アンテナとグランドプレーン

ANT-433-HETHアンテナのこのデータシートを見ています。「Suggested Board Layout」というラベルの付いたボックスには、0.5インチの「グランドプレーンまでの最小距離」というラベルの付いた寸法があります。

基本的に、アンテナフィードポイントをグランドプレーンの真上（またはスルーホール用に埋め込む）にする必要があるといつも思っていました。

アンテナフィードポイントをグランドプレーンから（少なくとも）ある程度離すのは一般的な慣習ですか？

グランドプレーンまでの最小距離という考え方は、「適切な」距離とは何かという疑問も招きます。なぜなら、グランドプレーンが十分に離れているとしたら、そのポイントは何なのでしょうか。

アンテナには多くの異なるデザインがあり、一部のデザインは非常に珍しいものです。アンテナは一般にグランドプレーンを使用しますが、これは厳密な要件ではありません。ループアンテナとダイポールは、グランドプレーンを必要としない2つの例です。

アンテナの基本的な要件は次のとおりです。

1. それを駆動する回路との良好な一致（およびほとんどの場合、動作周波数で共振する）。これにより、可能な限り最大の電力をアンテナに投入できます。

2. その長さに沿って電流が流れるため、結果として生じる場はそのエネルギーを空間に放射します。（受信アンテナは逆のこのプロセスです）。

項目（2）は、ボードに小さなタンク回路を貼り付けて、効率的に放射することを期待できない理由を説明しています。

項目（1）は一般に、「チューニング」のトピックに該当します。このトピックでは、アンテナを共振させるか、調整するように設計された場所を選びます。ダイポールアンテナは、フィードポイントを挿入できるようにするために、実質的に中央で断線したワイヤの共振長です。「グランドプレーン」アンテナは、ダイポールの半分を除去し、その代わりにグランドプレーンを置き換えます。放射要素のインダクタンスは、要素とグランドプレーン間のキャパシタンスと連動して、アンテナに適切なチューニングを与える共振回路を形成します。このように使用すると、グランドプレーンは「カウンターポイズ」と呼ばれる場合があります。

ヘリカルアンテナは、インダクタンスを増加させ、長さを短くするために、ラジエーターをいくらか巻き上げます。前述のように、アンテナを短くするとパフォーマンスに影響します。

これまでのところ、グラウンドプレーンの上にコイル状のラジエーターが突き出ています。しかし、彼らはボードに平行にある表面実装バージョンを持っています。両端が接続されているかどうかはデータシートからわかりませんが、一方の端がまだ開いていると推測する必要があります...それを所定の位置に保持するためにはんだ付けされています。この配置をグランドプレーンに近づけすぎると、回路に容量が追加され、より低い周波数に調整されます。また、エネルギーの一部は地面に結合されて失われるか、少なくとも意図した放射パターンを乱します。

「基本的には、アンテナフィードポイントをグランドプレーンの真上（またはスルーホールに埋め込む）にする必要があると常に考えていました

これは一部のアンテナにのみ当てはまります。

最も一般的には、導電性材料、特に金属表面からアンテナをできる限り離してください。

例外：各アンテナには特定のフィールド構成（EフィールドとHフィールド）が付属しています。電界に対して厳密に垂直である限り、金属表面は良好です。導電性表面の問題は、電界が短絡することです（強制的に0にします）。電界が表面に厳密に垂直に当たる限り、表面は電界に対して等電位であり、電界構成は影響を受けません。

例外は、アンテナに対称的な特性がある場合に最もよく満たされます。例えば、完全な双極子には2つの軸があり、中央にフィードポイントがあります。ダイポールに垂直な平面の給電点で、電界はたまたま平面に垂直です。したがって、双極子の1つの軸を「接地面」、つまり現在の単極が接地面に正確に当たるフィードポイントに置き換えることができます。これは、他の一般的に使用されるアンテナにも当てはまります。

一方、電界を何らかの構成にするために、アンテナ設計の一部としてエフェクトを使用できます。これは、いくつかの指向性アンテナなどで行われます。

近距離音場と遠距離音場：アンテナの音場は近距離音場と遠距離音場に分類できます。近距離場での電界妨害は、一般に、意図したアンテナの性能に関して壊滅的であり、遠距離場での電界妨害は、妨害の方向の性能にのみ影響します。近距離音場が終了し、遠距離音場が始まる場所については明らかではありません。一部のアンテナは他のアンテナよりも敏感です。経験則として：3〜5ラムダ離れているものはすべて間違いなく遠距離です。近くのものは、アンテナ特性に干渉する場合としない場合があり、その中心周波数、指向性、マッチングなどを変更します。

参照しているコンクリートアンテナは、らせん形状をしています。ヘリカルアンテナに関するこの論文では、 2つのモデルを使用してヘリカルアンテナを提案しています。

1. 折り畳まれた双極子（円周<<波長）：ほぼ双極子のように動作します
2. 軸方向に放射するヘリカルアンテナ（円周≈波長）

放射ダイアグラムから判断すると、検討中のアンテナは、少なくともグランドプレーンに垂直に取り付けられた場合、これらの2つの極端な値の間のどこかにあります。この場合、電界はグランドプレーンに厳密に垂直です。給電点は接地面上に正しくなければならず、接地面は給電点の周囲のすべての方向に数センチメートルを最適に延長する必要があります。

アンテナがグランドプレーンと平行に取り付けられている場合、Eフィールドを短絡します。グランドプレーンは近距離音場構成を大幅に変更するため、アンテナ構成の一部として考慮する必要があります。実際には、今ではまったく異なるアンテナを見ているため、リンクされた論文の理論はもはや当てはまりません。また、アンテナはかなりのレベルのHFをグランドプレーンに誘導します（通常は問題があると考えられています）。放射図からわかるように、新しいアンテナも非常に指向性が高く、グラウンドプレーンの方向に放射が実質的にゼロです。

アンテナとグランドプレーン間の距離を最小限に抑えることが有利である理由がわかりません。グランドプレーンに損失が含まれている可能性がありますが、マッチングまたはチューニング、指向性、またはすべてが組み合わされていることも原因である可能性があります。

論文「金属接地面上の無線周波数識別タグアンテナのパフォーマンスの向上」の 10ページから引用：

金属アンテナの分離距離が波長の1/4をはるかに下回ると、反射波の位相シフトが180度に近づき、180度の位相シフトにより、到来する信号との完全な破壊的干渉が生じるため、アンテナの特性が低下し始めます。アンテナから直接。

同じアンテナ形状ではありません（右？）

また潜在的に有用：「RFIDタグアンテナに対する金属接地面の影響」。

私もRFの専門家ではありませんが、コメントボックスがぎゅうぎゅうに詰め込まれているように見えるため、回答を自分の経験として投稿したいと思います。

そして、はい、それは本当に奇妙です！アンテナフィードポイントで使用したすべてのアンテナが常にグランドプレーン上にあるため、アンテナへのRFトレースは特定の最大距離と厚さを満たします。アンテナはグランドプレーンのないエッジに対応しています。

多くの文書はインピーダンスを周波数に合わせて調整する方法を提案していますが、RFを印刷されたPCBに近づけた経験から、追加の調整コンポーネントなしでバランを使用でき、すべてがうまく機能します。

あなたが433mhzについて話していることに気づきました。私の経験のほとんどは2.4GHzです。

サブギガ周波数では、コイルが周波数を補正する限り、フィードポイントがグランドプレーン上にある必要はまったくない可能性があります。これはこれらの周波数ではそれほど正確ではありません。

TIからこの文書で、この1あまりにもしても、この1あなたがさらにあなたのエンジニアリングに対処する方法を理解するのに役立つかもしれません。それは使用される一般的な周波数およびrf問題を解決する方法を示します。

RFの世界は非常に複雑でデリケートなので、明確な答えを出すことはできません。これがあなたの答えを見つけるのに役立つことを願っています。

図を見ると、表面実装レイアウトが示されています-パッドはコイルの長さと同じ距離にあります-.5インチの「グランドプレーンからの距離」は.35インチを収容するのに十分なスペースだと思います直径のコイル-アイデアは、アンテナ全体が銅の接地層に対して数ミリ離れた平らな場所にあることを避けることだと思います-彼らは引き起こす可能性のある寄生容量効果を避けようとしています