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如何使用多頻段嵌入式天線節(jié)省物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的空間、復(fù)雜性和成本

1774070 2022-11-24 | pdf | 287.34KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

天線設(shè)計(jì)可以成就或破壞無(wú)線產(chǎn)品。對(duì)于越來(lái)越多樣化的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)計(jì)而言，挑戰(zhàn)甚至更大，在這些設(shè)計(jì)中，法規(guī)限制分配頻段中的傳輸功率，即使工程師努力最大限度地提高吞吐量和范圍。天線設(shè)計(jì)可以成就或破壞無(wú)線產(chǎn)品。對(duì)于越來(lái)越多樣化的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)計(jì)而言，挑戰(zhàn)甚至更大，在這些設(shè)計(jì)中，法規(guī)限制分配頻段中的傳輸功率，即使工程師努力最大限度地提高吞吐量和范圍。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)指南建議帶狀天線的長(zhǎng)度是它打算接收的信號(hào)波長(zhǎng)的一半。對(duì)于偶極天線，對(duì)于 2.4 千兆赫 (GHz) 頻帶，這相當(dāng)于 6.25 厘米 (cm)。但對(duì)于無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，此設(shè)計(jì)建議提出了兩大挑戰(zhàn)。首先，空間通常非常寶貴，因此很難容納相對(duì)較長(zhǎng)的天線。其次，IoT 產(chǎn)品通常會(huì)訪問(wèn)多個(gè)無(wú)線電頻率以連接到低功耗藍(lán)牙（Bluetooth LE）、Wi-Fi、GPS 和/或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。這意味著必須容納多個(gè)天線，每個(gè)天線都需要自己的阻抗匹配電路，這會(huì)增加設(shè)計(jì)的成本、復(fù)雜性和體積。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)指南建議帶狀天線的長(zhǎng)度是它打算接收的信號(hào)波長(zhǎng)的一半。對(duì)于偶極天線，對(duì)于 2.4 千兆赫 (GHz) 頻帶，這相當(dāng)于 6.25 厘米 (cm)。但對(duì)于無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，此設(shè)計(jì)建議提出了兩大挑戰(zhàn)。首先，空間通常非常寶貴，因此很難容納相對(duì)較長(zhǎng)的天線。其次，IoT 產(chǎn)品通常會(huì)訪問(wèn)多個(gè)無(wú)線電頻率以連接到低功耗藍(lán)牙（Bluetooth LE）、Wi-Fi、GPS 和/或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。這意味著必須容納多個(gè)天線，每個(gè)天線都需要自己的阻抗匹配電路，這會(huì)增加設(shè)計(jì)的成本、復(fù)雜性和體積。嵌入式天線為多頻段物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的空間和成本限制提供了解決方案。這些單片天線具有緊湊的尺寸，可以處理多種不同的頻率，同時(shí)提供良好的性能。然而，需要權(quán)衡取舍：在同類(lèi)應(yīng)用中，多頻段嵌入式天線的性能將不及單頻段條形天線。這使得設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵守關(guān)鍵設(shè)計(jì)指南以最大限度地提高嵌入式天線在所有工作頻率上的效率變得更加重要。嵌入式天線為多頻段物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的空間和成本限制提供了解決方案。這些單片天線具有緊湊的尺寸，可以處理多種不同的頻率，同時(shí)提供良好的性能。然而，需要權(quán)衡取舍：在同類(lèi)應(yīng)用中，多頻段嵌入式天線的性能將不及單頻段條形天線。這使得設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵守關(guān)鍵設(shè)計(jì)指南以最大限度地提高嵌入式天線在所有工作頻率上的效率變得更加重要。這些指南不僅限于天線選擇和定位；嵌入式組件只是“天線系統(tǒng)”的一部分。要構(gòu)建高效系統(tǒng)，天線必須與合適的印刷電路板（PC 板）接地平面和阻抗匹配電路仔細(xì)配對(duì)，以?xún)?yōu)化性能。系統(tǒng)每個(gè)部分的設(shè)計(jì)都會(huì)顯著影響整個(gè)天線系統(tǒng)的效率，而阻抗匹配電路的設(shè)計(jì)對(duì)于多頻段嵌入式天線來(lái)說(shuō)尤其具有挑戰(zhàn)性。這些指南不僅限于天線選擇和定位；嵌入式組件只是“天線系統(tǒng)”的一部分。要構(gòu)建高效系統(tǒng)，天線必須與合適的印刷電路板（PC 板）接地平面和阻抗匹配電路仔細(xì)配對(duì)，以?xún)?yōu)化性能。系統(tǒng)每個(gè)部分的設(shè)計(jì)都會(huì)顯著影響整個(gè)天線系統(tǒng)的效率，而阻抗匹配電路的設(shè)計(jì)對(duì)于多頻段嵌入式天線來(lái)說(shuō)尤其具有挑戰(zhàn)性。本文簡(jiǎn)要介紹了天線以及無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)。然后介紹了多頻段嵌入式天線，并解釋了如何設(shè)計(jì)它們并確保它們與地平面和阻抗匹配電路相匹配以?xún)?yōu)化性能。本文簡(jiǎn)要介紹了天線以及無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)。然后介紹了多頻段嵌入式天線，并解釋了如何設(shè)計(jì)它們并確保它們與地平面和阻抗匹配電路相匹配以?xún)?yōu)化性能。天線基礎(chǔ)知識(shí)天線基礎(chǔ)知識(shí)天線轉(zhuǎn)換電壓和電流以產(chǎn)生發(fā)射的 RF 信號(hào)，然后在接收器處將輸入的 RF 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓和電流。優(yōu)化天線的效率可確保將盡可能多的發(fā)射器功率轉(zhuǎn)換為輻射無(wú)線電能量，并從輸入信號(hào)中收集盡可能多的能量以饋入接收器。它執(zhí)行這些角色的效率在很大程度上決定了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的范圍和吞吐量。天線轉(zhuǎn)換電壓和電流以產(chǎn)生發(fā)射的 RF 信號(hào)，然后在接收器處將輸入的 RF 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓和電流。優(yōu)化天線的效率可確保將盡可能多的發(fā)射器功率轉(zhuǎn)換為輻射無(wú)線電能量，并從輸入信號(hào)中收集盡可能多的能量以饋入接收器。它執(zhí)行這些角色的效率在很大程度上決定了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的范圍和吞吐量。天線效率（通常以分貝 (dB) 為單位測(cè)量）由多個(gè)因素決定，但一個(gè)關(guān)鍵因素是阻抗。天線的阻抗（與其輸入端的電壓和電流有關(guān)）與驅(qū)動(dòng)天線的電壓源的阻抗之間的顯著失配會(huì)導(dǎo)致天線效率低下。提高功效的關(guān)鍵是使兩個(gè)阻抗相等。