如何選擇多功能天線

當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)線連接到iot設(shè)備時(shí),你有幾種天線的選擇。你可以把一個(gè)設(shè)計(jì)成一個(gè)印刷電路板,但是有幾個(gè)商業(yè)選擇將你自己設(shè)計(jì)出來(lái)。

影響范圍和性能,天線選擇和放置是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮因素,在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商。本文綜述了最廣泛使用的多用途天線,并討論了其應(yīng)用特定的功能。它還強(qiáng)調(diào)了最佳設(shè)計(jì)和放置戰(zhàn)略,為每種天線類型提供了詳細(xì)的指導(dǎo)方針。

距離和頻率要求

圖1這是一款使用Wi-Fi的智能家居設(shè)備,突出了互聯(lián)設(shè)備,用于全面的家居自動(dòng)化,包括照明、氣候、安全和能源管理,所有這些都是由中央智能手機(jī)應(yīng)用程序控制的。

距離和頻率的要求在確定一個(gè)多用途終端設(shè)備的天線類型方面起著至關(guān)重要的作用。例如,可穿戴和智能家居設(shè)備一般使用Wi-Fi( 圖1 )或藍(lán)牙,用于跨越2.4千兆赫至5.9千兆赫的短距離通訊。Zigbee在同一個(gè)工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)波段運(yùn)行,支持智能家居基礎(chǔ)設(shè)施和建設(shè)自動(dòng)化及其高效的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能力。

相比之下,工業(yè)iot(iot)應(yīng)用通常依賴于低功率廣域網(wǎng)(lpana),其中包括窄帶互聯(lián)網(wǎng)的東西(nb-iot)和洛拉萬(wàn)通信協(xié)議。Nb-IOT提供了獲得許可的亞1千兆赫波段的廣泛覆蓋,而洛拉萬(wàn)利用未經(jīng)許可的次GGZ頻率實(shí)現(xiàn)了廣泛的覆蓋(歐洲為862兆赫,北美洲為9500兆赫)。

LTECAT-M將高帶寬和吞吐量與高效率的耗電量相結(jié)合,在1千兆赫以下的許可LTE波段運(yùn)行,便于在具有挑戰(zhàn)性的室內(nèi)地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

高速、低延遲的iot應(yīng)用程序使用5G的廣譜技術(shù),其覆蓋范圍包括亞6千兆赫和MM波段(24千兆赫至71千兆赫),用于廣泛和高容量的應(yīng)用。值得注意的是,5G是先進(jìn)汽車系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備以及?虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 申請(qǐng)。

從鞭笞到金屬絲

選擇一個(gè)IOT天線需要在范圍、耐久性、成本和集成復(fù)雜性之間進(jìn)行權(quán)衡。為滿足具體應(yīng)用和頻率要求而設(shè)計(jì)的一些最廣泛使用的衛(wèi)星軌道天線包括:

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翼和槳:提供廣域連接,用于國(guó)際無(wú)線電通信系統(tǒng)的部署,外部的鞭和槳天線提供了最佳性能和范圍的ISM,LRA,LPAN的應(yīng)用,以及LTE-M設(shè)備低于1千兆赫。為了耐久性和性能,用優(yōu)質(zhì)塑料和金屬(如不銹鋼或鋁)制造了鞭槳天線,與橡膠短棒天線相比,設(shè)計(jì)成本更高。

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橡膠短棒天線:具有螺旋設(shè)計(jì),外部橡膠短棒天線天線目標(biāo)便攜式平板電視設(shè)備,手持收音機(jī)和對(duì)講機(jī)。橡膠短棒天線天線提供了耐久性、性能和成本的平衡,與廣泛的頻率范圍兼容,通常從100兆赫到2.5千兆赫,包括Zigbee的2.4千兆赫波段。這些天線是用塑料和金屬(如不銹鋼)制造的。

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補(bǔ)丁:適應(yīng)特定或雙極化的最佳衛(wèi)星傳輸,補(bǔ)丁天線是一個(gè)流行的選擇的GPS設(shè)備。在GGZ范圍內(nèi)有效,特別是在1.57542GHZ(L1波段)的全球定位系統(tǒng)中,補(bǔ)丁天線確保精確的導(dǎo)航具有最佳增益和輻射特性。

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PCB天線:這些集成天線為可穿戴性和遠(yuǎn)程傳感器提供了設(shè)計(jì)靈活性和更高的增益,可容納廣泛的頻譜(包括5G),范圍從廣泛覆蓋的6-兆赫到大容量應(yīng)用的MM波段(24千兆赫及以上)。電路板天線的制造使用銅或其他導(dǎo)電金屬沉積在非導(dǎo)電襯底上,如FF-4玻璃纖維。盡管多用途天線可適應(yīng)許多不同類型的遠(yuǎn)程通信技術(shù)應(yīng)用和通信協(xié)議,但對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說,多用途電路板天線提出了各種集成挑戰(zhàn),包括信號(hào)干擾和精確位置要求。

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芯片:可容納小型iot設(shè)備,芯片天線有效地支持從Wi-Fi,藍(lán)牙,Zigbee到LTE,nb-iot,羅拉和5g不同的協(xié)議和頻帶。由于芯片天線需要高度的集成,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須在人口密集的板上應(yīng)對(duì)空間限制。芯片天線是使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料,如陶瓷或硅.

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電線:由于已建立的制造工藝和容易獲得的材料,例如銅或鋁材料,有針對(duì)性的汽車、智能建筑和其他流行的非線性軌道應(yīng)用、電線天線相對(duì)便宜。盡管電線天線支持多種協(xié)議、頻率和范圍,但它們提出了各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),包括為較低頻率提供額外空間(需要較大的天線)以及減少或減緩密集布局中的干擾。設(shè)計(jì)方面的考慮對(duì)于LTE-M和5G應(yīng)用程序都是至關(guān)重要的。

戰(zhàn)略設(shè)計(jì)和位置優(yōu)化范圍和性能

對(duì)于長(zhǎng)鞭、槳和橡膠斗天線,地面考慮因素,包括附近表面的導(dǎo)電性,是最大限度提高輻射效率的關(guān)鍵。優(yōu)化這一關(guān)鍵參數(shù)直接影響信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量,確保更長(zhǎng)距離的穩(wěn)定和清晰的通信。這些外部天線具有至少四分之一波長(zhǎng)的導(dǎo)電平面,有效地模擬偶極子的輻射模式,顯著地提高了范圍,特別是在超高頻(U高頻)頻譜的低端。戰(zhàn)略位置,遠(yuǎn)離設(shè)備的金屬部件和邊緣,減少干擾和進(jìn)一步最大化范圍。

由于尺寸與頻率成反比,天線呈現(xiàn)出獨(dú)特的設(shè)計(jì)考慮,需要仔細(xì)規(guī)劃。例如,較低的頻率需要更大的天線,可能會(huì)使小規(guī)模的iot設(shè)備集成復(fù)雜化。它們還需要精心安排,重點(diǎn)是確定主要的通信路徑,盡量減少障礙,以確保清晰的視線連接。電線天線還必須與金屬元素如外殼、連接器和設(shè)備邊緣保持分離,以保持無(wú)干擾的共振頻率。

為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)接收的最佳化,國(guó)際地面衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)備的補(bǔ)丁天線需要經(jīng)過深思熟慮的極化選擇(RHCP、LHCP或兩者兼顧)--通過PIN二極管或射頻MEMS設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙重極化,以實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)撵`活性。正確的放置是關(guān)鍵,因?yàn)檠a(bǔ)丁天線必須安裝在天空上有清晰的視線,以盡量減少障礙,提高信號(hào)清晰度,確保視野暢通無(wú)阻(fov)。雖然平面圖流線型集成在設(shè)備表面,補(bǔ)丁天線必須遠(yuǎn)離金屬組件,以避免干擾和信號(hào)退化。

對(duì)于緊湊型的iot設(shè)備來(lái)說,在電路板和芯片天線之間進(jìn)行選擇(圖3)取決于尺寸限制和性能要求。例如,PCB天線天線由于尺寸大、拓?fù)鋸?fù)雜(例如,PCB天線天線)而能夠獲得更高的收益。,不頂F,L,和折疊單極設(shè)計(jì)),但可能占用更多的板空間。

反過來(lái),芯片天線提供了一個(gè)更緊湊的解決方案,收益較低,適合空間限制的應(yīng)用,如可穿戴。最后,正確的位置對(duì)電路板和芯片天線都是至關(guān)重要的。具體而言,最小障礙和戰(zhàn)略邊緣定位提高了電路板天線的性能,而芯片天線的精確集成防止了組件干擾,并保持了暢通無(wú)阻的信號(hào)路徑。

對(duì)于5G特定的iot設(shè)備,可以利用高增益芯片、導(dǎo)線和電路板天線作為相控陣列。這種配置有助于有效的空間復(fù)用和信號(hào)管理,通過廣泛實(shí)施多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)來(lái)適應(yīng)更高的電池密度。此外,自適應(yīng)波束交換動(dòng)態(tài)優(yōu)化天線信號(hào)路徑,減少潛在干擾和加強(qiáng)信號(hào)接收。

概括的

衛(wèi)星軌道天線的選擇影響到關(guān)鍵的操作參數(shù),如范圍和性能。因此,設(shè)備制造商必須謹(jǐn)慎地權(quán)衡范圍、耐久性、成本和集成復(fù)雜性之間的權(quán)衡。為滿足特定應(yīng)用要求而設(shè)計(jì)的多用途天線類型包括:跨鞭、劃槳和橡膠短棒天線到貼片、電路板、芯片和電線。戰(zhàn)略性的天線放置可以最大限度地減少干擾,提高信號(hào)強(qiáng)度,確保在一個(gè)非衛(wèi)星通信平臺(tái)設(shè)備及其網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行清晰可靠的通信。