təsvir
Simsiz cihazların çoxalması ilə indi optimal performans üçün güclü siqnal gücü və yüksək keyfiyyətli RF antenna dizaynı və inteqrasiyası tələb olunur. İstər hazır məhsul olsun, istərsə də yüksək səviyyədə fərdiləşdirilmiş həll, antena inteqrasiyası əhəmiyyətsiz deyil və sonradan düşünülməməlidir. RF dövrəsindən antennaya əks olunmadan maksimum gücün ötürülməsini təmin etmək üçün antenanın giriş empedansı 50Ω ilə uyğunlaşdırılmalıdır.
RF Antenalarının Əsas İcra Aspektləri
Bir iz və ya çip antennasının həyata keçirilməsində ən vacib amillərdən biri antenanın radio çipinə empedans uyğunluğudur. Antenalar məhsula yığıldıqda empedansa uyğun olmalıdır, çünki antenanın uyğunsuzluğu aşağıdakı nəticələrə səbəb ola bilər:
Azaldılmış diapazon itkisi: Empedans uyğunsuzluğu daha çox siqnal əks olunmasına səbəb olur ki, bu da antenanın sərbəst havaya yayılması üçün daha az güc təmin edir və diapazonu azaldır.
İstənilən xüsusi iş tezliyində antenanın geri dönmə itkisini azaldın: İstənilən iş tezliyində antenanın ən azı -10 dB və ya daha az geri qaytarma itkisi olmalıdır. Empedans uyğunsuzluğu istənilən tezlik diapazonunda geri qaytarma itkisini artırır, nəticədə həmin tezlik diapazonunda antennaya çatdırılan RF gücü azalır.
Daha yüksək enerji istehlakı: Antenna impedans uyğunsuzluğundan qaynaqlanan siqnal əks olunması səbəbindən daha az güc yayır. Bu, RF çipinin ümumi enerji istehlakını artıraraq istənilən diapazona nail olmaq üçün siqnalı daha çox güclə ötürməsini tələb edəcək.
Siqnalın əks olunmasına görə RF çipinin istiləşməsi: Empedans uyğunsuzluğuna görə siqnalın əks olunması RF enerjisinin ötürücüyə geri axmasına səbəb olur və ötürücünün istiləşməsinə səbəb olur və bununla da ötürücünün ömrünü uzadır.
Etibarsız məlumat ötürmə qabiliyyəti: İmpedans uyğunsuzluğu, siqnalın əks olunması və RF qəbuledicisinin məlumat ötürmə qabiliyyəti səbəbindən yüksək paket xətası dərəcəsi (PER) bu məhsul üçün optimal olmaya bilər.
Əksər PCB iz və ya çip antenaları düzgün işləməsi üçün bütün PCB təbəqələrində möhkəm torpaq müstəvisi tələb edən dörddəbir dalğalı monopollar kimi qurulur. Bu yer müstəvisi “paralel” adlanır və vacibdir, çünki o, monopol antenna üçün dummy qütb rolunu oynayır və onun tam dipol antenna kimi fəaliyyət göstərməsinə imkan verir.
Balanslaşdırılmış uzunluq və eni ən azı λ/4 vahid olmalıdır. Aşağıdakı rəqəm çip antennasının tətbiqi nümunəsindən istifadə edərək müxtəlif yer təyyarə ölçülərinin təsirini göstərir.
Bundan əlavə, PCB materialı antena sisteminin empedansına da təsir göstərir. Xüsusilə FR4 tipli substratlar üçün, bu da toxunma nümunəsindən asılıdır, nəticədə toxunuşun sıxlığından asılı olaraq materialın dielektrik davamlılığında dəyişikliklər və parazitar tutumun dəyişməsi səbəbindən mümkün yerli empedans kəsikləri. PCB iz antenalarının tətbiqi üçün dizaynerlər antenanın dizayn qaydalarına və antenna istehsalçısının iz eni, təbəqə yığını, balans ölçüsü, PCB materialı və materialın toxunma nümunəsi ilə bağlı tövsiyələrinə ciddi şəkildə əməl etməlidirlər ki, iz və ya çip antennasını tətbiq edərkən ən yaxşı nəticələr əldə etsinlər. . Antena sisteminin empedansına onun ətrafındakı digər dövrə komponentləri və məhsulun korpus materialı da təsir edir və nəzərə alınmalıdır.
Vektor Şəbəkə Analizatorundan (VNA) istifadə edərək antenanın tənzimlənməsi
Empedans uyğunsuzluqları vektor şəbəkə analizatoru (VNA) istifadə edərək düzəldilə bilər. Varsayılan olaraq, VNA kalibrləmə müstəvisində ölçmələr aparır və ölçmə aparmazdan əvvəl kalibrləmə tələb olunur. Antenna və RF çipi arasındakı empedansa uyğun gəlmək üçün S11 parametri kimi tanınan geri qaytarma itkisini (RL) ölçmək lazımdır.
Vektor Şəbəkə Analizatorunun (VNA) kalibrləmə üsulunu anlayaq.
Əksər VNA-ların portları kimi N tipli konnektorlara malikdir. İstənilən antena sisteminin sazlanmasında ilk addım Type-N-dən SMA kabellərinə və müxtəlif (açıq, qısa və 50Ω) kalibrləmə standartlarından istifadə edərək kalibrləmə müstəvisində VNA-nın kalibrlənməsidir. VNA antena sisteminə qoşulmalıdır ki, uyğun şəbəkə də ölçmə prosesinə daxil olsun. Bu, "MC0" də 1Ω seriyalı rezistor quraşdırmaq və "port uzantısı" adlanan uyğun kabeldən istifadə etməklə edilə bilər. Liman uzadılması məlum uzunluğa və məlum sürət amilinə malik olmalıdır, çünki ölçmə zamanı port uzadılmasının sistemə əlavə etdiyi əlavə uzunluğu və empedansı kompensasiya etmək üçün bu məlumat VNA-ya verilməlidir. Bundan əlavə, port uzantıları seçilməlidir ki, onların xarakterik empedansı hədəf sistem empedansına uyğun olsun.
VNA-nı kalibrləmənin başqa bir yolu uyğun komponent yastıqlarından istifadə edərək PCB-nin özündə qısa/açıq/yük (SOL) vəziyyəti yaratmaqdır. Bu, proqram portunun genişləndirilməsini tələb etmir. Şuranın həyata keçirilməsindən asılı olaraq, ikisindən uyğun üsul seçilməlidir.
Smith Diaqramından istifadə edərək Empedans Uyğunluğu
VNA antena sisteminin empedansını kompleks R+jX Ω şəklində təmin edir, burada R təmiz müqavimətə görə empedansın real hissəsidir və X reaktivliyə görə empedansın mürəkkəb hissəsidir. Antena sisteminin kompleks empedansı əldə edildikdən sonra, tələb olunan uyğun komponentlərin dəyərlərini və topologiyasını müəyyən etmək üçün "Smith Chart" üzərində qurula bilər. Bu günlərdə bunu “SimSmith” kimi proqramlardan istifadə etməklə asanlıqla etmək olar.
Antena sisteminin kompleks empedansının SimSmith-ə verilməsi, Smith diaqramında müvafiq nöqtədə bir nöqtənin qurulması ilə nəticələnəcəkdir. Yuxarıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, antena sisteminin kompleks empedansı Smit cədvəlinin ya induktiv, ya da kapasitiv yarısında yerləşə bilər. Uyğun olan şəbəkə komponentləri bir neçə əsas məqamdan istifadə etməklə antena sistemini hədəf uyğun yükə uyğunlaşdırmaq üçün müəyyən edilir:
Sabit müqavimət dairəsi boyunca saat əqrəbi istiqamətində hərəkət edən seriyalı induktor tərəfindən çəkilmiş mürəkkəb empedans nöqtələri
Sabit müqavimət dairəsi boyunca saat əqrəbinin əksi istiqamətində hərəkət edən seriyalı kondansatörlərin çəkdiyi mürəkkəb empedans nöqtələri
Sabit bir dairə boyunca saat yönünün əksinə hərəkət edən paralel induktorlar tərəfindən çəkilən mürəkkəb empedans nöqtələri
Sabit keçiricilik dairəsi boyunca saat əqrəbi istiqamətində hərəkət edən paralel kondansatörlər tərəfindən tərtib edilmiş mürəkkəb empedans nöqtələri
Hədəf empedansına uyğunlaşmaq üçün sıra və ya paralel konfiqurasiyalarda çoxlu komponentlər və ya komponentlərin birləşməsi tələb oluna bilər
Bir sıra induktor və şunt kondensatorundan istifadə etmək yaxşıdır, çünki hər ikisinin komponent dəyərlərinin artırılması qrafikləşdirilmiş empedans nöqtəsinin sabit müqavimət/keçirici dairənin yeri boyunca daha da irəliləməsinə səbəb olacaqdır. Bu faydalıdır, çünki endüktans və ya kondansatörlərin son dərəcə aşağı dəyərlərini əldə etmək praktiki olaraq mümkün deyil
Tək uyğun gələn şəbəkədən istifadə adətən sistem bant genişliyinin azalması ilə nəticələnir, düzgün uyğunlaşma və optimal bant genişliyinə nail olmaq üçün uyğun şəbəkənin bir neçə mərhələdən istifadə edilə bilər.
Məsələn, aşağıdakı şəkildə bir sıra induktor və paralel kondansatör istifadə edərək, 25+j8.5Ω kompleks empedansı olan antena sisteminin 50Ω hədəf empedansına uyğunlaşdırılması göstərilir.
Empedans uyğunluğu mürəkkəb görünsə də, antenanın məhsulun performansında darboğaza çevrilə biləcəyi istənilən simsiz məhsulun ən yaxşı performansını təmin edir.
