天线区域为什么要放置大量过孔 形成完整连续的接地屏蔽 大量GND过孔可以把不同层的地平面结合在一起,形成一个“法拉第笼”进行接地屏蔽干扰,抑制天线射频信号避免传递到板内其余位置。
提供回流路径 天线是辐射电流的源,电流必然需要形成闭合回路,在天线附近加入密集的GND过孔,可以给射频信号提供最短的回流路径,提升信号质量。
控制阻抗 射频信号通常是控制50欧姆特征阻抗,密集的GND过孔可以稳定参考平面,同时可以进行共面参考,对于布线设计也有好处。
过孔放置要求 过孔的排列需要注意,尽量不要形成周期性结构,否则会类似于光栅/周期性介质,在某些频率下回产生布拉格反射或带隙效应,同时,规则排列的过孔可能会成为滤波器或EMI泄漏通道,通常在过孔的放置时,会打乱周期或控制周期小于λ/10(λ/20)。
过孔周期规则 当一个周期性结构的周期远小于波长时,电磁波会忽视它的周期性,表现为近似均匀介质,通常周期性排列的过孔会控制在λ/10一下,基本可以避免周期性效应。
计算λ(有效波长) 波长不是在真空中计算的,而是要考虑PCB介质的传播速度:
λ=cf⋅εeff其中:
λ :介质中的有效波长
c :光速,约 3×108m/s
f :信号频率 (Hz)
εeff :有效介电常数 εeff :有效介电常数
微带线:大约εeff≈εr+12带状线:接近εeff≈εrFR-4 常见介电常数:
εr≈4.0所以有效介电常数一般在
εeff≈2.5∼3.5举例说明 假设你做的是 10 GHz 高速信号,板材 FR-4:
有效介电常数估算:
εeff≈3.0波长:
λ=3×1081010⋅3≈17.3mmλ/10:
λ10≈1.7mm 这意味着如果你在 10 GHz 应用里,把过孔周期控制在 1.7 mm 以下,那么它不会形成显著的周期性结构效应;过孔的周期指的是相邻过孔中心到中心的间距。
参考书籍 David M. Pozar,《Microwave Engineering》(微波工程,第4版)
书中在讨论周期性结构、布拉格反射、频带隙时,有关于“当结构周期远小于波长时,可近似为均匀介质”的表述。
Howard Johnson,《High-Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic》
书中提到过孔阵列、接地过孔间距和 λ 的关系,强调密度足够时电磁波“看不见”间隙。 参考链接:https://kolegite.com/EE_library/books_and_lectures/Цифрова схемотехника/High Speed Signal Propagation Advanced Black Magic by Howard Johnson (z-lib.org).pdf?utm_source=chatgpt.com
Eric Bogatin,《Signal and Power Integrity – Simplified》
对走线过孔、接地过孔阵列的周期效有描述,推荐将地过孔间距控制在 λ/10 甚至更小。
Infineon / Cypress – 《Antenna Design and RF Layout Guidelines》(AN91445)
文中明确提到在 PCB 上“放置 via fencing(过孔围栏)于 BLE 与 Wi-Fi 区域之间,用以最小化泄漏” 参考链接:https://community.infineon.com/gfawx74859/attachments/gfawx74859/psoc4/9578/1/001-91445_AN91445_Antenna_Design_and_RF_Layout_Guidelines.pdf?utm_source=chatgpt.com
Texas Instruments – 《Antenna Impedance Measurement and Matching》(SWRA726)
是 TI 针对 433/868 MHz(Sub-1 GHz)以及 2.4 GHz/5 GHz(BLE、ZigBee、Wi-Fi)的射频天线匹配指南,强调 PCB 地形、组件布局对天线性能至关重要。 参考链接:https://www.ti.com/lit/an/swra726/swra726.pdf?utm_source=chatgpt.com
