ST60A2傳輸距離、隔離度、對(duì)位容差等探討

ST60是意法半導(dǎo)體推出的基于60GHz的非接觸式連接器產(chǎn)品。

客戶在使用ST60A2時(shí)經(jīng)常問(wèn)的幾個(gè)問(wèn)題是ST60A2的傳輸距離有多遠(yuǎn)、使用多對(duì)ST60A2時(shí)的最小間隔(隔離度)是多少、以及ST60A2容許的最大對(duì)位容差是多少。

今天我們就來(lái)聊聊這三個(gè)問(wèn)題。

ST60A2的傳輸距離

理想空間的距離損耗由FRIIS公式?jīng)Q定，我們忽略公式細(xì)節(jié)、中間步驟，直接給出如下圖1的結(jié)論。ST60A2的工作距離一般在1cm到10cm之間。從下圖1的數(shù)據(jù)看，1cm的空間損耗是28dB，10cm的空間損耗是48dB。ST60A2無(wú)線系統(tǒng)的傳輸能力能補(bǔ)償多少空間損耗，ST60A2就能傳輸多遠(yuǎn)距離。

表征無(wú)線傳輸能力有一個(gè)專(zhuān)有名詞，叫做鏈路預(yù)算。ST60A2無(wú)線系統(tǒng)的鏈路預(yù)算由三部分構(gòu)成：ST60芯片的鏈路預(yù)算，發(fā)射天線增益，接收天線增益。三部分相加就是整個(gè)ST60A2無(wú)線系統(tǒng)的鏈路預(yù)算，進(jìn)而可以推算出ST60A2的傳輸距離。

下圖2是ST60A2芯片的鏈路預(yù)算。我們可以看到ST60A2在不同傳輸數(shù)據(jù)速率下鏈路預(yù)算是不一樣的。速率越低，鏈路預(yù)算越大;速率越高，鏈路預(yù)算越小。速率從最低的10Mbps到最高的6.25Gbps，鏈路預(yù)算典型值從33dB下降到22dB。在后面的例子中，我們以中間速率3.125Gbps為例來(lái)計(jì)算傳輸距離。在3.125Gbps速率下，鏈路預(yù)算典型值是28dB。

ST60A2芯片配套的天線有兩種，一種是PCB印制板天線，另一種是Radiall公司的號(hào)角天線模組。下圖 3是兩種天線的性能總結(jié)。

PCB patch天線是面對(duì)面輻射，像兩片漢堡包上下夾在一起那樣。Radiall號(hào)角天線是邊對(duì)邊輻射，像兩本書(shū)并排放在桌面上那樣，向側(cè)方輻射。天線增益可以把它理解成聚攏無(wú)線電波的能力。天線增益越高，越像聚光手電筒，光亮向兩旁發(fā)散得少，光亮照射得遠(yuǎn)，但是照亮面積小。天線增益越低，越像散光手電筒，光向兩旁發(fā)散得多，光亮照得不遠(yuǎn)，但是照亮面積大。

這個(gè)概念比較重要，是我們后面討論兩對(duì)ST60隔離間距和錯(cuò)位多少的理論基礎(chǔ)。

PCB天線的增益不大，只有3dBi。Radiall號(hào)角天線的增益比較高，有9dBi。另外仔細(xì)觀察Radiall號(hào)角天線的外形，左右兩個(gè)天線不一樣。它們一個(gè)是水平極化天線，另外一個(gè)是垂直極化天線。極化天線只能接收相同極化方向天線發(fā)射的電磁波。水平極化天線只能接收水平極化天線發(fā)射的電磁波，不能接收垂直極化天線發(fā)射的電磁波。垂直極化天線也是相同的情況。所以?xún)蓪?duì)ST60分別采用水平極化天線和垂直極化天線，并排放置可以極大減少間隔距離。PCB天線沒(méi)有Radiall號(hào)角天線的這種雙極化隔離優(yōu)勢(shì)，所以間隔相比Radiall號(hào)角天線要遠(yuǎn)的多。

如果ST60A2收發(fā)芯片都采用PCB天線，那么無(wú)線系統(tǒng)的鏈路預(yù)算是28+3+3=34dB。

我們對(duì)照查找圖1的表格，34dB鏈路預(yù)算可以傳輸2cm距離。

如果ST60A2收發(fā)芯片都采用Radiall號(hào)角天線，那么無(wú)線系統(tǒng)的鏈路預(yù)算是28+9+9=46dB。

我們對(duì)照查找圖1的表格，46dB鏈路預(yù)算可以傳輸7cm距離。

如果系統(tǒng)的傳輸速率變高或者變低，可以查找圖2表格的芯片鏈路預(yù)算數(shù)據(jù)，進(jìn)而按照以上方法推算出傳輸距離。

兩對(duì)ST60A2的間隔距離是多少

從前面的天線介紹可以知道，Radiall號(hào)角天線相比較PCB天線在間隔距離方面有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1 天線增益高，能量向兩側(cè)發(fā)散得少;

2 有雙極化隔離的優(yōu)勢(shì)。

所以Radiall號(hào)角天線相比較PCB天線間隔距離要小的多。這里直接給出結(jié)論：PCB天線中心到中心間距最小要1.5cm，并且一般要額外采取隔離措施，比如兩PCB天線之間增加吸波材料;Radiall號(hào)角天線中心到中心間距1cm，不需要額外隔離措施。

如下圖4是兩對(duì)ST60A2的無(wú)線傳輸模型，顯示了傳輸距離，隔離距離，有用信號(hào)，干擾信號(hào)的具體含義。在ST60A2芯片的接收端要求信噪比(有用信號(hào)/干擾信號(hào))大于15dB。

ST60A2支持的對(duì)位容差(錯(cuò)位)是多少

對(duì)位容差是指考慮到實(shí)際的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等因素，收發(fā)天線不能完全正對(duì)，存在一定的偏差。

號(hào)角天線在傳輸距離和隔離間距方面有優(yōu)勢(shì)，在支持錯(cuò)位方面反而是劣勢(shì)。因?yàn)镻CB天線向旁邊“散光”比較多，照射面積大，所以它相比Radiall號(hào)角天線支持錯(cuò)位尺寸要大。支持的錯(cuò)位大小和傳輸距離、數(shù)據(jù)率都有關(guān)系。

這里只能給出大概的經(jīng)驗(yàn)估算：PCB天線錯(cuò)位大概在+/-4mm左右，Radiall號(hào)角天線錯(cuò)位大概在+/-2mm左右。