Алтайский государственный университет
Опубликован: 05.06.2014 | Доступ: свободный | Студентов: 1586 / 744 | Длительность: 08:16:00
Лекция 2:

Прикладные аспекты практической реализации беспроводных узлов

< Лекция 1 || Лекция 2: 12345 || Лекция 3 >

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.
Способы подключения антенн к беспроводным модулям

увеличить изображение
Рис. 2.6. Способы подключения антенн к беспроводным модулям

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

Таблица 2.1. Ненаправленные антенны с одной точкой подключения
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
Таблица 2.2. Дифференциальные антенны
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
Таблица 2.3. Направленные антенны
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

Таблица 2.4. Печатные 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.

Документационное обеспечение TI при выборе антенны

Рис. 2.7. Документационное обеспечение TI при выборе антенны

Примеры реализации печатных антенн по исходным чертежам фирм производителей представлены на Рис. 2.8-2.10.

Петлевая антенна для приемопередатчиков 2.4 ГГц от Texas Instruments

Рис. 2.8. Петлевая антенна для приемопередатчиков 2.4 ГГц от Texas Instruments
Дифференциальная антенна для приемопередатчиков серий AT86** фирмы Atmel (2.4 ГГц)

Рис. 2.9. Дифференциальная антенна для приемопередатчиков серий AT86** фирмы Atmel (2.4 ГГц)
Направленная дифференциальная антенна - модификация антенны, представленной выше - добавлен отражатель, что дает примерно +3 дБм к коэффициенту усиления

Рис. 2.10. Направленная дифференциальная антенна - модификация антенны, представленной выше - добавлен отражатель, что дает примерно +3 дБм к коэффициенту усиления
< Лекция 1 || Лекция 2: 12345 || Лекция 3 >