طراحی آنتن برای برنامه های کاربردی تعریف نشده و استاندارد نشده استکه در

برنج. 3.14. ابعاد آنتن

9 0 5 . ضریب جهت دهی (DAC) آنتن، که به عنوان نسبت توان تابش شده در جهت حداکثر الگو، به مقدار چگالی شار توان به طور متوسط ​​در تمام جهات تعریف می شود، به نوع الگوی تابش بستگی دارد.

بهره آنتن به طور منحصر به فردی با ضریب جهت گیری مرتبط است که به عنوان حاصلضرب ضریب هدایت و بازده آنتن تعریف می شود. به طور معمول، بهره در دسی بل نسبت به بهره آنتن همسانگرد (dBi) اندازه گیری می شود. آنتن ایزوتروپیک آنتنی است که تابش یکسانی را در همه جهات ارائه می کند.

یکی دیگر از شاخص های مهم آنتن ها، نوع پلاریزاسیون است. قطبش خطی (افقی و عمودی) و بیضوی است، در یک مورد خاص دایره ای است. در شبکه های ارتباطی بلوتوث، آنتن های همه جهته در سطح افقی با بهره (0-5) dBi کاربرد پیدا می کنند.

لازم به ذکر است که برای آنتن ها، اصل متقابل اعمال می شود که بر اساس آن می توان از همان آنتن هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گیرنده استفاده کرد.

در کاربردهای بلوتوث، آنتن‌های میکرواستریپ و چاپی که یک رسانای فلزی به هر شکلی هستند و در بالای یک بستر زمین قرار دارند، می‌توانند به طور گسترده استفاده شوند. چنین آنتنی را می توان با موفقیت ترکیب کرد تخته مدار چاپی، که مراحل مایکروویو فرستنده گیرنده روی آن قرار دارد. فرستنده و گیرنده در نقطه خاصی به آنتن متصل می شود. در این مرحله سیگنال به گیرنده هدایت می شود و برق از فرستنده تامین می شود.

برخی از برنامه های بلوتوث ممکن است از آنتن های جهت دار استفاده کنند. در زیر آمده است توضیحات کوتاهو مشخصات آنتن برای سیستم های بلوتوث از برخی از شرکت های تولیدی.

آنتن های شرکتRangeStar

P/N100903

آنتن پلاریزه عمودیبلوتوث (TM)/802.11b

جدول 3.11.
محدوده فرکانس	2400-2483 مگاهرتز
حداکثر سود
قطبی شدن	خطی
عرضالگوهای تشعشعی	همه جانبه
برق سوئیچ شده
امپدانس نقطه تغذیه
ابعاد	22.0 x 12.7 x 0.8 میلی‌متر

برنج. 3.13.نمای خارجی آنتن 100903

آنتن 100903 یک آنتن پلاریزه عمودی با محدوده فرکانس کاری 2400-2483 مگاهرتز است. این برای ادغام با نقاط دسترسی، دستگاه های نصب شده روی میز و دیوار، تلفن های همراه، کارت های رایانه شخصی، PDA و سایر برنامه های بلوتوث مناسب است. این یک آنتن قابل اعتماد، ساده و بدون تنظیم است. ظاهر آنتن، طراحی و الگوی تشعشع در شکل نشان داده شده است. 3.13، 3.14 و 3.15 به ترتیب. مشخصات اصلی در جدول 3.11 نشان داده شده است.

برنج. 3.15.

آنتنبلوتوث (TM)/802.11b- P/N100930

100930 یک آنتن داخلی برای سیستم های بلوتوث و 802.1 پوند با محدوده فرکانس کاری 2400-2483 مگاهرتز است. می توان آن را ادغام کرد نقاط دسترسی، دستگاه های نصب شده روی میز و دیوار، کارت های رایانه شخصی و سایر دستگاه های بلوتوث. ظاهر آنتن، طرح و الگوهای تابش در شکل 3.1673.19 نشان داده شده است. مشخصات اصلی در جدول 3.12 خلاصه شده است.

[با. 3.16. نمای خارجی آنتن 100930

آنتن های شرکتKOSANT

KOSANT آنتن های میکرواستریپ مینیاتوری برای بلوتوث تولید می کند. انواع اصلی آنتن ها و ویژگی های آنها در جدول 3.13 آورده شده است.

جدول 3.13. انواع و ویژگی های اصلی آنتن های KOSANT

برنج. 3.17.الگوی جهت در صفحه ارتفاع

برنج. 3.18.الگوی تابش در صفحه ازیموتال

فرکانسمحدوده (MHz)	2400-2500
افزایش (dBi)
قطبی شدن	خطی	خطی	خطی	خطی	خطی	خطی	خطی	خطی
امپدانس (P)

مثال ظاهرو الگوهای تشعشع برای این آنتن ها در شکل نشان داده شده است. 3.20 -5- 3.22.

برنج. 3.20.ظاهر آنتن

برنج. 3.19.ابعاد آنتن

نه 3.21. الگوی تابش در صفحه ازیموتال

برنج. 3.22. الگوی جهت در صفحه ارتفاع

توجه داشته باشید که فرستنده و گیرنده این آنتن ها را روی یک محافظ زمینی نصب کرده است.

3.8. اشکال زدایی و کمک های توسعه برای محصولات مبتنی بر بلوتوث

برای ساده سازی درک فناوری، توسعه و اشکال زدایی محصولات مبتنی بر آن، اریکسون چندین ابزار ویژه را ارائه می دهد که هر یک از آنها بر روی طیف خاصی از کاربران، توسعه دهندگان و یکپارچه سازان متمرکز شده اند. این ابزارها به کاهش هزینه، ساده‌سازی و سرعت بخشیدن به توسعه دستگاه‌های بلوتوث کمک می‌کنند.

کیت شروع -کیت شروع بلوتوث

طراحی مجموعه در شکل 3.23 نشان داده شده است.

برنج. 3.23. کیت شروع بلوتوث

شرح

کیت شروع بلوتوث یک محیط توسعه کم هزینه و کاملا کاربردی را برای برنامه های صوتی و داده ای فراهم می کند.

بر اساس ماژول بلوتوث اریکسون میکروالکترونیکس. این کیت به توسعه دهندگان فناوری بی سیم بلوتوث اجازه می دهد تا برنامه های کاربردی بلوتوث بسازند و در زمان توسعه و کاهش هزینه ها صرفه جویی کنند.

کیت شروع یک محیط طراحی انعطاف پذیر برای مهندسان فراهم می کند تا با این فناوری آشنا شوند و کار توسعه را آغاز کنند. این ویژگی های کلیدی فناوری بی سیم بلوتوث را نشان می دهد و به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا برنامه های یکپارچه ای برای محصولات تخته نان ایجاد کنند.

مجموعه شامل مادربردبا اتصالات و مدارهای برق منطبق، و همچنین یک برد دختر با یک ماژول بلوتوث کامل که روی برد قرار دارد. با استفاده از این مجموعه می توانید تمامی امکاناتی را که برای پیاده سازی نیاز دارید به دست آورید فناوری بی سیمبلوتوث.

این کیت برای توسعه برنامه های کاربردی مبتنی بر دستگاه میزبان استفاده می شود و همچنین نرم افزار اصلی بلوتوث، از جمله رابط های برنامه نویسی برنامه مربوطه (Application Programming Interface - API) را ارائه می دهد.

کیت توسعه -کیت توسعه ™ Bluetooth

طراحی تابلو در شکل نشان داده شده است. 3.24.

برنج. 3.24. کیت توسعه بلوتوث

شرح

مورد تایید ویژه گروه کاریبلوتوث به عنوان یک واحد آبی، کیت توسعه بلوتوث اریکسون میکروالکترونیکس هزینه توسعه برنامه های بلوتوث را ساده، سرعت بخشیده و کاهش می دهد.

این یک محیط توسعه کامل و انعطاف پذیر را فراهم می کند که در آن مهندسان می توانند یک استاندارد بی سیم باز را در طیف وسیعی از دستگاه های دیجیتال ادغام کنند. این مجموعه با فراهم کردن دسترسی به تمام رابط های سخت افزاری، برای توسعه برنامه های کاربردی تعبیه شده و مستقل استفاده می شود. این مجموعه شامل قابلیت‌های اشکال‌زدایی نرم‌افزاری و سخت‌افزاری است تا فرآیند طراحی را تا حد امکان سریع و آسان کند.

طراحی شده برای پاسخگویی به نیازهای توسعه دهندگان و کاربران جدید بلوتوث، معماری توسعه پذیر ویژگی های کلیدی این فناوری را نشان می دهد. این به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا تابلوهای برنامه را برای نمونه سازی محصولات ایجاد کنند و توسعه یک برنامه کامل را تسریع بخشند.

کیت ارتقابلوتوث - کیت ارتقاء بلوتوث

طراحی محصول در شکل نشان داده شده است. 3.25.

برنج. 3.26. کیت ابزار آموزشی و برنامه بلوتوث

برنج. 3.25. کیت ارتقاء بلوتوث

شرح

کیت ارتقاء به دارندگان کیت توسعه بلوتوث اجازه می دهد تا کیت توسعه بلوتوث خود را ارتقا دهند عملکرد. بسته به نیاز شما چندین کیت ارتقاء مختلف در دسترس است.

نسخهR1A

نسخه ارتقاء کیت R1A ارتباط چند نقطه ای (چند نقطه ای) را فراهم می کند. یک شبکه سازمان‌یافته از حداکثر هفت دستگاه برده و همچنین سوئیچینگ اصلی / برده پشتیبانی می‌کند. این نسخه از پروتکل های OBEX و TCS پشتیبانی می کند.

نسخهR3B

کیت ارتقا R3B برای آزمایش واحد آبی مورد نیاز است. این مجموعه با مشخصات بلوتوث v.l.Ob مطابقت دارد. و می توان از آن برای تست واحد آبی با توجه به مشخصات بلوتوث نسخه 1.1 استفاده کرد.

این نسخه از پروتکل های OBEX و TCS پشتیبانی می کند.

جعبه ابزار برای کاربرد و یادگیری -برنامه بلوتوث وکیت ابزار آموزشی

طراحی محصول در شکل نشان داده شده است. 3.26.

شرح

کیت ابزار آموزشی و کاربردی بلوتوث برای مدارس و دانشگاه ها طراحی شده است و ابزاری کم هزینه و راحت برای تمرین های عملیهنگام یادگیری فناوری بی سیم بلوتوث این توسط Ericsson Microelectronics توسعه یافته است و به دانشجویان دانشگاه اجازه می دهد تا هم به صورت نظری و هم عملی سیستم ارتباط رادیویی برد کوتاه بلوتوث را مطالعه کنند.

برنج. 3.27. اتصال ماژول به رایانه با استفاده از اتصال USB

سخت افزار متشکل از یک ماژول است که می تواند به راحتی با استفاده از اتصال USB به کامپیوتر متصل شود (شکل 3.27)، که تضمین می کند از سرعت انتقال کامل داده استفاده می شود. یک رابط برنامه نویسی برنامه (API) به خوبی تعریف شده دسترسی به لایه های مختلف پشته پروتکل را فراهم می کند.

3.9. حالت های ذخیره انرژی برای دستگاه های بلوتوث

نقاط دسترسی مبتنی بر فناوری بلوتوث، نسل‌های جدید دستگاه‌های تلفن همراه را قادر می‌سازد تا حجم زیادی از صدا و داده را منتقل کنند. به طور معمول، برنامه‌های صوتی بلوتوث روی بسته‌های باتری کوچک اجرا می‌شوند. در عین حال، سیستم های انتقال داده می توانند از منابع شبکه کار کنند. در حالت اول، حالت اقتصادی کار بسیار مرتبط است. یک راه موثر برای صرفه جویی در مصرف برق، کاهش مدت زمان فعال بودن فرستنده گیرنده بلوتوث است. مشخصات باند پایه بلوتوث سه راه اصلی را برای عملکرد در حالت اقتصادی ارائه می دهد:

1. اگر دستگاه Slave نیازی به شرکت در piconet ندارد، اما همچنان نیاز به همگام سازی دارد، می توان آن را در حالت "PARKING" (پارک) قرار داد. این حالت برای دستگاه های برده ای مناسب است که هر از گاهی نیاز به برقراری ارتباط با استاد دارند. دستگاه ها در این

حالت، می تواند با ارسال سیگنال پریود بیکن (بیکن) که توسط استاد ارسال می شود، درخواست خروج از حالت پارک از Master را بدهد. فواصل بین سیگنال های بیکن می تواند چندین ثانیه باشد.

حالت Sniff برای دستگاه هایی مناسب است که نیاز به برقراری ارتباط دوره ای با استاد با فرکانس از پیش تعیین شده دارند. در این حالت، هیچ تضمینی وجود ندارد که دستگاه ها در هر درخواست دوره ای سرویس شوند. حالت Sniff با کاهش ترافیک درخواستی باعث صرفه جویی در مصرف باتری می شود. فواصل اسنیف می تواند تا چند ثانیه طول بکشد.

حالت "PAUSE" (Hold) زمانی مناسب است که دستگاه گاهی اوقات ترافیک تماس را متوقف کند. دستگاه می‌تواند برای یک دوره از پیش تعیین‌شده وارد حالت Hold شود تا کار دیگری را پردازش کند، مانند شرکت در یک پیکونت دیگر، زمانی که نیازی به انتقال چیزی برای مدت زمان معینی نیست، به طور طبیعی در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود.

علاوه بر این، اگر استاد با دستگاه های شناخته شده (پیش از این کشف شده) ارتباط برقرار کند، هنگام برقراری ارتباط، می توانید از روند درخواست صرفنظر کنید. اگر در همان زمان دستگاه برده در حالت "انتظار تماس" (Page Scan) باشد، زمان انتظار تماس تنها چند ده میلی ثانیه خواهد بود. این امر به ویژه در صورتی مهم است که دستگاه اصلی با باتری کار کند و دستگاه slave که دائماً در انتظار تماس است، از برق تغذیه می‌کند. در این صورت مصرف برق دستگاه کاهش می یابد.

به منظور انتخاب حالت باند پایه اقتصادی صحیح، طراح سخت افزار باید پهنای باند، زمان پاسخ (یا تأخیر) و توان مورد نیاز هر برنامه خاص را در نظر بگیرد. هر چه دستگاه بیشتر بیکار بماند، صرفه جویی در مصرف برق بیشتر می شود. یکی از عوامل محدود کننده ای که تعیین می کند یک دستگاه چقدر نیاز به برقراری ارتباط دارد، شرایط همگام سازی ساعت بین دستگاه های master و slave شرکت کننده در piconet است. مشخصات بلوتوث مستلزم آن است که دستگاهی که در حالت عادی در یک پیکونت کار می کند (که در هر زمان در این حالت می توان به آن دسترسی داشت) با ساعتی کار کند که پایداری 20 pps را فراهم می کند. برای حفظ همگام سازی piconet، استاد باید حداقل هر 225 میلی ثانیه پیام های همگام سازی را ارائه دهد. این حداکثر مدت زمان بین روشن شدن در حالت عادی را مشخص می کند.

استفاده از حالت های عملیاتی صرفه جویی در مصرف انرژی نه تنها مصرف برق دستگاه های بلوتوث را کاهش می دهد، بلکه با کاهش تداخل سایر دستگاه های بی سیم، قابلیت اطمینان پیکونت را نیز افزایش می دهد. هر پیکونت بلوتوث از 79 کانال فرکانس استفاده می کند. برخورد بین پیکنت های مختلف یا بین پیکنت های بلوتوث و سایر دستگاه های بی سیمی که در همان ناحیه فرکانس کار می کنند با غیرفعال نگه داشتن دستگاه های بلوتوث در بیشتر مواقع کاهش می یابد. هنگام استفاده از حالت های ذخیره انرژی بنابراین، در این مورد، دو منبع مهم ذخیره می شود - باند فرکانس و انرژی منبع تغذیه.

دستگاه های بی سیم بسیار راحت هستند - دیگر لازم نیست نگران سیم ها باشید، اما باید به وضوح درک کنید که ارتباطات "از طریق هوا" محدودیت های خاص خود را در شعاع دارد. علاوه بر این، به عنوان مثال، آداپتور بلوتوثی که برای رایانه خود خریداری می‌کنید، ارزان‌تر باشد، کمتر می‌توانید از آن فاصله بگیرید تا یک اتصال پایدار داشته باشید. البته برخی از دستگاه های گران قیمت همیشه تسلیم نمی شوند نتایج خوب. امروز در مورد چگونگی تقویت سیگنال بلوتوث و میزان واقعی بودن آن صحبت خواهیم کرد.

اطلاعات کلی

این مقاله روش هایی را شرح می دهد که شامل جدا کردن آداپتور، جایگزینی قطعات آن یا تغییر آن با لحیم کاری است که ممکن است برای همه مناسب نباشد. اگر اهل الکترونیک نیستید، با آهن لحیم کاری خیلی زیرک نیستید، یا دستگاه شما تحت گارانتی است، لطفا از این روش ها اجتناب کنید.

تکمیل کننده آداپتور

ساده ترین، اما نه موثرترین راه برای افزایش سرعت بلوتوث را می توان افزودن یک آداپتور با یک بازتابنده در نظر گرفت که سیگنال را به جای اینکه انتشار آن را تا 360 درجه تقویت کند، در جهت خاصی هدایت می کند.

می توانید سعی کنید چنین بازتابنده ای را از یک قوطی آبجو با بریدن قسمت بالایی آن و ایجاد چند برش دیگر از بالا به پایین و سپس از آن کمی به طرفین بسازید، گویی که قسمت پایین قوطی را کمی جدا کنید. .

آداپتور بلوتوث با هر چیزی که دوست دارید در مرکز نصب می شود و با یک آداپتور USB به کامپیوتر متصل می شود.

چیزی مشابه را می توان از مقوا با فویل چسبانده شده به آن ساخت.

گزینه دیگری که ممکن است کارساز باشد این است که فقط قسمت بالای شیشه را برش دهید، سپس یک شکاف برای کیس نزدیکتر به پایین شیشه ایجاد کنید و آداپتور را با سمتی که آنتن روی آن قرار دارد وارد کنید. سپس دوباره آن را با روشی مناسب برای شما تعمیر می کنیم و آن را از طریق یک سیم کشی وصل می کنیم.

اصلاحات

و اکنون در مورد روش هایی صحبت خواهیم کرد که شامل اصلاح فیزیکی خود آداپتور می شود. در موارد ارزان تر، بعید است که یک آنتن خارجی پیدا کنید، که در واقع مشکل آنهاست.

در صورت امکان، کیس را باز می کنیم و به دنبال آنتن SMD می گردیم که به برد لحیم شده است - باید آن را با دقت زیاد و بدون گرم شدن بیش از حد قطعه، از حالت لحیم خارج کنید.

سپس کانکتور SMA را به جای آنتن لحیم می کنیم، قبل از آن همه چیز اضافی را حذف می کنیم: قسمتی را که آنتن پیچ شده است را لمس نمی کنیم، اما در انتهای دیگر لبه را قطع می کنیم، صفحه و هسته ها را جدا می کنیم. آنها را نوار، قلع و لحیم کنید.

اگر در مورد محل دقیق لحیم کاری شک دارید، بهتر است با انجمن های رادیویی آماتور تماس بگیرید.

اکنون به چیزی که دریافت کرده‌ایم وصل می‌شویم، آنتنی که می‌توان با خیال راحت از Wi-Fi قدیمی آن را پیچاند.

اگر قبلاً دستگاه گران‌تری با آنتن خارجی دارید، اما هنوز از سیگنال ناراضی هستید، آنتن Hyper gain می‌تواند وضعیت را نجات دهد - آن را بخرید، آداپتور را برای اتصال قطع کنید و صفحه را با هسته به اشتراک بگذارید.

در حال حاضر اغلب آنها تلفن های هوشمند، تلفن ها یا ارتباطات داخلی را منتشر می کنند آداپتور وای فای. و برد وای فای حدود صد متر است اما گوشی هایی که مجهز به بلوتوث هستند فقط در فاصله ده متری فایل ها را ارسال و دریافت می کنند. اگر USB-blutooth برای رایانه خود و همچنین یک تلفن با بلوتوث دارید، اما دوست دارید دامنه دریافت را افزایش دهید. همه اینها کاملاً ممکن است، اما USB-Bluetooth باید بهبود یابد.

خوب، بیایید شروع کنیم. ما آداپتور بلوتوث را برای رایانه جدا می کنیم، پس از آن باید کیس بلوتوث را اشکال زدایی کنید و برد آداپتور را با دقت بررسی کنید.

در تمامی مدل های آداپتور در انتهای برد یک کنتاکت مسی شبیه مارپیچ وجود دارد، در عکس شماره 1 است.این مارپیچ آنتن بلوتوثی است و یک آنتن خانگی اضافه به آن لحیم می شود.

به سیم مسی تک هسته ای با قطر 0.4 تا 0.8 میلی متر نیاز داریم. سیم با عایق لاک پوشانده شده است و نیازی به خلاص شدن کامل از شر آن ندارید. سیم را همانطور که در عکس نشان داده شده می پیچیم، سپس نوک سیم مسی را با رزین و سپس با قلع پردازش می کنیم. همین روش باید با یک مارپیچ مسی در بلوتوث انجام شود، برد آداپتور را بیش از حد گرم نکنید، تمام کارها را با دقت انجام دهید.

سپس، باید در محل خروجی آنتن خانگی، سوراخی برای آداپتور بلوتوث ایجاد کنید. حالا با احتیاط تخته را در کیس ببندید. بنابراین بلوتوث ارتقا یافته آماده است که باعث افزایش 4 برابری محدوده دریافت می شود.

برای افزایش بیشتر دامنه دریافت، می توانید یک سیم به اندازه کافی بلند که با عایق پوشانده می شود بردارید، باید نوک آن را جدا کرده و به آنتن وصل کنید، نوک دوم را می توان به میخک کوچکی که به دیوار کشیده شده است وصل کرد.

سیستم های آنتن مسطح بلوتوث تلفن های همراه

V. Kalinichev، A. Kurushin، V. Nedera

سیستم های آنتن مسطح بلوتوث در تلفن های همراه

مسائل استفاده از آنتن های میکرواستریپ مسطح در سیستم ارتباط محلی بی سیم بلوتوث در نظر گرفته شده است. طرح ها و روش های تجزیه و تحلیل آنتن سرامیکی مسطح با در نظر گرفتن تلفات در سرامیک ها در نظر گرفته شده است. برای تحلیل عددی آنتن در کیس از برنامه HFSS استفاده شد. برای خاص گوشیمحاسبات انجام شد: توزیع جریان بر روی سطح یک فلز، پوشش بالایی با دی الکتریک، قاب گوشی، الگوهای تشعشع برای جهت گیری های مختلف تلفن همراه. مروری بر آنتن های بلوتوث سریال و همچنین توصیه هایی برای نصب این آنتن ها در محفظه ارائه شده است.

مقدمه

افزایش سرعت تبادل اطلاعات به توسعه کمک کرد سیستم های بی سیمارتباطات در سطح "خانه". رایانه‌های شخصی و لپ‌تاپ، تلفن‌های همراه، پخش‌کننده‌های CD و MP3، دوربین‌های دیجیتال و دوربین‌های ویدیویی و مجموعه‌ای از دستگاه‌های دیجیتال دیگر (شکل 1) که اغلب به یکدیگر وصل می‌شوند. کامپیوترهای رومیزی، مشکل اتصال آنها را ایجاد کرد.

شکل 1. سیستم ارتباطی کوتاه برد با استفاده از فناوری بی سیم بلوتوث

کابل ناخوشایند شده است - شما باید اغلب متصل شوید، ابعاد خود کابل با اتصالات تقریبا بزرگتر از خود دستگاه است و غیره. در برابر این پس زمینه، ارتباط فناوری های محلی بی سیم WLAN (شبکه محلی بی سیم) به شدت افزایش یافته است و اتصال بدون تماس دستگاه را به دیسک رایانه میزبان فراهم می کند.

در نتیجه، سیستمی پیشنهاد شد و به سرعت شروع به توسعه کرد. ارتباطات بی سیمبلوتوث (شکل 1). در طیف فرکانس رادیویی دارای 79 کانال در باند 37 مگاهرتز (هر کدام تقریباً 2 مگاهرتز) در باند 2.4465-2.4835 گیگاهرتز است.

ذات استاندارد بلوتوثدر تجهیزات لوازم برقیفرستنده های گیرنده با فرکانس 2.45 گیگاهرتز، با برد تا 10 متر و سرعت انتقال اطلاعات تا 1 مگابیت بر ثانیه کار می کنند. امکانات استفاده از این دستگاه ها واقعا بی پایان است. هدفون بی سیم، موس، صفحه کلید، اتصال تلفن های همراهو لپ تاپ ها، تبادل اطلاعات بین رایانه های جیبی - فقط لیست نکنید.

سیستم بلوتوث در باند مجاز 2.45 گیگاهرتز (ISM - باند صنعت، علم، پزشکی) کار می کند که به شما امکان می دهد آزادانه از دستگاه های بلوتوث در سراسر جهان استفاده کنید. این فناوری از پرش فرکانس (1600 جهش در ثانیه) با طیف گسترده استفاده می کند. در حین کار، فرستنده طبق یک الگوریتم شبه تصادفی از یک فرکانس کاری به فرکانس دیگر می پرد. برای جداسازی کانال های دریافت و ارسال از تقسیم زمانی استفاده می شود (شکل 2). انتقال داده های همزمان و ناهمزمان پشتیبانی می شود و ادغام با TCP/IP ارائه می شود. شکاف‌های زمانی برای انتقال بسته‌ها همگام‌سازی می‌شوند، که هر کدام از آنها بر روی فرکانس رادیویی خود ارسال می‌شوند.

شکل 2 ارتباط متناوب بین ابزار A و B

مصرف برق دستگاه های بلوتوث باید در محدوده 0.1 وات باشد. هر دستگاه دارای یک آدرس شبکه 48 بیتی منحصر به فرد است که با استاندارد سازگار است شبکه های محلی IEEE 802.

اصل اساسی ساخت سیستم‌های بلوتوث استفاده از گسترش طیف پرش فرکانس (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum) است. کل محدوده فرکانس 2.402 ... 2.480 گیگاهرتز اختصاص داده شده برای ارتباط رادیویی بلوتوث به کانال های فرکانس N تقسیم می شود. پهنای باند هر کانال 1 مگاهرتز، فاصله کانال 140 … 175 کیلوهرتز است. کلید شیفت فرکانس برای رمزگذاری اطلاعات بسته استفاده می شود.

برای ایالات متحده آمریکا و اروپا، N = 79. استثناها اسپانیا و فرانسه هستند، جایی که 23 کانال فرکانس برای بلوتوث استفاده می شود. کانال ها طبق قانون شبه تصادفی با فرکانس 1600 هرتز تغییر می کنند. تداخل فرکانس ثابت به رابط هوای بلوتوث اجازه می دهد تا اطلاعات را در کل باند ISM پخش کند و از تداخل دستگاه هایی که در همان باند کار می کنند جلوگیری کند. اگر یک این کانالنویز دارد، سپس سیستم به دیگری سوئیچ می کند و این کار تا زمانی که کانالی عاری از تداخل پیدا شود ادامه می یابد.

سادگی ساختار کمک زیادی به شروع سریع سیستم بلوتوث کرد. این شامل یک ماژول رادیویی-گیرنده، یک کنترل کننده ارتباطی (معروف به پردازنده) و یک دستگاه کنترل است که در واقع پروتکل های بلوتوث سطح بالایی را پیاده سازی می کند، و همچنین یک رابط با یک دستگاه ترمینال. علاوه بر این، اگر فرستنده و گیرنده و کنترل کننده ارتباطی ریزمدارهای تخصصی (یکپارچه یا هیبریدی) باشند، دستگاه های کنترل ارتباطی بر روی میکروکنترلرهای استاندارد، پردازنده های سیگنال یا پشتیبانی از عملکردهای آن پیاده سازی می شوند. واحدهای پردازش مرکزیدستگاه های ترمینال قدرتمند (به عنوان مثال، لپ تاپ).

علاوه بر این، مدارهای مجتمع مورد استفاده در سایر برنامه ها در دستگاه های بلوتوث استفاده می شوند، زیرا باند مایکروویو 2 گیگاهرتز به خوبی تسلط یافته است و در بلوتوث تعبیه شده است. راه حل های فنیبه خودی خود به خصوص بدیع نیستند. در واقع، طرح مدولاسیون گسترده است، فناوری گسترش طیف پرش فرکانس به خوبی توسعه یافته است، و قدرت کم است.

کلید موفقیت فناوری بلوتوث، فرستنده رادیویی است. قیمت پایینو توان کم ملاحظات اولیه هم در اجرای مشخصات رابط (پیوند رادیویی هوایی کوتاه) و هم در طراحی فرستنده گیرنده بود. فناوری بلوتوث با ترکیب مدار RF و مدار پردازش جریان دیجیتال بر روی یک تراشه سیلیکونی، امکان ایجاد یک فرستنده گیرنده تک تراشه را فراهم می کند.

گیرنده بلوتوث

گیرنده بلوتوث را می توان به سه بلوک کاربردی تقسیم کرد (شکل 3). واحد رادیویی شامل مبدل های بالا و پایین RF، IF باند پایه، فیلتر کانال، مدولاتور/دمودولاتور و سینت سایزر فرکانس است.

شکل 3. عناصر اساسی یک فرستنده گیرنده بلوتوث

واحد رادیویی سیگنال FM را با فرکانس 2.45 گیگاهرتز به جریان بیت و بالعکس تبدیل می کند. آنتن یک عنصر بسیار مهم در سیستم است. آنتن باید همه جهته باشد و بهره 0 dBi داشته باشد، حضور کاربر نباید بر انتشار سیگنال تأثیر بگذارد. به دلیل طول موج کوچک در 2.45 گیگاهرتز، اندازه آنتن به چند سانتی متر محدود شده است، در حال حاضر، آنتن های تخت یا PIFA بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، اما حتی طرح های کوچکتر از نوع E بر روی یک بستر سرامیکی پیشنهاد شده است. آنتن با یک فیلتر باند گذر تکمیل می شود که فرکانس 2.45 گیگاهرتز را از باند ISM جدا می کند.

برای تحقق گیرنده‌های ساده و قوی و تشخیص غیر منسجم، بلوتوث از کلید شیفت فرکانس دودویی (FM، FSK)، با یک پالس گاوسی در اطراف پرش فرکانس، با نرخ ۱ مگابیت بر ثانیه استفاده می‌کند. مساحت چنین سیگنالی BT = 0.5 است که در آن B باند است، T مدت زمان پالس است، با شاخص مدولاسیون از 0.28 تا 0.35 و مدت زمان پالس 1 میکرو ثانیه. FM نیاز به AGC را برطرف می کند، که هنگام تعویض فرکانس ها و زمانی که داده ها در فواصل زمانی نامنظم می رسند، کار دشواری است. قسمت جلویی گیرنده RF از یک مبدل پایین، یک فیلتر باند گذر کانال و یک آشکارساز فرکانس تشکیل شده است.

فیلتر کانال پهنای باند 1 مگاهرتز را اختصاص می دهد و دارای الزامات انتخابی نسبتاً بالایی است. از آنجایی که باند ISM باید با سایر سیستم های موجود در باند (که ممکن است شامل سایر سیستم های بلوتوث نیز باشد) به اشتراک گذاشته شود، باید اقداماتی برای جلوگیری از تعامل ابزار انجام شود. به طور معمول، یک گیرنده بلوتوث با تبدیل پایین ساخته می شود (یعنی زمانی که کانال تصویر در باند IF قرار می گیرد). برای جدا کردن تعدادی از سیستم های بلوتوث کار، عوامل مسدود کننده برای کانال آینهبرای کانال های اول، دوم و سوم مجاور باید 20، 30 و 40 دسی بل باشد.

با توجه به ماهیت عملکرد سیستم بلوتوث، الزامات فنی برای مدولاسیون سختگیرانه تر از حساسیت گیرنده است.

برای پوشش مسافت 10 متر با توان خروجی 0 dBm، حساسیت گیرنده P min = -70 dBm کافی است. با در نظر گرفتن سطح نویز ورودی گیرنده 114- dBm (در باند نویز 1 مگاهرتز) و نیاز در خروجی مسیر دریافت Km = 21 dB، برای اطمینان از حداکثر نرخ خطای انتقال اطلاعات BER = 0.1 درصد به دست می آوریم که رقم نویز 13 دسی بل است. این مقدار از فرمول حساسیت محاسبه می شود

P min = -174 dBm + NF + 10lgB + a + Km , (1)

که در آن -174 دسی‌بل متر توان نویز حرارتی (kTB) در باند 1 هرتز در دمای معمولی; NF - رقم نویز، دسی بل؛ ب - باند فرکانس قبل از دمدولاتور، 1 مگاهرتز. a - آستانه پاسخ، a = 3 دسی بل؛ K m - ضریب بسته به نوع مدولاسیون.

در مقایسه با رقم نویز به دست آمده تا به امروز، که بسیار کمتر از 13 دسی بل است، به نظر می رسد این مقدار نسبتاً ضعیفی باشد. با این حال، این نیاز کم امکان استفاده از قطعات ارزان قیمت را فراهم می کند و در برابر سیگنال های تداخلی (مقاطع در بستر و سیم کشی برق) محافظت می کند.

محاسبه برد دینامیک گیرنده بلوتوث

حد بالایی محدوده دینامیکی را می توان از سطح محصول اعوجاج میان مدولاسیون مرتبه 3 تخمین زد، اگر فرض کنیم که 2 سیگنال در ورودی با فرکانس های دو کانال مجاور وجود دارد.

دو سیگنال با فرکانس‌های f 0 + D f و f 0 + 2D f یک محصول اعوجاج intermodulation مرتبه سوم P IM3 در کانال رادیویی در نظر گرفته شده با فرکانس f 0 تولید می‌کنند. سطح توان محصول P IM3 به توان تداخلی ورودی P در و پارامتر غیر خطی کل گیرنده - نقطه رهگیری مرتبه سوم IP 3 - بستگی دارد و برابر است با:

P IM3 = 3P در - 2IP 3 [dB]. (2)

محدوده دینامیکی بدون اعوجاج از شرایطی تعیین می‌شود که اعوجاج‌های منشأ خطی و غیرخطی به یک اندازه بر اعوجاج در دمدولاتور تأثیر می‌گذارند و به همان اندازه تشخیص سیگنال خود را کاهش می‌دهند. این بدان معنی است که برای اینکه BER از همان مقدار 0.1٪ که هنگام تعیین حساسیت تنظیم شده بود تجاوز نکند، لازم است که قدرت سیگنال دریافتی 3 دسی بل بالاتر از سطح نویز (که مطابق با حساسیت گیرنده Pmin است) باشد. بنابراین، IP3 = -16 dBm در بیان (2) به دست آمد، با فرض اینکه محصول intermodulation PIM3 برابر با حساسیت گیرنده است، دو سیگنال تداخلی دارای قدرت 0 dBm هستند و تداخل در فاصله 1 وجود دارد. متر

با ترکیب مقدار IP3 = -16 dBm با حساسیت گیرنده Pmin = -70 dBm، از (1) و (2) دریافت می کنیم که محدوده دینامیکی بدون اعوجاج (SFDR) گیرنده بلوتوث باید برابر باشد.

SFDR = 2/3 (IP 3 - (P min + 3 dB)) = 50 dB. (3)

بلوک فرستنده نیز بسیار ساده است. مدولاسیون باینری GFSK با مدولاسیون مستقیم اسیلاتور محلی FM به دست می آید. بنابراین نیازی به تبدیل فازهای بعدی نیست. سیگنال باند پایه با فیلتر گاوسی فیلتر می شود تا پهنای طیف 1 مگاهرتز مورد نیاز برای سیستم های FM که در باند ISM 2.45 گیگاهرتز کار می کنند حفظ شود. مدولاسیون پوشش گاوسی الزامات بالایی را بر خطی بودن مرحله خروجی فرستنده تحمیل نمی کند؛ تقویت کننده های اقتصادی کلاس C را می توان در اینجا استفاده کرد.

قدرت فرستنده بلوتوث حدود 0 dBm است (حداکثر توان تا 20 dBm قابل استفاده است). برای سطوح توان بیشتر از 0 dBm، کنترل توان حلقه بسته اعمال می شود.

محاسبه برد تلفن همراه در سیستم بلوتوث

مشخص است که قدرت سیگنال رادیویی در نقطه دریافت P n برابر است با:

که در آن P توان تابش شده توسط فرستنده است. G m - حداکثر بهره آنتن فرستنده؛ A eff.m - حداکثر منطقه موثرآنتن دریافت (متناسب با ناحیه هندسی آنتن)؛ F(،) - عملکرد الگوی تابش آنتن فرستنده؛ F"("") - عملکرد الگوی تابش آنتن گیرنده.

از این فرمول می توانید حداکثر برد رادیویی را بدست آورید، مشروط بر اینکه آنتن ها به سمت یکدیگر نشانه رفته باشند.

که در آن Pn.min - حساسیت گیرنده، در مورد ما Pn.min = 10-10 W (-70 dBm).

با جایگزینی به فرمول (4) توان فرستنده P = 10-3 W، G m = 0.5، A eff.m = 25 10 -6 (5 در 5 میلی متر)، r m = 3 m را دریافت می کنیم.

این مقدار تقریباً نیازهای سیستم بلوتوث را دارد و ممکن است نقطه شروعمحاسبه هندسه آنتن، زیرا بقیه مشخصات توسط استاندارد تراشه فرستنده گیرنده تعیین می شود.

آنتن های بلوتوث (نمای کلی تولید کنندگان و راه حل ها)

چندین شرکت مانند Hitachi Metals، Murata، Yocowo، Antek Wireless، Centurion و دیگران در حال حاضر طیف وسیعی از آنتن‌ها را تولید می‌کنند که در تلفن همراه استفاده می‌شوند و به طور خاص برای سیستم‌های بلوتوث با استفاده از مواد سرامیکی با خواص فرکانس بالا خوب طراحی شده‌اند.

هیتاچی متالز آنتن های "پیکربندی الکترود نوع E" (شکل 4) را منتشر کرده است که برای برنامه های بلوتوث مناسب هستند. فضای مورد نیاز برای آنتن جدید بسیار کوچک است (15x3x2mm)، نسبت به محل قطعات جانبی حساس نیست، می توان آن را به عنوان یک آنتن بلوتوث بلوتوث با کارایی بالا ساخت و استفاده از آن آسان است.

شکل 4. نمای آنتن هیتاچی متالز برای بلوتوث

Antek Wireless Inc. یک آنتن جدید 2.4 گیگاهرتزی با طراحی اصلی توسعه داده است که کارایی بیش از تقریباً هر پروژه را ارائه می دهد، کوچک است و تقریباً در هر دستگاهی قابل نصب است. آنتن برای برنامه های کاربردی مختلفمانند انتقال تصویر بی سیم، تجهیزات صوتی، هدفون، مودم، کامپیوترهای موبایل، تلفن های قابل حمل و سایر دستگاه های قابل حمل دستی با استفاده از پروتکل های بلوتوث، IEEE 802.11 و HomeRF.

Centurion International توسعه داده است آنتن داخلی PIFA یا انواع آنتن تخت برای استفاده در رایانه های لپ تاپ با استفاده از فناوری بلوتوث. آنتن جدید تولیدکنندگان رایانه را قادر می سازد تا دستگاه های قابل حملی را توسعه دهند که به راحتی با آنها ارتباط برقرار کنند گوشی های قابل حملو سیستم های پیام رسانی، اتصال به اینترنت را روشن کنید سرعت های بالاانتقال داده

شرکت تولیدی موراتا شروع به تولید و فروش آنتن دی الکتریک داخلی لپ تاپ با استفاده از فناوری بلوتوث کرد (شکل 5). ابعاد ماژول سری جدید G2 15x5.8x7.0 میلی متر است.

شکل 5. آنتن تراشه ANCG22G41 Murata

شرکت صنعتی میازاکی ماتسوشیتا الکتریک Ltd. یک آنتن فوق فشرده برای دستگاه های بلوتوث معرفی می کند. این آنتن بر روی پایه سرامیکی و دارای ابعاد 5x1.2x1.2 میلی متر ساخته شده است. این کوچکترین آنتن در صنعت بلوتوث است. مشخصات آنتن به شرح زیر است: فرکانس کاری 2.4 گیگاهرتز، بهره -2 dBi، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) 2.0.

شکل 6. آنتن سرامیکی در یک قاب تلفن همراه (عکس)

شرکت TDK دو آنتن نیم موج کوچک 7 میلی متری در 7 میلی متر را برای استفاده در محصولات بلوتوث تولید می کند. آنتن CANPB0715 دارای بهره 5- dBi و آنتن CANPB0716 دارای بهره 3 dBi است. اکثر آنتن های کوچک دیگر موج چهارم هستند. استفاده از آنها فقط در دستگاه های تلفن همراه بزرگتر مانند لپ تاپ ها امکان پذیر است، جایی که اتصال زمین به بدنه دستگاه انجام می شود. تلفن های همراه نیاز به توسعه آنتن های نیمه موج داشتند.

شکل 7. نمای سه بعدی یک آنتن بلوتوث در یک قاب فلزی تلفن همراه (نقاشی در HFSS)

پیکربندی آنتن نوع E

پیش از این، آنتن ها دارای دو پیکربندی اساسی بودند: آنتن تک سر معکوس نوع F و آنتن تخت.

یک آنتن F معکوس دارای یک طرف باز و طرف دیگر زمین برای کاهش اندازه است، اما سمت باز تحت تأثیر الکترود زمین قرار دارد. بنابراین، برای تحقق بخشیدن به خصوصیات آنتن در یک فضای معین، به مساحت وسیعی نیاز است و در طراحی چیدمان اجزای جانبی باید دقت شود.

علاوه بر این، آنتن تخت بسیار حساس است (با بهره بالا) و دارای ویژگی های جهت دهی قوی است، که آن را برای برنامه های بلوتوث که در آن به همه جهت بودن نیاز است، نامناسب می کند.

نوع آنتن ساخته شده توسط هیتاچی متالز دارای مزایای منحصر به فرد آنتن معکوس نوع F است، اما شامل الکترودهای زمین در دو طرف است و یک الکترود مرکزی و مخروطی شکل به آن اضافه شده است. به عبارت دیگر، پیکربندی جدید E-Type Electrode که توسط هیتاچی متالز اختراع شده است، می تواند کوچکتر شود و به طور قابل توجهی بر روی الکترودهای زمین مجاور تأثیر نمی گذارد. هرچه آنتن کوچکتر باشد، محفظه کمتر بر پارامترهای آن تأثیر می گذارد.

تجزیه و تحلیل تمام طرح های آنتن برای سیستم بلوتوث ارائه شده در بالا امکان شناسایی پارامترهای اصلی آنتن موجود در مشخصات آنتن را فراهم می کند که بر اساس آن می توان روشی را برای طراحی تلفن همراه با چنین آنتنی انتخاب کرد.

الزامات فنی برای آنتن سیستم بلوتوث:

• باند فرکانس کاری: 2400…2500 مگاهرتز;
• افزایش متوسط: -3 دسی بل.
• امپدانس ورودی: 50 اهم؛
• VSWR: 3 یا کمتر.

در فرآیند طراحی یک سیستم آنتن، لازم است:

• ساختار تطبیق بین ورودی فیلتر و نقطه تغذیه آنتن میکرواستریپ را محاسبه کنید.
• سطح زمین را بهینه کنید (گاهی اوقات وزنه تعادل نامیده می شود)، یعنی پر شدن بهینه سطح داخلی قاب گوشی با مناطق رسانا را پیدا کنید. امروزه این کار اغلب با رنگ آمیزی تک تک قسمت های کیس با رنگ رسانا انجام می شود.

هدف از طراحی آنتن به دست آوردن الگوی تشعشع مورد نیاز (RP) و تطابق خوب در باند فرکانس کاری است.

تجزیه و تحلیل ساختار تعمیم یافته یک آنتن مسطح

بررسی آنتن های موجود برای سیستم بلوتوث نشان می دهد که آنها دارای اشکال فلزی با پیکربندی پیچیده هستند که در یک یا چند طرف یک بستر سه بعدی، اغلب سرامیکی با نفوذپذیری بالا قرار گرفته اند (شکل 8). بنابراین می توان گفت که هر یک از این اشکال یک تشدید کننده است. مشخص است که ابعاد آنتن با فرکانس کاری مرتبط است. اگر فرض کنیم که آنتن در امتداد طرف بلندتر طنین انداز می شود، می توان طول آنتن را با استفاده از فرمول ساده زیر تخمین زد:

جایی که f r - فرکانس تشدید داده شده. گذردهی نسبی ماده زیرلایه است. این فرمول تأثیر عرض بستر آنتن و ضخامت بستر بر فرکانس تشدید را در نظر نمی گیرد، اما این تأثیر معمولاً ناچیز است. فرمول (1) منعکس کننده ماهیت فیزیکی آنتن چاپ شده (شکل 9) به عنوان یک تشدید کننده نیمه موج است که در فضای بین هادی بالایی و صفحه زمین آنتن تشکیل شده است. به عنوان مثال، در فرکانس f r = 2.5 گیگاهرتز و = 34 (سرامیک) از (1) A ~ = 10.3 میلی متر داریم.

شکل 8. هندسه آنتن بلوتوث YCE-5207 در اتوکد

شکل 9. آنتن بلوتوث (نمای بالا) طراحی شده در اتوکد

طول آنتن می تواند حداقل نصف شود (هنگامی که با فرکانس یکسان کار می کند) اگر یک انتهای آن به زمین متصل باشد. در این حالت، شما به اصطلاح آنتن F معکوس (PIFA) را دریافت می کنید که یک تشدید کننده موج چهارم است که یک سر آن به زمین و دیگری باز (بیکار) است. PIFA (شکل 3) توسط یک خط کواکسیال در نقطه ای که امپدانس ورودی آنتن نزدیک به 50 اهم است هدایت می شود. بنابراین طول PIFA را می توان تقریباً به صورت تخمین زد

برای آنتنی که با فرکانس یکسان f r = 2.5 گیگاهرتز و = 34 تنظیم شده است، ~= 5.1 میلی متر دریافت می کنیم که در حال حاضر فضای بسیار کمتری را نسبت به مورد قبلی اشغال می کند. اندازه واقعی آنتن به دلیل تأثیر میدان نزدیک متمرکز در انتهای باز تشدید کننده می تواند حتی کوچکتر باشد.

اندازه آنتن E، از آنجایی که از هر دو طرف پیچیده شده است، تقریباً می تواند تخمین زده شود.

از آنجایی که آنتن های سیستم بلوتوث در یک سپر نیمه بسته با شکل پیچیده هستند، عملکرد سیستم آنتن ممکن است به طور قابل توجهی با عملکرد محاسبه شده توسط فرمول های نظری متفاوت باشد. در این حالت، پارامترهای آنتن (ابعاد هادی ها و فاصله بین آنها در ارتفاع) را می توان با استفاده از یکی از بسته های نرم افزاری شبیه سازی سازه های الکترومغناطیسی بهینه کرد (شکل 10).

شکل 10. میدان نزدیک در تلفن همراه (در زمینه برنامه HFSS)

توجه داشته باشید که مزیت اندازه کوچک آنتن PIFA با کاهش انتشار آن (تنها یک لبه تابش می کند) به دست می آید، علاوه بر این، آنتن های PIFA معمولا باند باریک هستند.

روش های عددی طراحی آنتن های مسطح

آنتن‌ها بلوک‌های اساسی تمام سیستم‌های ارتباط رادیویی هستند و از فضای آزاد به عنوان یک رسانه حامل استفاده می‌کنند. از آنها برای اتصال یک فرستنده یا گیرنده در فضای آزاد استفاده می شود.

آنتن ها یک عدد دارند پارامترهای مهمکه بهره، الگوی تابش، پهنای باند و پلاریزاسیون بیشترین توجه را دارند.

طراحی مدرن آنتن‌های تلفن همراه (شکل 11) بر اساس شبیه‌سازی پدیده‌های الکترومغناطیسی بر روی یک کامپیوتر است که به عنوان داده‌های اولیه از نتایج به‌دست‌آمده بر اساس محاسبات اولیه و ملاحظات اکتشافی استفاده می‌کند.

شکل 11. نمای آنتن بلوتوث در جعبه تلفن همراه

هنگام ایجاد یک مدل، باید به خاطر داشت که هندسه باید با موقعیت واقعی آنتن در حین کار مطابقت داشته باشد، یعنی به گونه ای که محفظه در یک موقعیت عمودی (یا با زاویه کمی) باشد. در این حالت آنتن تخت در موقعیت لبه قرار دارد.

ویژگی های آنتن سرامیکی مینیاتوری

آنتن سرامیکی بر روی بستری با ثابت دی الکتریک بالا ساخته می شود. مواد با نفوذپذیری بالا نیز تلفات بالایی دارند.

بنابراین، محاسبه چنین آنتن هایی باید با استفاده از برنامه هایی انجام شود که اساساً تلفات در سرامیک ها را در نظر می گیرند. چنین برنامه ای برنامه HFSS است.

به منظور نصب موفقیت آمیز یک آنتن تخت در ساختار یک گوشی تلفن همراه، لازم است مطالعات محاسباتی انجام شود که وابستگی ویژگی های سیستم آنتن را به عناصر خاصی از ساختار تلفن نشان دهد.

ما به ویژگی های زیر آنتن های میکرواستریپ توجه می کنیم:

• آنتن های میکرواستریپ باریک تر از آنتن های مارپیچ هستند.
• آنتن های میکرواستریپ به راحتی پلاریزاسیون دایره ای را در مقایسه با قطبش عمودی آنتن های مارپیچ به راحتی اجرا می کنند.
• آنتن‌های میکرواستریپ به دلیل عدم تقارن در محور عمودی، الگوی تابش ناهموارتری در صفحه آزیموت نسبت به آنتن‌های مارپیچ و ویبره دارند.

همانطور که قبلاً اشاره شد ، آنتن سرامیکی یک ساختار سه بعدی است که در سطح هر طرف آن هادی های فلزی با شکل خاصی قرار گرفته است. این طرح ممکن است یک یا چند نقطه تحریک داشته باشد. در این نقاط، یک ولتاژ تحریک به آنتن اعمال می شود که جریان های تشعشعی را در سازه القا می کند. نقاط تحریک را می توان توسط یک ترانسفورماتور متعادل کننده (بالون) متصل کرد.

علاوه بر نقاط تحریک، آنتن چاپ شده ممکن است دارای نقاط زمین (اتصال به صفحه زمین) باشد. جریان های القا شده در این ساختار پیچیده، الگوی تابش را شکل می دهد و سایر ویژگی های آنتن لازم برای برقراری ارتباط با کامپیوتر شخصییا دستگاه دیگر

از آنجایی که در نتیجه محاسبات الکترودینامیکی، امکان تعیین توزیع جریان در سیستم وجود دارد، تجزیه و تحلیل آنها می تواند به عنوان مبنایی برای ارتقاء آنتن باشد.

در فرآیند طراحی آنتن، ابتدا لازم است امپدانس ورودی نزدیک به 50 اهم به دست آید، زیرا در این حالت می توان آنتن را با تقویت کننده ورودی کم نویز و تقویت کننده قدرت تطبیق داد. مسیر انتقال با تلفات کمتر

به عنوان مثال، اگر افت برگشتی آنتن (پارامتر 20 log |S 11 |) حدود -20 دسی بل باشد، این نشان می دهد که آنتن با فضای اطراف در محدوده فرکانس کاری هماهنگی خوبی دارد. مقدار -20 دسی بل نشان می دهد که توان ژنراتور تقریباً بدون انعکاس توسط آنتن جذب می شود که به نوبه خود با فضای آزاد بارگذاری می شود. آنتن ترانسفورماتور بین خروجی تقویت کننده قدرت (یا ورودی تقویت کننده کم نویز) و فضای آزاد است که امپدانس آن برای یک موج هواپیما در میدان دور را می توان برابر با 377 اهم در نظر گرفت.

نیاز بعدی ویژگی های تابش است که توانایی آنتن را برای تابش در جهات مختلف تعیین می کند. هنگام طراحی و محاسبه آنتن ها، آنها معمولاً به بخش های الگوی تابش در دو صفحه عمود بر یکدیگر علاقه مند هستند: آزیموت و ارتفاع. Azimuthal RP توانایی آنتن را برای تابش در صفحه افقی، ارتفاع RP - در عمودی تعیین می کند. هر دو الگو برای یک تلفن همراه مهم هستند، اما اولی همه‌جهت بودن را تعریف می‌کند و برای ارزیابی انتشار میدانی مرتبط‌تر است. پارامترهای جهت دهی یک آنتن چاپی یا تغییرات آن نباید بدتر از آنتن های مارپیچ شلاقی موجود باشد.

محاسبه مشخصات تشعشع آنتن بلوتوث

جدول نتایج مدل سازی یک آنتن در یک محفظه را با استفاده از ابعاد هندسی دقیق یک طرح خاص نشان می دهد. جدول نشان می دهد که پارامترهای طراحی محاسبه شده به طور قابل توجهی با پارامترهای تطبیق اندازه گیری شده متفاوت است (شکل 16). بنابراین، دلایل این تفاوت ها را تحلیل می کنیم.

جدول. توان تابش شده توسط آنتن، جهت دهی، بهره و بزرگی در صورت عدم تلفات در بستر (مماس دی الکتریک = 0). توان نامی ژنراتور در ورودی (پورت) 1 وات است

فرکانس F	P izl توان تابشی، محاسبه، W (مجموع توان های محاسبه شده از طریق صفحات تابشی)	D Directivity، dB (محاسبه برای HFSS)	G Gain، dB = P izl / P nom	S 11 محاسبه HFSS	20 logS 11 دسی بل
2	0,07	3,47	-7,8	0,96	-0,5
2,2	0,15	2,87	-5,4	0,92	-1
2,4	0,3	2,5	-2,7	0,83	-2
2,6	0,47	2,6	-0,6	0,73	-3
2,8	0,08	2,8	-8,3	0,96	-0,4
3	0,02	3,8	-12,3	0,99	-0,2

بزرگترین تفاوت اساسی بین طراحی محاسبه شده و واقعی در پارامترهای زیرلایه نهفته است. بنابراین، داده های محاسبه داده شده در جدول با حالت ایده آل عدم تلفات در بستر سرامیکی مطابقت دارد. در این حالت ایده آل بدون تلفات، ارتباط پارامترهای جدول را پیدا می کنیم.

راد توسط برنامه HFSS در کل مرز تشعشع محاسبه می شود. تمام توانی که از دیوارهایی که مرز میدان دور را مشخص می کنند عبور کرده است، خلاصه می شود و این P راد را می دهد.

اگر بستر و هادی ها بدون تلفات باشند، تمام توانی که به آنتن می رسد، تابش می شود، یعنی Prad. = P ant، و این توانی که به آنتن می رسد و سپس تابش می کند، به نوبه خود با عدم تطابق تعیین می شود:

P izl \u003d P ant \u003d P nom (1 - | S 11 | ²)، (7)

که در آن Pnom توان نامی ژنراتور است. بر اساس HFSS روی 1 W تنظیم شده است.

در فرکانس 2 گیگاهرتز مطابق جدول از (7) داریم

P ant \u003d 1 (1 - | 0.96 | ²) \u003d 0.07 وات،

که با مقدار محاسبه شده P izl در جدول مطابقت دارد.

بهره آنتن طبق تعریف،

با جایگزینی (7) به (8)، در مقیاس لگاریتمی،

G \u003d 10lg (1 - | S 11 | ²) + D. (9)

برای فرکانس 2 گیگاهرتز، بهره آنتن را داریم

G \u003d 10lg (1 - | 0.96 | ²) + 3.47 \u003d -7.8 دسی بل.

بنابراین، ما اتصال پارامترهای آنتن را برای کیس بدون تلفات در بستر نشان داده ایم.

اجازه دهید (7) را به شکل زیر بازنویسی کنیم:

با تجزیه و تحلیل محاسبه HFSS، می بینیم که در فرکانس 2 گیگاهرتز و در سایر فرکانس ها، بهره آنتن ضعیف است و مهمتر از همه، عدم تطابق آنتن وجود دارد (شکل 12). با این حال، آزمایش نشان می‌دهد که بهره آنتن بسیار بالاتر است، حتی بدون احتساب مدارهای منطبق. موضوع چیه؟ به نظر می رسد، به اندازه کافی عجیب، وجود تلفات در بستر سرامیکی به مطابقت آنتن و بهبود عملکرد یک آنتن کوچک، در مقایسه با یک آنتن معمولی، که ابعاد آن متناسب با طول موج است، کمک می کند. در واقع، با افزایش تلفات به tg = 0.1 (البته، به طور غیر واقعی بزرگ)، با محاسبه بر روی HFSS، وابستگی های تطبیقی ​​نشان داده شده در شکل را بدست می آوریم. 13.

شکل 12. پاسخ فرکانس آنتن بلوتوث با پارامترهای سرامیکی = 34، tg = 0 (بدون تلفات). از شکل می توان دریافت که توافق ضعیف است.

شکل 13. پاسخ فرکانس آنتن بلوتوث در پارامترهای سرامیکی = 34، tg = 0.1 (در 2 گیگاهرتز)

به منظور بررسی کارایی آنتن به عنوان تابعی از تلفات، وابستگی ویژگی های آنتن در محفظه به تلفات سرامیک ها را محاسبه می کنیم. سرامیک تلفات دارد و محاسبات نشان می دهد که اگر فرض کنیم تلفات وجود ندارد، آنتن تطبیق ضعیفی دارد، اگر تلفات وجود داشته باشد تطبیق بهبود می یابد.

توان P izl به صورت عددی توسط برنامه به عنوان مجموع توانهای وارده بر تمام مرزهای تابش محاسبه می شود. این توان کمتر از توان نامی ژنراتور است و تنها بخشی از آن است.

از آنجایی که در این حالت تلفات داریم، آنها به عنوان اختلاف توان بین حالت بدون تلفات، فرمول (7) و مقدار P rad تعریف می شوند. برابری P izl = P ant دیگر معتبر نیست، این قدرت ها با قدرت تلفات در زیرلایه متفاوت است:

P izl \u003d P ant - P جذب. (یازده)

با جایگزینی (11) به فرمول (8)، دریافت می کنیم که بهره آنتن، با در نظر گرفتن تلفات در سرامیک ها، با فرمول پیدا می شود.

که می تواند در فرم نمایش داده شود

|S 11 |² \u003d 1 - Ktg - G / D، (13)

که در آن K * tg \u003d P عمیق / P nom، K در حالت کلی برابر با 1 نیست.

از (13) می توان دریافت که |S 11 |² با افزایش تلفات کاهش می یابد، و می توان درک کرد که چرا تطبیق با آنتن در مورد سرامیک های دارای تلفات آسان تر است.

شکل 14. الگوی ارتفاع سیستم آنتن بلوتوث

شکل 15. الگوی تابش آزیموتال یک تلفن همراه با سیستم آنتن بلوتوث

محاسبات نشان می دهد که تأثیر بدن کاربر بر الگوی تشعشع یک آنتن کوچک بسیار کمتر از RP آنتن اصلی تلفن همراه است. همین امر را می توان در مورد تأثیر معکوس قدرت تابشی آنتن بلوتوث بر بدن انسان نیز گفت.

مطالعه تجربی یک آنتن مسطح

تنظیم آزمایشی آنتن را می توان با توجه به معیار تطبیق و با توجه به معیار RP انجام داد. روی انجیر 16 پاسخ فرکانس اندازه گیری شده پارامتر S11 را نشان می دهد که بر روی نمودار اسمیت رسم شده است.

شکل 16. امپدانس ورودی آنتن با یک تحلیلگر شبکه در محفظه اندازه گیری شده است

این اندازه‌گیری‌های تجربی بر روی متر مدار HP8632 انجام شد.

اندازه گیری سوگیری تجربی فرکانس تشدیدسیستم آنتن هنگام محافظت از آنتن با صفحه نمایش نشان داد که انحراف فرکانس تشدید هنگام قرار دادن آنتن در محفظه 50 مگاهرتز است.

نتیجه

این مقاله ویژگی‌های مدل‌سازی آنتن میکرواستریپ را در یک سیستم بلوتوث طراحی‌شده برای ارتباطات محلی بی‌سیم مورد بحث قرار می‌دهد. سیستم بلوتوث در تلفن همراه در نظر گرفته شده است. ویژگی اصلیعملکرد سیستم آنتن - عملکرد آنتن در یک محفظه به شدت فلزی، یعنی با وزنه تعادل بزرگ. بنابراین برای محاسبه جریان های القا شده توسط آنتن بر روی سطح کیس، لازم است از برنامه آنالیز در نمایش سه بعدی استفاده شود. چنین برنامه ای HFSS است. در این مورد، مدل سازی آنتن، همراه با سایر عناصر محفظه، بخشی ضروری از کل فرآیند طراحی آنتن و لوله است.

ویژگی‌های فرآیند مدل‌سازی با استفاده از آنتن پچ Yocowo YCE-5207 نشان داده می‌شود که ترکیبی از یک پد فلزی مستطیلی و یک خط میکرو نوار روی سرامیک با یک ثابت دی‌الکتریک بزرگ با اشکال نسبتاً پیچیده است. نتایج یک تحلیل خاص به صورت ارائه شده است ویژگی های فرکانسضریب بازتاب، جریان های موردی، میدان نزدیک و DN. تأثیر عناصر بدنه لوله بر الگوی تابش در منطقه دور نشان داده شده است. هر دو گزینه نصب آنتن خارجی و داخلی در نظر گرفته شده است.

ادبیات

1. جنیفر بری، چارلز استورمن. بلوتوث: بدون کابل وصل شوید. پرنتیس هال، 2001. 495 ص.
2. بالانس سی.ا. نظریه آنتن: تحلیل و طراحی، وایلی و پسران. ویرایش 2. 1997.
3. فوجیموتو کی و جیمز جی.آر. (ویراستاران). کتابچه راهنمای سیستم های آنتن موبایل. ویرایش 2. خانه آرتک. 2001. 710 ص.
4. Kessenikh V., Ivanov E., Kondrashov Z. Bluetooth: اصول ساخت و ساز و بهره برداری // Chip News. 2001. شماره 7. S. 54-56.
5. Kalinichev V., Kurushin A. آنتن های میکرواستریپ برای تلفن های همراه // Chip News. 2001. شماره 7. S. 6-12.