Прикладные аспекты практической реализации беспроводных узлов
Антенна самим - это просто
Имея некоторые представления о процессах распространения радиоволн или просто некоторую практику радиолюбителя вполне можно получить вполне приемлемые антенны для беспроводных узлов самостоятельно. Особенно это касается проволочных антенн или простых печатных антенн.
Достаточно неплохим инструментом, позволяющим оценить параметры антенн, а также моделировать антенны с целью подбора и оптимизации их характеристик является свободно распространяемый продукт - MMANA [8].
Ниже рассмотрены некоторые примеры простых антенн, а также результаты моделирования диаграммы их направленности в свободном пространстве.
Четвертьволновой диполь (Рис. 2.11, Рис. 2.12) - классическое решение для дифференциальной антенны, отличающееся возможностью аналитического расчета, простотой изготовления и достаточно высокой повторяемостью параметров.
увеличить изображение
Рис. 2.11. Диаграмма направленности четвертьволнового диполя, в плоскости XY и трехмерный вид
Возможны также модификации, позволяющие несколько сократить габаритные размеры антенны при незначительном изменении эксплуатационных характеристик (Рис. 2.13-2.15).
U-образный диполь - данная антенна интересна тем, что имеет практически изотропную диаграмму направленности в свободном пространстве. Для конфигурации, представленной на рисунке волновое сопротивление антенны не оптимально для подключения напрямую к дифференциальным выводам приемопередатчиков. Лучшим вариантом () является U-образный диполь с ближе расположенными плечами, длины, несколько большей, чем 0.25
.
Рис. 2.13. Диаграмма направленности четвертьволнового U-образного диполя, в плоскости XY и трехмерный вид
Рис. 2.15. Диаграмма направленности дифференциальной спиральной антенны, в плоскости XY и трехмерный вид
Рекомендации по топологии печатной платы
При создании печатной платы для беспроводного узла принято следовать определенным рекомендациям, позволяющим создать хорошее решение без проведения большой вычислительной работы по моделированию поведения платы в условиях высокочастотных сигналов [5].
Необходимо стремиться к снижению индуктивности переходов и межслойных соединений - обычно это сводится к увеличению размеров переходных отверстий или созданий большого количества параллельных рядом лежащих переходов.
Размеры земли верхнего слоя должны быть как можно больше, это е касается и нижнего слоя. Количество возвратных линий токов для цифровых линий и для линий радиосигналов должно быть одинаковым, что бы снизить влияние импульсных токов цифровой части схемы на аналоговую радиочасть. Более предпочтительными являются более компактные линии с радиосигналами и более компактное их расположение, но при сохранении достаточной степени электромагнитной изоляции между ними.
Слой медного покрытия сохраняется для использования в качестве нулевого (земли), следует избегать разрывов в слоях заземления (в ряде случаев они могут работать, как щелевые антенны). Соединения до источников питания минимизируются. Предпочтительнее использовать компоненты поверхностного монтажа типа SMT 402, поскольку они имеют меньшую паразитную емкость и более высокие резонансные частоты. Предпочтительнее использовать независимые линии отрицательного питания (общего провода) для всех компонент устройства (особенно для радиочасти и цифровых микросхем), при этом надо избегать образования петель. Для повышения частоты собственного резонанса схемы (в идеале выше, чем основная частота сигналов). Сигнальные линии и расстояния между компонентами должны быть больше, чем 0,012 дюйма (), а размеры переходных отверстий более 0,0145 дюйма при расстоянии между ними более, чем 5,2 от их диаметра.
Длина линии схемы, по возможности, должна быть менее 1/4 длины волны. Геометрия линий не должна содержать прямых узлов и острых изгибов.
При самостоятельной разработке узлов рекомендуется следовать типовой конфигурации печатной платы (приводимой в специализированных руководствах или в документации на микросхемы), особенно в радиочасти - антенна, развязывающие конденсаторы, печатная антенна, обвязка частотных генераторов.
Следует отметить, что для всех своих продуктов производители чаще всего предоставляет типовые рекомендованные топологии разводки печатных плат, вплоть до исходных файлов разводки. Это существенно упрощает и ускоряет процесс разработки собственного решения и освоения нового продукта.