la fase de superposición de capas, antes de que se produzca la fase de unión. La fusión de las capas comienza colocando la capa de Prepreg encima de la cubeta de alineación. A continuación, se apilan las capas de sustrato antes de incorporar la lámina de cobre y otra capa de Prepreg. Encima de la lámina de Prepreg, se incorpora otra capa de aluminio antes de rematarlo todo con la placa de cobre prensada. Tras la incorporación de las capas, todo se encaja en la mesa de acero sujeta con pasadores. A continuación, se procede a la prensa de unión controlada por ordenador. Calienta la pila de placas de circuito impreso, aplica presión y vuelve a enfriarla. A continuación, se retiran las clavijas para desacoplar la placa de presión antes de desembalar y obtener su prototipo de PCB militar.
• Taladrar agujeros. Es prudente tener en cuenta que el proceso continúa, y en este punto, usted tiene que perforar agujeros en la pila. Es fundamental cuando se empiezan a añadir los componentes. Sin embargo, la precisión se convierte en la clave, y los equipos controlados por ordenador eliminan el ajetreo por el que tendría que pasar de otro modo.
• Cobreado. Engloba la incorporación de una capa de cobre en la superficie del circuito impreso militar mediante una fase de baño químico. El cobre actúa para blindar todo el panel, incluidos los interiores de los orificios. También se controla mediante máquinas programadas para aumentar y asegurar la precisión.

• Imagen de la capa exterior. Sigue de cerca el proceso de cobreado. Consiste en aplicar otra capa de fotorresistencia en el panel de la placa de circuito impreso, lo que permite la creación de imágenes de la capa exterior del prototipo de placa de circuito impreso militar. Recuerde que el proceso es similar al ya comentado de creación de la inversión de la capa interior.
• Estañado y cobreado. Sigue al paso del proceso de imagen de la capa exterior y supone la adición de otra capa de cobre. Sin embargo, a diferencia de los casos anteriores, el fotorresistente garantizará la deposición de cobre exclusivamente en las secciones previstas de la placa de circuito impreso. A continuación, la placa de circuito impreso militar recibe una ronda de estañado para proteger la capa de cobre en pasos posteriores.
• Grabado final. Comprende la eliminación de cualquier exceso de cobre utilizando una reacción de proceso químico. Sin embargo, el estañado protege las trazas de cobre fundamentales dentro de las secciones conductoras. ¡Hurra! Habrá establecido con éxito las conexiones conductoras de su PCB.
• Aplicación de la máscara de soldadura. El proceso implica la limpieza del panel o placa antes de someterlo a la aplicación de la máscara de soldadura. A continuación, pasa por una fase de endurecimiento mediante la exposición a la radiación UV para endurecer la fotopolímera de la soldadura. En este punto se eliminan las partes blandas no deseadas.
• Aplicación de acabado superficial. Abarca la deposición de chapado adicional de oro o plata. Además, el proceso también implica la nivelación con aire caliente de las almohadillas para garantizar la uniformidad.
• Aplicación de la serigrafía. La superficie de la placa de circuito impreso militar se serigrafía mediante chorro de tinta, lo que garantiza la correcta transmisión de la información vital relativa a la placa de circuito impreso.
• Corte. En este punto, las placas de circuito impreso suelen extraerse de un panel más grande. Para ello, debe cortarse de este panel mediante una fresadora o un corte de ranura en V. Sin embargo, antes de extraer la PCB del panel más grande, asegúrese de que pasa la prueba eléctrica y de que su funcionalidad es la estipulada en el diseño. Después de esto, haga estallar el segmento cortado para obtener su placa PCB.
• Aprovisionamiento. Prepararse para el proceso de montaje requiere abastecerse de componentes de PCB militares cruciales, algo que puede conseguir confiando en la empresa de soluciones de prototipos de PCB o por sí mismo. La lista de materiales es crucial, ya que guía al proveedor de soluciones en el aprovisionamiento de los componentes de PCB militares. ¿Y qué más? La lista de materiales garantizará que los componentes suministrados sean de calidad satisfactoria de acuerdo con su diseño de PCB militar.
• Montaje. Sigue de cerca la etapa de aprovisionamiento de componentes inmediatamente después de su finalización. Abarca la fijación de los componentes necesarios a su placa de circuito militar.
• Estratificación de la pasta de soldadura. Este paso del proceso implica la aplicación de la pasta de soldadura en la placa de circuito. Combina la soldadura con el fundente y resulta útil para fundir la soldadura y unirla a la placa de circuito. En el caso del acero inoxidable, la plantilla se coloca en la placa de circuito impreso para permitir la aplicación de la pasta de soldadura, especialmente en las zonas precisas donde se colocarán los componentes. La plantilla garantiza la distribución uniforme de la pasta de soldadura, tras lo cual se retira para dejar al descubierto la pasta de soldadura uniforme y correctamente aplicada.
• Recoger y colocar. Garantiza la perfecta colocación de los componentes en la superficie de la placa prototipo mediante un mecanismo de recogida y colocación, a menudo asistido por una máquina informatizada. También garantiza la colocación de las piezas no conectoras sobre la pasta de soldadura en los puntos designados.
• Soldadura por reflujo. Resulta fundamental para fijar los componentes de montaje superficial a la placa de circuito impreso militar. El proceso se lleva a cabo colocando la placa de circuito en una cinta transportadora antes de pasarla por un horno (reflujo). Los hornos de reflujo tienen calentadores que calientan la placa de circuito de forma constante y lenta hasta unos 480 grados Fahrenheit. Es esencial, ya que el calor acaba fundiendo la soldadura antes de enfriarla y solidificarla, lo que garantiza la colocación permanente de los SMD en la PCB militar. Es vital utilizar una plantilla antes de llevar a cabo el proceso de reflujo independientemente para placas de circuito impreso de doble cara.
• Control de calidad e inspección. A veces se producen movimientos accidentales durante el proceso de reflujo en el horno, lo que tiene como desagradable resultado una mala conectividad, cortocircuitos eléctricos o falta de conexión. Por lo tanto, es prudente asegurarse de que la placa de circuito no presenta errores tras completar la fase de reflujo. Se lleva a cabo mediante comprobaciones manuales, inspección óptica automática e inspección por rayos X. Además, es crucial comprobar mediante pruebas la funcionalidad y calidad de la placa de circuito impreso.
• Ranurado de componentes pasantes. Algunas placas prototipo militares requieren más componentes aparte de los SMD. Se trata de las piezas con agujeros pasantes, que se chapan por todas partes para mejorar la transmisión y receptividad de las señales eléctricas, a ambos lados de la placa. Sin embargo, tenga en cuenta que la pasta de soldar no funciona en las piezas PTH, ya que atraviesa el PTH sin adherirse. Por lo tanto, se requiere soldadura manual o soldadura por ola, en la que la placa de circuito sobre una cinta transportadora pasa por el horno para aplicar soldadura fundida sobre la base de la placa. El proceso garantiza la soldadura simultánea de los pines de la placa de circuito impreso. Sin embargo, carece de eficacia cuando se trata de placas de doble cara.
• Pruebas de funcionalidad. La última etapa del proceso de creación de prototipos conlleva un sinfín de pruebas para determinar la funcionalidad de la placa de circuito impreso militar. Aquí, la placa se prueba en el entorno simulado correspondiente que imita el entorno operativo previsto de la PCB militar, una vez producida en serie y desplegada para su uso.

Fabricante de PCB militares

La fabricación en serie y el montaje de placas de circuito impreso militares son posteriores a la fase de creación de prototipos. Sin embargo, resulta esencial elegir un fabricante ideal para sus necesidades de PCB militares. Algunas de las consideraciones estándar que debe tener en cuenta antes de elegir un fabricante de PCB militares son las siguientes.

• El fabricante de PCB militares debe tener una sólida reputación en el sector. Esto incluye tener un historial y experiencia demostrados en el aprovisionamiento de componentes y materiales de calidad militar y en la producción de PCB militares de calidad. Además, el fabricante debe demostrar un historial y una reputación de entrega puntual y de cumplimiento de sus obligaciones contractuales.
• El fabricante de PCB militares también debe disponer de un sistema sencillo y de fácil acceso para realizar pedidos de PCB militares y enviar archivos Gerber.
• El fabricante también tendrá que poseer equipos de fabricación de gama alta y las últimas tecnologías, además de personal cualificado para gestionar sus necesidades de PCB militares.

¿Cuáles son las aplicaciones de los circuitos impresos militares en el mundo actual?

Los militares utilizan las placas de circuito impreso militares de muchas maneras. Algunas de las aplicaciones vitales de los PCB militares son las siguientes.

• Vehículos no tripulados
• Sistemas de navegación de defensa
• Sistemas robóticos
• Ordenadores de campo
• Artillería y motores
• Sistemas de comunicación
• Equipos de seguridad
• Subsistemas de satélite

Reflexiones finales

La PCB militar resulta crucial en los esfuerzos de los militares por salvaguardar los intereses de seguridad nacional de cualquier país. Por este motivo, cualquiera que necesite un PCB de grado militar tiene que entender qué implica todo esto, el proceso de diseño, creación de prototipos y producción, además del fabricante ideal para estas importantes piezas electrónicas. Esperamos que el artículo haya abordado algunas de las áreas pertinentes con las que tenía muchos problemas en relación con las PCB militares.

¿Cuál es la importancia de una placa de circuito impreso de antena en los dispositivos inalámbricos?

La mayoría de las aplicaciones funcionan ahora con dispositivos inalámbricos, lo que significa que las antenas PCB están muy solicitadas para garantizar una comunicación perfecta. Pensemos en dispositivos sencillos como ratones inalámbricos y las redes emergentes IoT y 5G. Todos estos necesitan comunicación inalámbrica, y el uso de una antena PCB desempeñará un papel enorme en su desarrollo.

Si su proyecto se ocupa de la conectividad inalámbrica, examinaremos de cerca las antenas PCB. Esto incluye los diferentes tipos y formas en que podemos diseñar una. Empecemos.

¿Qué significa una antena PCB?

Una antena PCB puede definirse como un transductor que convierte la corriente en ondas electromagnéticas en cualquier PCB de alta frecuencia. Además, las antenas PCB ayudan en la conversión de corriente de alta frecuencia en ondas EM, que se propagan en el aire.

En cualquier PCB de alta frecuencia, hay dos antenas PCB principales. Suelen estar incrustadas en la PCB como una estructura de cobre grabado. Además, una de las antenas sirve como señal transmitida de la radiofrecuencia, mientras que la otra sirve como receptor reflejado de la señal de RF.

Asimismo, los materiales de base de la placa de circuito ayudan a transmitir las señales a la antena de PCB. Los circuitos de alta frecuencia acoplados a las antenas PCB conforman el sistema RF PCB de alta frecuencia completo.

Además, como el tamaño de la antena PCB está diseñado para que sea más pequeña y compacta, para aumentar su eficiencia, puede combinar diferentes parches microstrip para obtener la ganancia que se merece a partir del tamaño minimizado de la antena. El tamaño del parche depende de la longitud de onda de la frecuencia de funcionamiento del objetivo. La longitud de la antena también es importante.

En general, las antenas PCB son semidireccionales, direccionales y omnidireccionales. La antena omnidireccional tiene la capacidad de transmitir señales en prácticamente todas las direcciones. Sin embargo, la antena direccional sólo tiene una dirección en la que necesitarás la señal. El tipo semidireccional se suele especificar con un ángulo en el que se propaga la señal.

Para entender bien el funcionamiento de las antenas PCB, es necesario comprender qué es la adaptación de impedancias, así como los circuitos de resonancia. Para poder obtener la máxima eficiencia, la impedancia de carga y la impedancia de la fuente tienen que ser iguales.
Continuemos considerando los tipos de antena PCB.

¿Cuáles son los distintos tipos de antena?

La PCB de alta frecuencia se suele crear a partir de antenas. Además, las antenas PCB suelen estar incrustadas en él. Para poder entender bien los distintos tipos de antena, los comentaremos uno tras otro.

Antenas de hilo

La antena de hilo es un cable que se extiende por encima de la placa de circuito impreso (PCB) en un espacio libre. Esto también da el mejor rendimiento y alcance como resultado de sus dimensiones 3D y la exposición.

Antena PCB

También se puede denominar antena de traza PCB. Este tipo de antena PCB es simple como la traza que se dibuja en una placa de circuito impreso. A diferencia de las antenas de hilo, este tipo de antena PCB es en 2D. Esto se debe a que se encuentra justo en el mismo lugar que la placa de circuito impreso.

Antena de chip

La antena de chip existe como un factor de forma IC que tiene un conductor empaquetado en él. Este chip de tamaño compacto ofrece un alcance inalámbrico aceptable para los diseños de antenas BLE.

Otros tipos de antena son las antenas de parche y las antenas de ranura.

¿Cuáles son los parámetros de la antena?

Los siguientes son los parámetros de rendimiento importantes de la antena

Pérdida de retorno

Esto nos dice cómo esta antena se ajusta a la línea de transmisión de 50-Ω. Además, la característica de la impedancia de la línea de transmisión es de aproximadamente 50 Ω. Sin embargo, esto podría llegar a ser diferente. Sin embargo, el estándar para antenas comerciales y equipos de prueba es de aproximadamente 50 Ω.

Ancho de banda

Ayuda a definir la respuesta en frecuencia de funcionamiento de la antena. Esto indica la forma en que la antena se adaptará a la línea de transmisión a través de esa placa específica en cuestión. Para aplicaciones BLE, esto es por lo general alrededor de 2,40 a 2,48 GHz.

Trabaja con un ancho de banda más amplio. Esto se debe a que ayuda a reducir los efectos de desintonización que se producen como resultado de los cambios ambientales que rodean a la antena.

Eficacia de la radiación

Parte de la potencia no reflejada se transforma en pérdida térmica que se disipa en forma de calor. Esta pérdida se debe a las pérdidas conductoras presentes en las trazas de cobre, así como a las pérdidas dieléctricas del sustrato FR4. Este calor disipado ayuda a determinar la eficiencia de radiación. Además, una eficiencia de radiación del 100% significa que toda la potencia no reflejada se disipa en el espacio libre.

Patrón de radiación

El patrón de radiación revela cuál de las direcciones experimenta más radiación y cuál experimenta menos. La propiedad direccional desempeña un papel fundamental a la hora de orientar la antena de forma óptima para adaptarla a la aplicación.

La mayoría de las antenas tienen una dirección en la que sus señales de radiofrecuencia son más potentes. Las antenas PCB funcionan de forma similar. También pueden funcionar eficazmente como una antena direccional.

Ganancia

A diferencia de las antenas isotrópicas, que irradian uniformemente en todas direcciones, la ganancia indica la radiación desde la dirección deseada. Los dBi ayudan a expresar la ganancia revelando la intensidad del campo de radiación con respecto a la antena isotrópica correspondiente.

Pasos importantes en el diseño de antenas PCB

Antes de diseñar la antena de traza PCB, hay que tener en cuenta los siguientes factores para asegurar que el diseño de la antena pcb es impecable.

Consideraciones de diseño

Elija el mejor tipo de antena

Los diseños de antena vienen en diferentes formas. El más común es el tipo F y meandros. Este tipo F, que es el estándar, presenta la mejor relación entre rendimiento omnidireccional, tamaño, longitud de antena y eficiencia. Además, las trazas meandriformes suelen ser más compactas, pero se quedan atrás en su rendimiento.

Considera la construcción de la PCB

La longitud de las trazas de cobre de la placa de circuito impreso ayuda a determinar la frecuencia de resonancia. Además, cuanto mayor sea esta frecuencia de funcionamiento, más corta será la traza. Todas las antenas necesitan un área alrededor de la traza de la antena que no tenga trazas de cobre ni relleno de tierra en una capa de la placa de circuito impreso (o el área de aislamiento).

Además, las trazas anchas ofrecen un gran ancho de banda. Puedes cubrirlo utilizando una máscara de soldadura o un flash de oro. Por último, el rendimiento de la señal eléctrica de la antena depende del material del sustrato, del grosor y de la constante dieléctrica.

Los planos de tierra son muy críticos

Es necesario que las antenas PCB dispongan de un plano de tierra porque les confiere eficacia. La forma y el tamaño del plano de tierra afectan a la impedancia y al rendimiento de la antena. Por lo tanto, debe tener un vias a lo largo de mantener fuera de la zona de borde de la antena.

Incluir los componentes de adaptación

Las antenas desajustadas pueden reducir el alcance y el presupuesto del enlace de RF. Por ello, debe colocarse una red Pi en el punto de alimentación de la antena para evitar pérdidas por desajuste.

Adaptación de impedancias

Aparte de los componentes, asegúrese de que la impedancia de la fuente y de la antena coinciden (50 Ω) para obtener la máxima transferencia de potencia de RF. Procure que la pérdida de retorno sea igual o inferior a -10 dB.

Tenga en cuenta el entorno de la antena

Los recintos metálicos, componentes, así como otros componentes podrían afectar a la sintonización y al patrón de la radiación. Por lo tanto, asegúrese de que la antena se mantiene alejada de cajas metálicas, plástico metalizado y objetos metálicos.

Sintonización del diseño para algunas aplicaciones

Por último, asegúrese de sintonizar las dimensiones de adaptación, para algunas aplicaciones. Además, copiar los diseños existentes no es correcto. Esto se debe al hecho de que la ganancia y el diagrama de radiación cambian a medida que cambian los parámetros del área circundante.

Diseño de la antena y de la placa

Debes tener en cuenta dos secciones en la placa de circuito impreso. Estas incluyen el oscilador de cristal y las secciones de antena. Sin embargo, nos centraremos en la antena.

Pasos de diseño

Una vez que haya terminado de colocar los conectores y cabezales, coloque la traza de la antena y recuerde que debe tener una impedancia de traza de 50Ω. Esta traza de cobre sirve como línea de transmisión de alta frecuencia, mientras que el valor de la impedancia depende en gran medida del material dieléctrico y del grosor de la placa.

Lo siguiente es el cálculo del ancho de la traza. Utilizando un valor de 70 mils para el ancho de la traza, 1,4 mils como espesor de la traza, constante dieléctrica de aproximadamente 4,5, y el valor del espesor dieléctrico de 39,3701, tendremos un valor de impedancia de la traza de 50.

Una vez realizados los cálculos anteriores, se diseñará el trazado y se procederá a su fabricación, programación y prueba.

¿Cuáles son los tipos de placas de circuito impreso de antena?

• Antena PCB de ruedas
• Antena Yagi PCB
• Antena PCB de periodo logarítmico
• Antena PCB Quadcopter
• Antena PCB genérica
• Antena PCB flexible
• Antena UWB PCB
• Patch arrays antena PCB
• Antena PCB personalizada

Resumen

Ya está. Las antenas PCB juegan un papel importante en las aplicaciones modernas. El diseño anterior te permite construir una para tus proyectos fácilmente. Asegúrate de seguir las consideraciones del diseño. Si tienes alguna duda o quieres hacer alguna sugerencia o comentario, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.