Прикладные аспекты практической реализации беспроводных узлов
Антенны
Важным элементом любой беспроводной системы или узла сети является антенна. Все характеристики антенн приводятся относительно изотропной - теоретической модели, излучающей одинаково во всех направлениях. В маломощных беспроводных системах чаще всего используются дипольные или штыревые антенны [4, 6, 7].
По типу подключения выделяют две разновидности антенн (Рис. 2.6):
- антенны с одной точкой подключения:
- обычно имеют сопротивление 50 Ом;
- требуют баллонный фильтр для подключения к некоторым типам микросхем;
- легко анализируются при помощи сетевых анализаторов;
- легко можно достичь высокой производительности;
- дифференциальные антенны:
- напрямую подключаются к дифференциальным выходам микросхем;
- позволяют уменьшить число внешних компонент;
- для достижения нужных показателей в некоторых случаях необходима симуляция работы;
- трудно измеримый импеданс;
- возможно достижение производительности, сравнимой с антеннами с одной точкой подключения.
По способу физической реализации:
- печатные антенны:
- не повышают стоимость решения;
- требуется больше пространства печатной платы;
- имеют значительные размеры на низких частотах;
- имеют широкий диапазон;
- для реализации необходимо специализированное программное обеспечение;
- штыревые антенны:
- стоимость от 1$;
- наилучшее совпадение реальных характеристик с теоретическими;
- меньшее влияние размера антенны на размеры конечного устройства;
- чип антенны:
- менее дорогие (цены меньше 1$);
- меньший диапазон.
Некоторые производители беспроводных компонентов помимо примеров типовых схем включения предоставляют примеры антенных решений для своей продукции. В частности, это касается так называемых печатных антенн.
Например, Texas Instruments предлагает несколько решений для реализации печатных антенн с размерами, PCB файлами и рекомендациями по применению [7-9].
В качестве средств разработчика предлагается набор антенн CC-Antenna-DK, содержащий 13 разнотипных антенн (диапазоны от 136 МГц до 2.48 ГГц).
Краткие сведения о печатных антеннах, предлагаемых TI для различных диапазонов представлены ниже (Табл. 2.1-2.4)[7].
Антенны диапазона 2,4 ГГц
| Тип | Инвертированная F антенна | Меандровая инвертированная F антенна | Меандровый монополь |
|---|---|---|---|
| Внешний вид | |||
| Эффективность | 80% EB 94% SA | 68% EB | 76% EB 87% SA |
| Ширина полосы пропускания, МГц | 280 | 101 | 400 |
| Размеры, мм | 26 x 8 | 15 x 6 | 39 x 25 |
| Тип | Петлевой диполь для СС25хх | Петлевой диполь для СС24хх |
|---|---|---|
| Внешний вид | ||
| Эффективность | 80% EB | 80% EB |
| Ширина полосы пропускания, МГц | 100 | 80 |
| Размеры, мм | 26 x 8 | 15 x 6 |
| Тип | Антенна Удо-Йаги |
|---|---|
| Внешний вид | |
| Эффективность | 72% SA |
| Ширина полосы пропускания, МГц | 497 |
| Размеры, мм | 150 x 100 |
Антенны диапазона 868/915/955 МГц
| Тип | Меандровый монополь | Меандровая инвертированная F антенна | Нагруженная штыревая антенна |
|---|---|---|---|
| Внешний вид | |||
| Эффективность | 64% EB 91% SA | 80% EB | 64% EB |
| Ширина полосы пропускания, МГц | 46 | 40 | 56 |
| Размеры, мм | 39 x 25 | 43 x 20 | 48 x 8 |
Также для диапазона 868 / 915 / 955 МГц применяются спиральные и чип антенны - оба данных типа обладают своими преимуществами. Так, спиральные антенны достаточно просты в изготовлении, а чип антенны имеют весьма компактные размеры.
Для более длинноволновых диапазонов (315 МГц) применяются в основном спиральные антенны, но существуют и чип решения.
Рекомендованный TI путь выбора антенны состоит из нескольких шагов (Рис. 2.7) - обзор возможных решений на основе краткого справочника и более полной технической информации, изучение характеристик антенн (диаграмма направленности, влияние окружения), полевые испытания, изучение технических чертежей, шаблонов антенн, технологии их реализации и особенностей размещения на печатной плате, и рекомендаций по конфигурации печатной платы.
Примеры реализации печатных антенн по исходным чертежам фирм производителей представлены на Рис. 2.8-2.10.
