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無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能終端天線(xiàn)的選擇及注意事項(xiàng)
  • 更新日期:2018-03-03      瀏覽次數(shù):8599
    • 天線(xiàn)的基本原理

      天線(xiàn)的基本概念:電磁場(chǎng)的傳播

      ? 時(shí)變電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng);時(shí)變磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng),電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā),由近及遠(yuǎn)傳播

       

      天線(xiàn)的基本概念:偶極子

      ? 頻率越低,波長(zhǎng)越長(zhǎng),天線(xiàn)尺寸越大

      ? 頻率越高,波長(zhǎng)越短,天線(xiàn)尺寸越小

       

      天線(xiàn)的基本概念:?jiǎn)螛O子

      ? 單極子的電流和偶極子類(lèi)似,但是輸入電壓只有偶極子的一半,則其輸入阻抗為偶極子一半

      ? 單極子天線(xiàn)的主要覆蓋空間是上半空間

       

      天線(xiàn)的基本概念:IFA/PIFA天線(xiàn)

      ? IFA和PIFA是同樣類(lèi)型的天線(xiàn),只是天線(xiàn)的寬度不同而已,IFA是線(xiàn)狀走線(xiàn),PIFA是面狀走線(xiàn),IFA是非常重要的一種天線(xiàn)形式,應(yīng)用非常廣。

       

       

      · 貳 ·

       

           物聯(lián)網(wǎng)天線(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)

      ? 天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)設(shè)備中*的設(shè)備。

      ? 天線(xiàn)的指標(biāo)選取與其使用場(chǎng)景密切相關(guān)。

      ? 物聯(lián)網(wǎng)天線(xiàn)有其*的使用場(chǎng)景。

       

      在討論物聯(lián)網(wǎng)天線(xiàn)之前,需要了解下天線(xiàn)的基本知識(shí)。以便更好理解指標(biāo)的選定。      

         天線(xiàn)的基本概念:天線(xiàn)的本質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁波或者進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換。

      天線(xiàn)的功能:控制輻射能量的方向

      天線(xiàn)指標(biāo):回波損耗                RL=20*log10[(VSWR+1)/(VSWR-1)]

       

            回波損耗跟駐波的物理意義是相近的,表征的是天線(xiàn)跟RF網(wǎng)絡(luò)匹配程度?;夭〒p耗越小(回波損耗≤0dB),表明 天線(xiàn)跟射頻網(wǎng)絡(luò)的匹配程度高的可能性越大。  

       

             以下圖為例,當(dāng)天線(xiàn)的阻抗跟傳輸線(xiàn)的特征阻抗接近時(shí),輸出了95%的能量,只有5%被反射回系統(tǒng)。

      天線(xiàn)指標(biāo):隔離度

       

            隔離度表征的在多天線(xiàn)系統(tǒng)中(至少兩個(gè)天線(xiàn)),天線(xiàn)獨(dú)立的程度,隔離度越小(隔離度≤0dB),表明天線(xiàn)間越獨(dú)立,也就是相互影響程度越小。

      Isolation=10lg(A/B)

      A表示輸入功率,B表示輸出功率,單位為mw

      天線(xiàn)指標(biāo):效率

            效率是天線(xiàn)一個(gè)非常重要的指標(biāo),表征天線(xiàn)輻射出去的功率(即有效地轉(zhuǎn)換成電磁波的功率)和輸入到天線(xiàn)的有功功率之比。,率是天線(xiàn)能力的一個(gè)重要體現(xiàn)。常用的單位有dB和%。

       

      天線(xiàn)指標(biāo):增益

       

            天線(xiàn)領(lǐng)域說(shuō)的增益,跟射頻領(lǐng)域和基帶領(lǐng)域說(shuō)的增益是兩個(gè)概念,前者表明天線(xiàn)能量的集中程度,增益越高表明天線(xiàn)輻射的能量越集中在某些方向。 其常用單位有dBi和dBd    其中dBi=dBd+2.15dB    

      天線(xiàn)指標(biāo):方向性

            方向圖指標(biāo)有很多,但與本文主題相關(guān)的主要是方向性。顧名思義,也就是考慮天線(xiàn)的能量在空間中如何分配,我們希望能量盡可能集中在場(chǎng)景使用的空間。

            我們常提到的定向天線(xiàn)和全向天線(xiàn)也就是根據(jù)方向圖的特點(diǎn)做的劃分。

      從上述內(nèi)容中可以看出天線(xiàn)的指標(biāo)很多,如何選取與我們業(yè)務(wù)緊密相關(guān)的指標(biāo)才是關(guān)鍵。因此我們要先了解物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品的使用場(chǎng)景,根據(jù)場(chǎng)景來(lái)確定指標(biāo)。

       

            我們以本文提到的水表、電表、燃?xì)獗?、煙感、地磁和中繼等設(shè)備為例,其的特點(diǎn)包括:

      ? 安裝分散,分布在基站設(shè)備的四周。

      ? 安裝的位置在大樓里,離基站較遠(yuǎn)。

      ? 設(shè)備安裝時(shí)不會(huì)有固定朝向。

      我們通過(guò)應(yīng)用場(chǎng)景可以歸結(jié)出三大主要指標(biāo):

      指標(biāo)的選定已經(jīng)完成,接下來(lái)我們要考慮如何測(cè)試這些指標(biāo)

       

      上述的指標(biāo)需要用到兩個(gè)主要設(shè)備:一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)分析儀,一個(gè)是微波暗室系統(tǒng)。

      是德科技(安捷倫)的E5071C,頻段從100KHz~8.5GHz。

      主流的暗室測(cè)試系統(tǒng)包括ETS、SATIMO以及BLUETEST

       

       

      · 叁 ·

       

      天線(xiàn)應(yīng)用實(shí)例

       

      天線(xiàn)的分類(lèi)一覽表

      舉個(gè)實(shí)際的例子:

      天線(xiàn)測(cè)試駐波:

      ? 暗室長(zhǎng)度為12米,能滿(mǎn)足500MHz的小口徑天線(xiàn)方向圖測(cè)試。

      天線(xiàn)方向圖:

      ?  主波束繞過(guò)了背后的金屬容器。

      天線(xiàn)效率:

      ? 單極子的帶寬依然有欠缺,但是重點(diǎn)頻段的增益非常突出,zui高點(diǎn)能達(dá)到25%

       

       

      · 肆 ·

       

      整機(jī)堆疊與調(diào)試

       

       

      疑問(wèn)

           

      從上述內(nèi)容中可以明顯看出內(nèi)置天線(xiàn)與外置天線(xiàn)性能存在差異。

      ? 為什么內(nèi)置天線(xiàn)會(huì)比外置天線(xiàn)差?

      -----從效率上可以看出,內(nèi)置天線(xiàn)效率較外置天線(xiàn)低很多。

      ? 為什么單一天線(xiàn)很難做到 “球”形覆蓋?

      -----即便是外置天線(xiàn),其全向的定義也僅適用某個(gè)面上,而不是球形。

       

      總的來(lái)說(shuō),內(nèi)置天線(xiàn)有兩大主要問(wèn)題:

      ? 空間狹小,天線(xiàn)的凈空區(qū)域不足,凈空不足會(huì)造成兩個(gè)影響

          a)  有金屬物質(zhì)進(jìn)入天線(xiàn)的近場(chǎng)區(qū),影響回?fù)p和方向圖

          b)  天線(xiàn)輻射面積太小,影響天線(xiàn)效率

      ? 離噪聲源太近,結(jié)果就是影響天線(xiàn)的TIS(接收靈敏度)

          a)  主要的噪聲源包括DDR / Core / USB3.0 / SATA /DCDC/等

          b)  噪聲的影響會(huì)降低產(chǎn)品的使用距離

       

       

       

      內(nèi)置天線(xiàn)設(shè)計(jì)建議

       

      1、適度的ID和結(jié)構(gòu)傾斜,讓天線(xiàn)擁有盡可能大的輻射面積和凈空區(qū)間

           -----讓天線(xiàn)的性能做到*

      2、遠(yuǎn)離噪聲源,不損失整機(jī)的TIS(接收靈敏度)

           -----降低噪聲的三個(gè)途徑:a)  降低噪聲源信號(hào)強(qiáng)度

                                  b)  增強(qiáng)路徑衰減

                                  c)  接收端的屏蔽

      3、收集使用場(chǎng)景和芯片參考設(shè)計(jì),讓天線(xiàn)滿(mǎn)足整機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

           ------有場(chǎng)景要求和芯片參考設(shè)計(jì),可以讓天線(xiàn)發(fā)揮更大價(jià)值

      *建議:讓天線(xiàn)領(lǐng)域從CDP階段就參與項(xiàng)目,我們會(huì)在對(duì)項(xiàng)目初衷影響zui小的情況下,將天線(xiàn)性能zui大限度提升。

     
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