Antennatervezés alkalmazásokhoz nincs meghatározva és nem szabványosítva ban ben
Rizs. 3.14. Antenna méretei
9 0 5 . Az antenna irányítottsági tényezője (DPC), amelyet a minta maximumának irányában kisugárzott teljesítmény és a minden irányban átlagolt teljesítmény fluxussűrűség értékének arányában határoznak meg, a sugárzási minta típusától függ.Az antenna erősítése egyedileg összefügg az irányítottsági tényezővel, amelyet az direktív tényező és az antenna hatásfokának szorzataként definiálunk. Az erősítést általában decibelben mérik az izotróp antenna erősítéséhez (dBi) viszonyítva. Az izotróp antenna olyan antenna, amely minden irányban azonos sugárzást biztosít.
Az antennák másik fontos mutatója a polarizáció típusa. A polarizáció lineáris (vízszintes és függőleges) és elliptikus, adott esetben kör alakú. A Bluetooth kommunikációs hálózatokban a vízszintes síkban mindenirányú, (0-5) dBi erősítésű antennák találnak alkalmazást.
Megjegyzendő, hogy az antennák esetében a kölcsönösség elve érvényesül, amely szerint ugyanaz az antenna adóként és vevőként is használható.
A Bluetooth-alkalmazásokban széles körben használhatók a mikroszalagos és nyomtatott antennák, amelyek valamilyen fémvezető, földelt hordozó felett helyezkednek el. Egy ilyen antenna sikeresen kombinálható nyomtatott áramkör, amelyen az adó-vevő mikrohullámú fokozatai találhatók. Az adó-vevő egy bizonyos ponton csatlakozik az antennához. Ekkor a jel a vevőre kerül, és az adó táplálja a tápfeszültséget.
Egyes Bluetooth-alkalmazások irányított antennákat használhatnak. Alul láthatók rövid leírások valamint egyes gyártó cégek Bluetooth-rendszereinek antennaspecifikációi.
Vállalati antennákRange Star
P/N100903
Függőlegesen polarizált antennaBluetooth(TM)/802.11b
|
3.11. táblázat. |
|
|
frekvenciatartomány |
2400-2483 MHz |
|
Maximális nyereség | |
|
Polarizáció |
Lineáris |
|
Szélesség sugárzási minták |
mindenirányú |
|
Kapcsolt tápellátás | |
|
Betáplálási pont impedancia | |
|
Méretek |
22,0 x 12,7 x 0,8 mm |
Rizs. 3.13. Az 100903-as antenna külső nézete
Az 100903 antenna egy függőlegesen polarizált antenna, működési frekvencia tartománya 2400-2483 MHz. Kiválóan alkalmas hozzáférési pontokba, asztalra és falra szerelhető eszközökbe, mobiltelefonokba, PC-kártyákba, PDA-kba és egyéb Bluetooth alkalmazásokba való integrálásra. Ez egy megbízható, egyszerű, hangolást nem igénylő antenna. Az antenna megjelenése, kialakítása és sugárzási mintája az 1. ábrán látható. 3,13, 3,14 és 3,15. A fő jellemzőket a 3.11. táblázat mutatja be.
Rizs. 3.15.
AntennaBluetooth(TM)/802.11b- P/N100930
Az 100930 egy beépített antenna Bluetooth és 802.1 lb rendszerekhez, 2400-2483 MHz működési frekvencia tartományban. Bele lehet integrálni hozzáférési pontok, asztalra és falra szerelhető eszközök, PC-kártyák és egyéb Bluetooth-eszközök. Az antenna megjelenését, kialakítását és sugárzási mintáit a 3.1673.19. ábra mutatja. A fő jellemzőket a 3.12. táblázat foglalja össze.
[Val vel. 3.16. Az 100930-as antenna külső nézete
Vállalati antennákKOSANT
A KOSANT miniatűr mikroszalagos antennákat gyárt Bluetooth-hoz. Az antennák főbb típusait és jellemzőit a 3.13. táblázat tartalmazza.
3.13. táblázat. A KOSANT antennák főbb típusai és jellemzői
Rizs. 3.18. Sugárzási minta azimutális síkban
|
Frekvenciatartomány (MHz) |
2400-2500 |
|||||||
|
Erősítés (dBi) | ||||||||
|
Polarizáció |
Lineáris |
Lineáris |
Lineáris |
Lineáris |
Lineáris |
Lineáris |
Lineáris |
Lineáris |
|
Impedancia (P) | ||||||||
Példa megjelenésábrán láthatók ezen antennák sugárzási mintái. 3,20 -5- 3,22.
Rizs. 3.20. Az antenna megjelenése
Rizs. 3.19. Az antenna méretei
nem. 3.21. Sugárzási minta azimutális síkban
Rizs. 3.22. Irányminta a magassági síkban
Vegye figyelembe, hogy az adó-vevő ezeket az antennákat egy földelt árnyékolásra szereli.
3.8. Hibakeresési és fejlesztési segédeszközök Bluetooth-alapú termékekhez
A technológia megértésének, az arra épülő termékek fejlesztésének és hibakeresésének egyszerűsítésére az Ericsson számos speciális eszközt kínál, amelyek mindegyike a felhasználók, fejlesztők és integrátorok egy meghatározott körére összpontosít. Ezek az eszközök segítenek csökkenteni a költségeket, ésszerűsíteni és felgyorsítani a Bluetooth-eszközök fejlesztését.
Kezdő csomag -Bluetooth® Starter Kit
A készlet kialakítását a 3.23. ábra mutatja.
Rizs. 3.23. Bluetooth Starter Kit
Leírás
A Bluetooth Starter Kit alacsony költségű és teljesen működőképes fejlesztői környezetet biztosít a hang- és adatalkalmazásokhoz.
az Ericsson Microelectronics Bluetooth modulján alapul. A készlet lehetővé teszi a Bluetooth vezeték nélküli technológia kezdő fejlesztői számára, hogy Bluetooth-alkalmazásokat készítsenek, ezzel megtakarítva a fejlesztési időt és csökkentve a költségeket.
A Starter Kit rugalmas tervezési környezetet biztosít a mérnökök számára a technológia megismeréséhez és a fejlesztés megkezdéséhez. Bemutatja a Bluetooth vezeték nélküli technológia kulcsfontosságú jellemzőit, lehetővé téve a fejlesztők számára, hogy integrált alkalmazásokat hozzanak létre a kenyérsütőlemez-termékekhez.
A készlet tartalmaz alaplap hozzáillő csatlakozókkal és tápáramkörökkel, valamint a kártyán található teljes Bluetooth modullal ellátott leánykártya. Ezzel a készlettel az összes megvalósításhoz szükséges funkciót megkaphatja vezeték nélküli technológia bluetooth.
A készlet a gazdagépen alapuló alkalmazások fejlesztésére szolgál, és tartalmazza az alapvető Bluetooth szoftvert is, beleértve a megfelelő alkalmazásprogramozási felületeket (Application Programming Interface – API).
Fejlesztő készlet -Bluetooth™ fejlesztőkészlet
A tábla kialakítása az ábrán látható. 3.24.
Rizs. 3.24. Bluetooth fejlesztőkészlet
Leírás
külön jóváhagyta munkacsoport A Bluetooth mint kék egység, az Ericsson Microelectronics Bluetooth fejlesztőkészlete leegyszerűsíti, felgyorsítja és csökkenti a Bluetooth-alkalmazások fejlesztésének költségeit.
Teljes és rugalmas fejlesztési környezetet biztosít, ahol a mérnökök egy nyílt vezeték nélküli szabványt integrálhatnak számos digitális eszközbe. Az összes hardveres interfészhez hozzáférést biztosító készlet beágyazott és önálló alkalmazások fejlesztésére is használható. A programcsomag szoftveres és hardveres hibakeresési képességekkel rendelkezik, hogy a tervezési folyamat a lehető leggyorsabb és legegyszerűbb legyen.
Frissítő készletBluetooth – Bluetooth bővítőkészlet
A termék kialakítása az ábrán látható. 3.25.
Rizs. 3.26. Bluetooth alkalmazás és képzési eszközkészlet
Rizs. 3.25. Bluetooth frissítő készlet
Leírás
Az Upgrade Kit segítségével a Bluetooth Development Kit tulajdonosai frissíthetik Bluetooth fejlesztőkészletüket funkcionalitás. Számos különböző frissítőkészlet áll rendelkezésre az Ön igényeitől függően.
VáltozatR1A
Az R1A frissítési készlet többpontos (többpontos) kommunikációt biztosít. Egy szervezett hálózat akár hét slave eszközt, valamint a master/slave kapcsolást támogat. Ez a verzió támogatja az OBEX és a TCS protokollokat.
VáltozatR3B
A Blue Unit teszteléséhez R3B frissítési készlet szükséges. Ez a készlet megfelel a Bluetooth v.l.Ob specifikációinak. És használható a Blue Unit tesztelésére a Bluetooth v.1.1 specifikáció szerint.
Ez a verzió támogatja az OBEX és a TCS protokollokat.
Eszköztár alkalmazáshoz és tanuláshoz -Bluetooth alkalmazás ésKépzési eszközkészlet
A termék kialakítása az ábrán látható. 3.26.
Leírás
A Bluetooth Application & Training Tool Kit iskolák és egyetemek számára készült, és egy olcsó, kényelmes eszköz gyakorlati gyakorlatok amikor megismeri a Bluetooth vezeték nélküli technológiát. Az Ericsson Microelectronics fejlesztette ki, és lehetővé teszi az egyetemi hallgatók számára, hogy elméleti és gyakorlati szempontból is tanulmányozzák a Bluetooth rövid hatótávolságú rádiókommunikációs rendszert.
Rizs. 3.27. A modul csatlakoztatása számítógéphez USB-kapcsolaton keresztül
A hardver egy olyan modulból áll, amely USB kapcsolaton keresztül egyszerűen csatlakoztatható számítógéphez (3.27. ábra), amely biztosítja a teljes adatátviteli sebesség kihasználását. Egy jól definiált alkalmazásprogramozási felület (API) hozzáférést biztosít a protokollverem különböző rétegeihez.
3.9. Energiatakarékos módok Bluetooth-eszközökhöz
A Bluetooth technológián alapuló hozzáférési pontok lehetővé teszik a mobileszközök új generációi számára, hogy nagy mennyiségű hangot és adatot továbbítsanak. Általában hangalkalmazások A Bluetooth-t kis akkumulátorcsomagok táplálják. Ugyanakkor az adatátviteli rendszerek hálózati forrásokból is működhetnek. Az első esetben a gazdaságos működési mód a leglényegesebb. Az energiatakarékosság hatékony módja, ha csökkenti a Bluetooth adó-vevő aktív működési idejét. A Bluetooth Baseband specifikációi három fő módot biztosítanak a gazdaságos üzemmódban való működéshez:
1. Ha a szolga eszköznek nem kell részt vennie a piconetben, de szinkronizálni kell, akkor "PARKING" (Park) módba helyezhető. Ez az üzemmód olyan slave eszközökhöz alkalmas, amelyeknek időnként kommunikálniuk kell a masterrel. Eszközök ebben
módban kérheti a mestertől a Parkolás módból való kilépést a master által továbbított periodikus beacon jel (beacon) továbbításával. A beacon jelek közötti időköz több másodperc is lehet.
A Szippantás mód olyan eszközök számára alkalmas, amelyeknek időnként, előre meghatározott frekvencián kell kommunikálniuk a masterrel. Ebben az üzemmódban nincs garancia arra, hogy az eszközöket minden rendszeres kérésre szervizeljük. A szippantás mód a kérésforgalom csökkentésével kíméli az akkumulátorfogyasztást. A szippantási intervallumok több másodpercig is eltarthatnak.
A "SZÜNET" (Hold) mód akkor megfelelő, ha az eszköz időnként felfüggesztheti a hívásforgalmat. A készülék előre meghatározott ideig tartási módba léphet egy másik feladat feldolgozásához, például egy másik piconet működésében való részvételhez, amikor egy bizonyos ideig semmit sem kell továbbítani, ezzel természetesen energiát takarít meg.
Ezenkívül, ha a master ismert (korábban felfedezett) eszközökkel kommunikál, akkor a kommunikáció létrehozásakor kihagyhatja a kérési eljárást. Ha egyidejűleg a szolga készülék „hívásvárakoztatás” módban van (Page Scan), akkor a hívásvárakoztatási idő csak néhány tíz ezredmásodperc lesz. Ez különösen akkor fontos, ha a mester eszköz akkumulátorról üzemel, és a folyamatosan hívásvárakoztatásban lévő slave készüléket a hálózat táplálja. Ebben az esetben a készülék energiafogyasztása csökken.
A megfelelő gazdaságos alapsávi mód kiválasztásához a hardvertervezőnek figyelembe kell vennie az egyes alkalmazások sávszélességét, válaszidejét (vagy késleltetését) és energiaszükségletét. Minél tovább marad tétlen a készülék, annál nagyobb az energiamegtakarítás. Az egyik korlátozó tényező, amely meghatározza, hogy az eszköznek milyen gyakran kell kommunikálnia, az óraszinkronizálás feltétele a pikonetben részt vevő master és slave eszközök között. A Bluetooth specifikációi megkövetelik, hogy egy pikoneten belül normál üzemmódban működő eszköz (ebben az üzemmódban bármikor elérhető) 20 pps stabilitást biztosító órával működjön. A piconet szinkronizálás fenntartásához a mesternek legalább 225 ms-onként szinkronizálási üzeneteket kell adnia. Ez határozza meg a normál üzemmódban történő bekapcsolás közötti maximális időtartamot.
Az energiatakarékos üzemmódok használata nemcsak a Bluetooth-eszközök energiafogyasztását csökkenti, hanem a piconet megbízhatóságát is növeli azáltal, hogy csökkenti a többi vezeték nélküli eszköz interferenciáját. Minden Bluetooth pikonet 79 frekvenciacsatornát használ. A különböző piconetek vagy a Bluetooth pikonetek és más, azonos frekvenciatartományban működő vezeték nélküli eszközök közötti ütközéseket csökkenteni fogja, ha a Bluetooth-eszközöket legtöbbször passzívan tartják, pl. energiatakarékos módok használatakor. Így ebben az esetben a két legfontosabb erőforrás - a frekvenciasáv és a tápegység energiája - megtakarítható.
A vezeték nélküli eszközök nagyon kényelmesek - többé nem kell aggódnia a vezetékek miatt, de világosan meg kell értenie, hogy az "éteren keresztüli" kommunikációnak megvannak a maga bizonyos korlátai a sugárban. Sőt, minél olcsóbb például a számítógépéhez vásárolt Bluetooth adapter, annál kevésbé távolodhat el tőle a stabil kapcsolat érdekében. Természetesen néhány drága készülék nem mindig adja ki magát szép eredmények. Ma arról fogunk beszélni, hogyan erősíthetjük fel a Bluetooth jelet, és mennyire reális.
Általános információ
A cikk ismertet néhány olyan módszert, amely magában foglalja az adapter szétszerelését, alkatrészeinek cseréjét vagy forrasztással történő módosítását, amelyek nem biztos, hogy mindenki számára megfelelőek. Ha nem jártas az elektronikában, nem nagyon fürge a forrasztópákával, vagy készüléke garanciális, akkor kérjük, kerülje ezeket a módszereket.
Az adapter kiegészítése
A Bluetooth sebességének növelésének legegyszerűbb, de nem leghatékonyabb módja egy reflektorral ellátott adapter hozzáadása, amely a jelet egy bizonyos irányba irányítja, nem pedig 360 fokos eloszlását.
Megpróbálhatunk ilyen reflektort készíteni egy sörösdobozból úgy, hogy levágjuk a tetejét, és még néhány vágást csinálunk: felülről lefelé, majd onnan egy kicsit oldalra, mintha kissé elválasztaná a doboz alját.
A Bluetooth-adapter középre van szerelve, amit akar, és USB-adapterrel csatlakozik a számítógéphez.
Kartonból is lehet valami hasonlót építeni, amire fóliát ragasztanak.
Egy másik lehetőség, amely működhet, ha csak a doboz tetejét vágja le, majd a doboz aljához közelebb készít egy kivágást, és helyezze be az adaptert azzal az oldallal, amelyen az antenna van. Ezután egy Önnek megfelelő módszerrel rögzítjük, és hosszabbítón keresztül csatlakoztatjuk.
Módosítások
És most olyan módszerekről fogunk beszélni, amelyek magukban foglalják az adapter fizikai módosítását. Az olcsóbbaknál nem valószínű, hogy találsz külső antennát, ami valójában az ő problémájuk.
Ha lehetséges, kinyitjuk a tokot, és megkeressük a táblára forrasztott SMD antennát - csak nagyon óvatosan, az alkatrész túlmelegedése nélkül kell kiforrasztania.
Ezután az antenna helyére forrasztjuk az SMA csatlakozót, előtte mindent eltávolítottunk, ami felesleges: nem nyúlunk ahhoz a részhez, amelybe az antenna van csavarva, de a másik végén levágjuk a szélét, szétválasztjuk a képernyőt és a magokat , csíkozzuk le őket, ónozzuk és forrasztjuk.
Ha kétségei vannak azzal kapcsolatban, hogy pontosan hol kell forrasztani, akkor a legjobb, ha kapcsolatba lép a rádióamatőr fórumokkal.
Most csatlakozunk ahhoz, amit kaptunk, egy antennához, amely biztonságosan csavarható a régi Wi-Fi-ről.
Ha van egy drágább készüléked, már külső antennával, de még mindig elégedetlen a jellel, akkor a Hyper gain antenna mentheti meg a helyzetet - vedd meg, vágd le az adaptert a csatlakozáshoz és oszd meg a képernyőt a maggal.
Mostanában gyakran adnak ki beépített okostelefonokat, telefonokat vagy kommunikátorokat Wi-Fi adapter. A Wi-Fi hatótávolsága pedig körülbelül száz méter, de a Bluetooth-val felszerelt telefonok csak legfeljebb tíz méter távolságból továbbítanak és fogadnak fájlokat. Ha van USB-blutooth a számítógépéhez, valamint bluetooth-os telefonja, de szeretné elérni a vételi hatótávolságot. Mindez teljesen lehetséges, de az usb-bluetooth fejlesztésre szorul.
Nos, kezdjük. Szétszedjük a Bluetooth adaptert a számítógéphez, ezt követően meg kell hibáztatnia a bluetooth házat, és nagyon alaposan meg kell vizsgálnia az adapterkártyát.
Minden adaptermodellben a tábla végén található egy spirálszerű rézérintkező, a képen ez az 1. számú. Ez a spirál egy bluetooth antenna, és egy további házi készítésű antenna lesz hozzá forrasztva.
0,4-0,8 mm átmérőjű egyerű rézhuzalra van szükségünk. A vezetéket lakkszigetelés borítja, és nem kell teljesen megszabadulnia tőle. A huzalt a képen látható módon megcsavarjuk, majd a rézdrót hegyét gyantával, majd ónnal feldolgozzuk. Ugyanezt az eljárást kell végrehajtani egy rézspirállal bluetoothban, ne melegítse túl az adapterkártyát, és nagyon óvatosan végezze el az összes munkát.
Ezután magában kell lyukat készítenie a bluetooth adapter számára a kilépési ponton házi készítésű antenna. Most nagyon óvatosan zárja be a táblát a tokban. Így a továbbfejlesztett bluetooth készen áll, ami 4-szeresére növeli a vételi tartományt.
A vételi hatótávolság további növeléséhez vehet egy sodrott, kellően hosszú vezetéket, amelyet szigeteléssel fedünk le, a csúcsot le kell csupaszítani, és az antennához kell rögzíteni, a második hegyet pedig egy falba vert kis szegfűhöz rögzíthetjük.
BlueTooth Planar Antenna Systems mobiltelefonok
V. Kalinicsev, A. Kurusin, V. Nedera
BlueTooth síkantennarendszerek mobiltelefonokban
A sík mikroszalag antennák használatának kérdéseit a Bluetooth vezeték nélküli helyi kommunikációs rendszerben megvizsgáljuk. A sík kerámia antenna terveit és elemzési módszereit mérlegeljük, figyelembe véve a kerámia veszteségeit. Az antenna numerikus elemzéséhez a HFSS programot használtam. A konkrét kézibeszélőt számításokat végeztek: árameloszlás a fém felületén, felül dielektrikummal bevonva, telefontok, sugárzási minták a mobiltelefon különböző tájolásaihoz. Áttekintést adunk a soros Bluetooth antennákról, valamint ajánlásokat adunk ezeknek az antennáknak a házba való beszerelésére.
Bevezetés
A fejlődéshez hozzájárult az információcsere sebességének növelése vezeték nélküli rendszerek kommunikáció az "otthoni" szinten. Személyi számítógépek és laptopok, mobiltelefonok, CD- és MP3-lejátszók, digitális fényképezőgépek és videokamerák és még sok más digitális eszközök(1. ábra), gyakran kapcsolódnak egymáshoz és a asztali számítógépek, problémát okozott a kapcsolatuk.
1. ábra: Bluetooth vezeték nélküli technológiát használó kis hatótávolságú kommunikációs rendszer
A kábel kényelmetlenné vált - gyakran kell csatlakozni, magának a kábelnek a méretei a csatlakozókkal majdnem nagyobbak, mint maga az eszköz, és így tovább. Ennek fényében meredeken megnőtt a vezeték nélküli helyi technológiák jelentősége, a WLAN (Wireless Local Area Networking), amely lehetővé teszi az eszköz érintésmentes csatlakoztatását a gazdaszámítógép lemezéhez.
Ennek eredményeként egy rendszert javasoltak, amely gyorsan fejlődni kezdett. vezeték nélküli kommunikáció Bluetooth (1. ábra). A rádiófrekvenciás spektrumban 79 csatornája van a 37 MHz-es sávban (egyenként kb. 2 MHz) a 2,4465-2,4835 GHz-es sávban.
lényeg Bluetooth szabvány felszerelésben elektronikus eszközök 2,45 GHz-es frekvencián működő adó-vevők, amelyek hatótávolsága legfeljebb 10 m, információátviteli sebessége legfeljebb 1 Mbps. Ezeknek az eszközöknek a felhasználási lehetőségei valóban végtelenek. Vezeték nélküli fejhallgató, egerek, billentyűzetek, csatlakozás mobiltelefonokés a laptopok, a zsebszámítógépek közötti információcsere – csak ne soroljuk.
A Bluetooth rendszer az engedélyezett 2,45 GHz-es sávban (ISM - Industry, Science, Medicine band) működik, amely lehetővé teszi a Bluetooth eszközök szabad használatát szerte a világon. A technológia frekvenciaugrást (1600 ugrás/s) használ szórt spektrummal. Működés közben az adó egy pszeudo-véletlen algoritmus szerint ugrik egyik működési frekvenciáról a másikra. A vételi és adási csatornák szétválasztására időosztást alkalmazunk (2. ábra). A szinkron és aszinkron adatátvitel támogatott, és a TCP/IP-vel való integráció biztosított. Az időréseket szinkronizálják a csomagok átviteléhez, amelyek mindegyike a saját rádiófrekvenciáján történik.
2. ábra Váltakozó kommunikáció az A és a B műszer között
A Bluetooth-eszközök energiafogyasztásának 0,1 W-on belül kell lennie. Minden eszköz egyedi, a szabvánnyal kompatibilis 48 bites hálózati címmel rendelkezik helyi hálózatok IEEE 802.
A Bluetooth rendszerek építésének alapelve a frekvenciaugrásos spektrum szétterítés (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum) alkalmazása. A Bluetooth rádiókommunikációhoz kiosztott teljes 2,402 ... 2,480 GHz-es frekvenciatartomány N frekvenciacsatornára van felosztva. Az egyes csatornák sávszélessége 1 MHz, a csatornatávolság 140…175 kHz. A frekvenciaváltó kulcsot a csomaginformációk kódolására használják.
Az USA és Európa esetében N = 79. Ez alól Spanyolország és Franciaország képez kivételt, ahol 23 frekvenciacsatornát használnak a Bluetooth számára. A csatornák 1600 Hz-es frekvenciájú pszeudovéletlen törvény szerint változnak. Az állandó frekvenciabeillesztés lehetővé teszi, hogy a Bluetooth légi interfész információt sugározzon a teljes ISM-sávon, és elkerülje az ugyanabban a sávban működő eszközökkel kapcsolatos interferenciát. Ha egy ezt a csatornát zajos, akkor a rendszer másikra vált, és ez addig folytatódik, amíg nem talál egy interferenciamentes csatornát.
A felépítés egyszerűsége nagyban hozzájárult a Bluetooth rendszer gyors indulásához. Egy rádiómodul-adó-vevőből, egy kommunikációs vezérlőből (más néven processzorból) és egy, a felső szintű Bluetooth protokollokat ténylegesen megvalósító vezérlőeszközből, valamint egy termináleszközzel való interfészből áll. Ezen túlmenően, ha az adó-vevő és a kommunikációs vezérlő speciális mikroáramkörök (integrált vagy hibrid), akkor a kommunikációs vezérlőeszközök szabványos mikrokontrollereken, jelfeldolgozókon valósulnak meg, vagy funkcióit támogatják. központi feldolgozó egységek nagy teljesítményű termináleszközök (például laptopok).
Ezenkívül a Bluetooth-eszközök használják integrált áramkörök más alkalmazásokban is használatos, mivel a 2 GHz-es mikrohullámú sávot elég jól elsajátították, és Bluetooth-ba ágyazták műszaki megoldásokönmagukban nem különösebben újszerűek. Valójában a modulációs séma széles körben elterjedt, a frekvenciaugrásos spektrum szétterítési technológia jól fejlett, és a teljesítmény alacsony.
A Bluetooth technológia sikerének kulcsa a rádió adó-vevő. Alacsony árés az alacsony teljesítmény volt az elsődleges szempont mind az interfész specifikációinak (rövid antennakapcsolat), mind az adó-vevő tervezésénél. A Bluetooth technológia lehetővé teszi egylapkás adó-vevő létrehozását az RF áramkör és a digitális adatfolyam feldolgozó áramkör egyetlen szilícium chipen történő kombinálásával.
Bluetooth adó-vevő
A Bluetooth adó-vevő három funkcionális blokkra osztható (3. ábra). A rádióegység RF fel és le átalakítókat, alapsávi IF-et, csatornaszűrőt, modulátort/demodulátort és frekvenciaszintetizátort tartalmaz.
3. ábra Bluetooth adó-vevő alapelemei
A rádióegység a 2,45 GHz-es FM-jelet bitfolyammá alakítja át és fordítva. Az antenna nagyon fontos eleme a rendszernek. Az antennának mindenirányúnak és 0 dBi erősítésűnek kell lennie, a felhasználó jelenléte nem befolyásolhatja a jel terjedését. A 2,45 GHz-es kis hullámhossz miatt az antenna mérete néhány cm-re korlátozódik.Jelenleg a lapos vagy PIFA antennákat használják leggyakrabban, de még kisebb E-típusú kialakításokat is javasoltak kerámia hordozóra. Az antennát egy sávszűrő egészíti ki, amely elválasztja a 2,45 GHz-es frekvenciát az ISM sávtól.
Az egyszerű és stabil vevőegységek és a nem koherens érzékelés megvalósítása érdekében a Bluetooth bináris frekvenciaváltó kulcsot (FM, FSK) használ, a frekvenciaugrás körül Gauss-impulzussal, 1 Mbps sebességgel. Egy ilyen jel területe BT = 0,5, ahol B a sáv, T az impulzus időtartama, modulációs indexe 0,28-0,35 és impulzus időtartama 1 μs. Az FM szükségtelenné teszi az AGC-t, ami nehezen működtethető frekvenciaváltáskor és szabálytalan időközönként érkező adatok esetén. Az RF vevő előlapja egy lefelé konverterből, egy csatorna sávszűrőből és egy frekvenciaérzékelőből áll.
A csatornaszűrő 1 MHz-es sávszélességet oszt le, és meglehetősen magas szelektivitási követelményekkel rendelkezik. Mivel az ISM-sávot meg kell osztani a sáv más rendszereivel (amelyek más Bluetooth-rendszereket is tartalmazhatnak), lépéseket kell tenni a műszer interakciójának megakadályozására. Jellemzően a Bluetooth vevő lefelé konverzióval készül (vagyis amikor a képcsatorna az IF sávba esik). Számos működő Bluetooth rendszer leválasztásához a blokkoló tényezők tükörcsatorna 20, 30 és 40 dB-nek kell lennie az első, második és harmadik szomszédos csatorna esetében.
A Bluetooth rendszer működési jellegéből adódóan az intermoduláció műszaki követelményei szigorúbbak, mint a vevő érzékenysége.
10 m távolság megtételéhez 0 dBm kimeneti teljesítménnyel elegendő a P min = -70 dBm vevő érzékenysége. Figyelembe véve a -114 dBm-es vevő bemeneti zajszintet (1 MHz-es zajsávban) és a vételi út kimenetén a K m = 21 dB követelményt, a maximális információátviteli hibaarány BER = 0,1 biztosítása érdekében %, azt kapjuk, hogy a zajérték 13 dB . Ezt az értéket az érzékenységi képletből számítják ki
P min = -174 dBm + NF + 10 lgB + a + K m , (1)
ahol -174 dBm a termikus zajteljesítmény (kTB) egy 1 Hz-es sávban normál hőmérséklet; NF - zajadat, dB; B - a demodulátor előtti frekvenciasáv, 1 MHz; a - válaszküszöb, a = 3 dB; K m - együttható a moduláció típusától függően.
Az eddig elért zajmutatóhoz képest, ami jóval 13 dB alatt van, ez meglehetősen rossz értéknek tűnik. Ez az alacsony követelmény azonban lehetővé teszi az olcsó veszteséges alkatrészek használatát, és védelmet nyújt a zavaró jelek ellen (crosstalk a hordozóban és a tápkábelekben).
Bluetooth vevő dinamikus tartomány kiszámítása
A dinamikatartomány felső határa a 3. rendű intermodulációs torzítási szorzat szintjéből becsülhető meg, ha feltételezzük, hogy a bemeneten 2 jel van, két szomszédos csatorna frekvenciájával.
Két f 0 + D f és f 0 + 2D f frekvenciájú jel P IM3 harmadrendű intermodulációs torzítási szorzatot hoz létre a vizsgált rádiócsatornában f 0 frekvenciával. A P IM3 termék teljesítményszintje a P in bemeneti zavaró teljesítménytől és a teljes vevő nemlineáris paraméterétől - az IP 3 harmadrendű elfogási ponttól - függ, és egyenlő:
P IM3 = 3P in - 2IP 3 [dB]. (2)
A torzításmentes dinamikatartományt abból a feltételből határozzuk meg, hogy a lineáris és nemlineáris eredetű torzítások egyformán befolyásolják a demodulátorban lévő torzítást és egyformán rontják a saját jel érzékelését. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy a BER ne haladja meg az érzékenység meghatározásakor beállított 0,1%-os értéket, szükséges, hogy a vett jel teljesítménye 3 dB-lel legyen a zajszint felett (ami a vevő Pmin érzékenységének felel meg). Ezért a (2) kifejezésben IP3 = -16 dBm-t kaptunk, feltételezve, hogy a PIM3 intermodulációs szorzata egyenlő a vevő érzékenységével, a két zavaró jel teljesítménye 0 dBm, és az interferencia 1 m távolságban van jelen. .
Az IP3 értéket = -16 dBm a vevő érzékenységével Pmin = -70 dBm kombinálva (1) és (2) azt kapjuk, hogy a Bluetooth vevő torzításmentes dinamikus tartománya (SFDR) egyenlő legyen
SFDR = 2/3 (IP 3 - (P min + 3 dB)) = 50 dB. (3)
Az adóblokk is meglehetősen egyszerű. A bináris GFSK moduláció az FM helyi oszcillátor közvetlen modulációjával érhető el. Ezért nincs szükség további fázis-felkonverziókra. Az alapsávi jelet Gauss-szűrővel szűrik, hogy megtartsák a 2,45 GHz-es ISM sávban működő FM-rendszerekhez szükséges 1 MHz-es spektrumszélességet. A Gauss-féle burkológörbe moduláció nem támaszt magas követelményeket az adó kimeneti fokozatának linearitásával szemben, itt gazdaságos C osztályú erősítők használhatók.
A Bluetooth-adó teljesítménye körülbelül 0 dBm (maximum 20 dBm-ig használható). 0 dBm-nél nagyobb teljesítményszinteknél zárt hurkú teljesítményszabályozást alkalmazunk.
Mobiltelefon hatótávolságának kiszámítása Bluetooth rendszerben
Ismeretes, hogy a rádiójel teljesítménye a P n vételi pontban egyenlő:
ahol P az adó által kisugárzott teljesítmény; G m - az adóantenna maximális nyeresége; A eff.m - maximum hatékony terület vevőantenna (az antenna geometriai területével arányos); F(,) - az adóantenna sugárzási mintázatának függvénye; F"(",") - a vevőantenna sugárzási mintázatának függvénye.
Ebből a képletből megkaphatja a maximális rádiótávolságot, feltéve, hogy az antennák egymás felé mutatnak,
ahol P n.min - vevő érzékenysége, esetünkben P n.min = 10-10 W (-70 dBm).
A (4) képletbe behelyettesítve az adóteljesítményt P = 10-3 W, G m = 0,5, A eff.m = 25 10 -6 (5 x 5 mm), r m = 3 m-t kapunk.
Ez az érték megközelíti a Bluetooth rendszer követelményeit, és előfordulhat Kiindulópont az antenna geometriájának kiszámítása, mivel a többi jellemzőt az adó-vevő chip szabványa határozza meg.
Antennák Bluetooth-hoz (a gyártók és megoldások áttekintése)
Számos cég, mint például a Hitachi Metals, a Murata, a Yocowo, az Antek Wireless, a Centurion és mások már számos antennát gyártanak, amelyeket a celluláris telefonálásban használnak, és kifejezetten a jó nagyfrekvenciás tulajdonságokkal rendelkező kerámia anyagokat használó Bluetooth-rendszerekhez terveztek.
A Hitachi Metals kiadta az "E-Type Electrode Configuration" antennákat (4. ábra), amelyek kiválóan alkalmasak Bluetooth alkalmazásokhoz. Az új antenna helyigénye nagyon kicsi (15x3x2mm), nem érzékeny a perifériás alkatrészek elhelyezkedésére, nagy teljesítményű Bluetooth kristály antennaként is elkészíthető, könnyen kezelhető.
4. ábra: A Hitachi Metals Bluetooth-antenna nézete
Antek Wireless Inc. új, eredeti kialakítású, 2,4 GHz-es antennát fejlesztett ki, amely gyakorlatilag minden projektspecifikációt meghaladó hatékonyságot biztosít, kicsi, és szinte bármilyen eszközbe beépíthető. Az antenna alkalmas különféle alkalmazások például vezeték nélküli videoátvitel, audioberendezések, fejhallgatók, modemek, mobil számítógépek, hordozható telefonok és más hordozható kézi eszközök, amelyek Bluetooth, IEEE 802.11 és HomeRF protokollt használnak.
A Centurion International kifejlesztett belső antenna PIFA vagy egy lapos antenna variációi Bluetooth technológiát használó hordozható számítógépekben való használatra. Az új antenna lehetővé teszi a számítógépgyártók számára, hogy olyan hordozható eszközöket fejlesszenek ki, amelyekkel könnyen kommunikálnak hordozható telefonokés üzenetküldő rendszerek, csatlakozzon az internethez nagy sebességek adatátvitel.
Murata Manufacturing Co. megkezdte a beépített dielektromos antennák gyártását és értékesítését laptopokhoz Bluetooth technológiával (5. ábra). Az új G2 sorozat modul méretei 15x5,8x7,0 mm.
5. ábra ANCG22G41 Murata chipantenna
Miyazaki Matsushita Electric Industrial Co. kft Bemutat egy ultrakompakt antennát a Bluetooth-eszközökhöz. Az antenna kerámia alapra készül, méretei 5x1,2x1,2 mm. Ez a legkisebb antenna a Bluetooth-iparban. Az antenna jellemzői a következők: működési frekvencia 2,4 GHz, erősítés -2 dBi, feszültség állóhullám-arány (VSWR) 2,0.
6. ábra Kerámia antenna mobiltelefon tokban (fotó)
TDK Corp. két kis, 7 mm x 7 mm-es félhullámú antennát gyárt Bluetooth termékekhez. A CANPB0715 antenna -5 dBi, a CANPB0716 antenna pedig 3 dBi erősítéssel rendelkezik. A legtöbb más kis antenna negyedhullámú. Használatuk csak nagyobb mobil eszközökben, például laptopokban lehetséges, ahol a készülék testéhez földelés történik. A mobiltelefonokhoz félhullámú antennák fejlesztésére volt szükség.
7. ábra: Bluetooth antenna 3D nézete fémezett mobiltelefon tokban (HFSS rajz)
E-típusú antenna konfiguráció
Korábban az antennáknak két alapvető konfigurációja volt: az F-típusú fordított egyvégű antenna és a lapos antenna.
A fordított F antenna egyik oldala nyitott, a másik oldala földelve van a méret csökkentése érdekében, de a nyitott oldal ki van téve a földelő elektróda hatásának. Ezért egy adott térben az antennatulajdonságok megvalósításához nagy területre van szükség, és a perifériaelemek elrendezésének tervezésénél is ügyelni kell.
Ezenkívül a lapos antenna rendkívül érzékeny (nagy nyereség) és erős iránytulajdonságokkal rendelkezik, így alkalmatlan az olyan Bluetooth alkalmazásokhoz, ahol mindenirányú működésre van szükség.
A Hitachi Metals által kifejlesztett antennatípus az F-típusú fordított antenna egyedülálló előnyeivel rendelkezik, de mindkét oldalon földelektródákat tartalmaz, valamint egy központi, kúp alakú elektródát is. Más szavakkal, a Hitachi Metals által feltalált új E-Type Electrode konfiguráció tovább miniatürizálható, és nincs jelentős hatással a közeli földelőelektródákra. Minél kisebb az antenna, annál kevésbé befolyásolja a ház a paramétereit.
A Bluetooth rendszerhez tartozó összes antennatervezés fenti elemzése lehetővé teszi az antennaspecifikációban szereplő főbb antennaparaméterek azonosítását, amelyek alapján lehetőség nyílik egy ilyen antennával rendelkező mobiltelefon tervezési módszerének kiválasztására.
A Bluetooth rendszerantenna műszaki követelményei:
- működési frekvenciasáv: 2400…2500 MHz;
- átlagos erősítés: -3 dBi;
- bemeneti impedancia: 50 Ohm;
- VSWR: 3 vagy kevesebb.
Az antennarendszer tervezése során a következőkre van szükség:
- kiszámítja az illesztési struktúrát a szűrő bemenete és a mikroszalag antenna betáplálási pontja között;
- optimalizálja a talajfelületet (néha ellensúlynak is nevezik), vagyis keresse meg a telefontok belső felületének optimális kitöltését vezető területekkel. Manapság ezt gyakran úgy valósítják meg, hogy a ház egyes részeit vezető festékkel lefestik.
Az antennatervezés célja a szükséges sugárzási mintázat (RP) és jó illeszkedés elérése a működési frekvenciasávban.
Síkantenna általánosított szerkezetének elemzése
A Bluetooth rendszer meglévő antennáinak áttekintése azt mutatja, hogy bonyolult konfigurációjú fém formájúak, amelyek egy háromdimenziós hordozó egy vagy több oldalán vannak elhelyezve, leggyakrabban nagy permeabilitású kerámia (8. ábra). Ezért azt mondhatjuk, hogy ezek a formák mindegyike rezonátor. Ismeretes, hogy az antenna méretei a működési frekvenciához kapcsolódnak. Ha feltételezzük, hogy az antenna a hosszabbik oldalon rezonál, akkor az antenna hossza a következő egyszerű képlettel becsülhető meg:
ahol f r - adott rezonanciafrekvencia; a szubsztrátum anyagának relatív permittivitása. Ez a képlet nem veszi figyelembe az antenna szubsztrát szélességének és hordozóvastagságának a rezonanciafrekvenciára gyakorolt hatását, de ez a hatás általában elhanyagolható. Az (1) képlet tükrözi a nyomtatott antenna (9. ábra) fizikai természetét, mint félhullámú rezonátort, amely a felső vezető és az antenna alapsíkja közötti térben jön létre. Például f r = 2,5 GHz és = 34 (kerámia) frekvencián az (1)-ből A ~= 10,3 mm.
8. ábra: YCE-5207 Bluetooth Antenna Geometry in AutoCAD
9. ábra: AutoCAD-ben tervezett Bluetooth antenna (felülnézet).
Az antenna hossza legalább felére csökkenthető (ha azonos frekvencián működik), ha az egyik vége földelve van. Ilyenkor az úgynevezett fordított F-antennát (PIFA) kapjuk, ami egy negyedhullámú rezonátor, melynek egyik vége földelt, a másik pedig nyitott (tétlen). A PIFA-t (3. ábra) egy koaxiális vezeték hajtja meg olyan ponton, ahol az antenna bemeneti impedanciája megközelíti az 50 ohmot. Tehát a PIFA hossza hozzávetőlegesen megbecsülhető
Az azonos frekvenciára hangolt f r = 2,5 GHz és = 34 antennánál ~= 5,1 mm-t kapunk, ami már jóval kevesebb helyet foglal, mint az előző esetben. Az antenna tényleges mérete még kisebb is lehet a rezonátor nyitott végére koncentrálódó peremközeli mező hatása miatt.
Az E-antenna mérete, mivel mindkét oldalon fel van tekerve, nagyjából a következőre becsülhető
Mivel a Bluetooth rendszer antennái egy félig zárt, összetett alakú pajzsban vannak, az antennarendszer teljesítménye jelentősen eltérhet az elméleti képletekkel számított teljesítménytől. Ebben az esetben az antenna paraméterei (a vezetékek méretei és magasságbeli távolságuk) optimalizálhatók az szoftvercsomagok, elektromágneses szerkezetek modellezése (10. ábra).
10. ábra Közeli mező mobiltelefonon (a HFSS program mezőjében)
Vegyük észre, hogy a PIFA antenna kis méretének előnyét az emissziós képesség csökkentésével érjük el (csak egy élt sugároz), ráadásul a PIFA antennák általában keskeny sávúak.
Síkantennák tervezésének numerikus módszerei
Az antennák minden rádiókommunikációs rendszer alapvető építőkövei, és szabad teret használnak hordozóként. Az adó vagy vevő interfészére szolgálnak szabad térben.
Az antennáknak van számuk fontos paramétereket, amelyek közül az erősítés, a sugárzási mintázat, a sávszélesség és a polarizáció a legérdekesebb.
A mobiltelefon-antennák modern kialakítása (11. ábra) az elektromágneses jelenségek számítógépen történő szimulációján alapul, kiindulási adatként az előzetes számítások és heurisztikus megfontolások alapján kapott eredményeket.
11. ábra A Bluetooth antenna nézete a mobiltelefon tokban
A modell létrehozásakor emlékezni kell arra, hogy a geometriának meg kell felelnie az antenna tényleges helyzetének működés közben, vagyis úgy, hogy a ház függőleges helyzetben (vagy enyhe szögben) legyen. Ebben az esetben a lapos antenna éles helyzetben van.
A miniatűr kerámia antennák jellemzői
A kerámia antenna nagy dielektromos állandójú hordozóra készül. A nagy áteresztőképességű anyagnak szintén nagy a vesztesége.
Ezért az ilyen antennák kiszámítását olyan programokkal kell elvégezni, amelyek alapvetően figyelembe veszik a kerámia veszteségeit. Ilyen program a HFSS program.
Ahhoz, hogy egy lapos antennát sikeresen beépítsünk egy mobiltelefon-készülék szerkezetébe, olyan számítási vizsgálatokat kell végezni, amelyek megmutatják az antennarendszer jellemzőinek függőségét a telefon szerkezetének egyes elemeitől.
Megjegyezzük a mikroszalagos antennák következő jellemzőit:
- a mikroszalagos antennák keskenyebbek, mint a spirálisak;
- a mikroszalagos antennák könnyen megvalósítják a körkörös polarizációt, összehasonlítva a spirális antennák túlnyomóan függőleges polarizációjával;
- A mikroszalag antennák azimutsíkban egyenetlenebb sugárzási mintázatot mutatnak, mint a spirális és vibrátoros antennák, a függőleges tengely körüli aszimmetria miatt.
Mint már említettük, a kerámia antenna egy 3D-s szerkezet, amelynek mindkét oldalán bizonyos alakú fémvezetőket helyeznek el. Ennek a kialakításnak egy vagy több gerjesztési pontja lehet. Ezeken a pontokon gerjesztő feszültséget kapcsolnak az antennára, amely sugárzási áramokat indukál a szerkezetben. A gerjesztési pontokat kiegyenlítő transzformátor (balun) kötheti össze.
A nyomtatott antennának a gerjesztési pontokon kívül lehetnek földelési pontjai (csatlakozás az alaplaphoz). Az ebben az összetett szerkezetben indukált áramok alakítják a sugárzási mintát, és megvalósítják az antenna egyéb jellemzőit, amelyek szükségesek a kommunikáció kialakításához. személyi számítógép vagy más eszközzel.
Mivel az elektrodinamikai számítás eredményeként meg lehet határozni az áramok eloszlását a rendszerben, ezek elemzése alapul szolgálhat az antenna korszerűsítéséhez.
Az antenna tervezése során mindenekelőtt 50 Ohmhoz közeli bemeneti impedanciát kell elérni, mivel ebben az esetben az antennát alacsony zajszintű bemeneti erősítővel és teljesítményerősítővel lehet illeszteni. az átviteli út kisebb veszteséggel.
Például, ha az antenna visszatérési vesztesége (20 log |S 11 | paraméter) körülbelül -20 dB, ez azt jelzi, hogy az antenna a működési frekvencia tartományban jó koordinációval fog működni a környező térrel. A -20 dB érték azt jelzi, hogy a generátor teljesítményét szinte visszaverődés nélkül veszi fel az antenna, amely viszont szabad hellyel van terhelve. Az antenna egy transzformátor a teljesítményerősítő kimenete (vagy az alacsony zajszintű erősítő bemenete) és a szabad tér között, amelynek impedanciája a távoli mező síkhullámához 377 ohmnak tekinthető.
A következő követelmény a sugárzási jellemzők, amelyek meghatározzák az antenna különböző irányú sugárzási képességét. Az antennák tervezésénél és számításánál általában a sugárzási mintázat két egymásra merőleges síkbeli metszete érdekli őket: az azimut és az eleváció. Az azimutális RP határozza meg az antenna vízszintes síkban történő sugárzási képességét, az RP magasság - függőlegesen. Mindkét minta fontos a mobiltelefonok számára, de az előbbi meghatározza a mindenirányúságot, és inkább a terepi emisszió értékelése szempontjából releváns. A nyomtatott antenna vagy annak módosításai irányíthatósági paraméterei nem lehetnek rosszabbak, mint a meglévő spirális ostorantennáké.
Bluetooth antenna sugárzási jellemzőinek kiszámítása
A táblázat az antenna házban történő modellezésének eredményeit mutatja egy adott kialakítás pontos geometriai méretei alapján. A táblázatból látható, hogy a számított tervezés paraméterei jelentősen eltérnek a mért illesztési paraméterektől (16. ábra). Ezért elemezzük ezen eltérések okait.
Asztal. Az antenna által kisugárzott teljesítmény, irányítottság, erősítés és nagyság a hordozó veszteségei nélkül (dielektromos érintő = 0). A generátor névleges teljesítménye a bemeneten (porton) 1 W
| F Frekvencia | P izl Kisugárzott teljesítmény, számítás, W (sugárzási síkon keresztüli teljesítmények számított összege) |
D Irányítás, dB (a HFSS-re vonatkozó számítás) | G Erősítés, dB = P izl / P nom | S 11 HFSS számítás | 20 logS 11 dB |
| 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 |
A legnagyobb alapvető különbség a számított és a valós tervezés között az aljzat paramétereiben rejlik. Így a táblázatban megadott számítási adatok megfelelnek annak az idealizált esetnek, amikor a kerámia hordozóban nincs veszteség. Ebben az idealizált veszteségmentes esetben megtaláljuk a táblázat paramétereinek kapcsolatát.
A rad értéket a HFSS program számítja ki a teljes sugárzási határon. Az összes erő, amely áthaladt a távoli mező határát jelző falakon, összeadódik, és ezt a P rad-t adja.
Ha a hordozó és a vezetők veszteségmentesek, akkor az antennára érkező összes teljesítmény kisugárzik, azaz P rad. = P ant, és ezt a teljesítményt, amely az antennára érkezett, majd kisugárzott, viszont az eltérés határozza meg:
P izl \u003d P ant \u003d P nom (1 - | S 11 | ²), (7)
ahol Pnom a generátor névleges teljesítménye. A HFSS alapján 1 W-ra van állítva.
2 GHz-es frekvencián, a táblázatnak megfelelően, a (7)-től van
P ant \u003d 1 (1 - | 0,96 | ²) \u003d 0,07 W,
amely megfelel a táblázatban szereplő P izl számított értéknek.
Az antennaerősítés értelemszerűen
Ha (7)-et (8) behelyettesítjük, logaritmikus skálán kapjuk, hogy
G \u003d 10lg (1 - | S 11 | ²) + D. (9)
2 GHz-es frekvenciához megvan az antennaerősítés
G \u003d 10lg (1 - | 0,96 | ²) + 3,47 \u003d -7,8 dB.
Tehát megmutattuk az antenna paramétereinek kapcsolatát a szubsztrát vesztesége nélkül.
Írjuk át a (7)-et a következő formában:
A HFSS számítást elemezve azt látjuk, hogy 2 GHz-es frekvencián és más frekvenciákon is gyenge az antennaerősítés, és ami a legfontosabb, antenna eltérés van (12. ábra). A kísérletek azonban azt mutatják, hogy az antenna erősítése sokkal nagyobb, még illeszkedő áramkörök nélkül is. Mi a helyzet? Furcsa módon kiderül, hogy a veszteségek jelenléte a kerámia hordozóban segíti az antenna illeszkedését és javítja egy kis antenna teljesítményét a hagyományos antennához képest, amelynek méretei arányosak a hullámhosszal. Valóban, ha a veszteségeket tg = 0,1-re növeljük (természetesen irreálisan nagy), HFSS-re számítva, megkapjuk az 1. ábrán látható illesztési függőségeket. 13.
12. ábra: Bluetooth antenna frekvenciaválasza kerámia paraméterekkel = 34, tg = 0 (veszteségmentes). Az ábrán látható, hogy rossz a megállapodás.
13. ábra: Bluetooth antenna frekvenciaválasz kerámia paramétereknél = 34, tg = 0,1 (2 GHz-en)
Annak érdekében, hogy az antenna hatásfokát a veszteségek függvényében vizsgáljuk, kiszámítjuk a házban lévő antenna jellemzőinek a kerámia veszteségétől való függését. A kerámiának vannak veszteségei, és a számítások azt mutatják, hogy ha azt feltételezzük, hogy nincs veszteség, akkor az antenna illesztése rossz, ha veszteségek vannak, az illeszkedés javul.
A P izl teljesítményt a program numerikusan számítja ki az összes sugárzási határra eső teljesítmények összegeként. Ez a teljesítmény kisebb, mint a generátor névleges teljesítménye, és csak egy része annak.
Mivel ebben az esetben veszteségeink vannak, ezeket a veszteségmentes eset (7) képlet és a P rad értéke közötti teljesítménykülönbségként definiáljuk. A P izl = P ant egyenlőség már nem érvényes, ezek a hatványok a szubsztrátum veszteségeitől különböznek:
P izl \u003d P ant - P abszorpció. (tizenegy)
Ha a (11)-et behelyettesítjük a (8) képletbe, azt kapjuk, hogy az antenna erősítését, figyelembe véve a kerámia veszteségeit, a képlet határozza meg.
amelyet a formában ábrázolhatunk
|S 11 |² \u003d 1 - Ktg - G / D, (13)
ahol K * tg \u003d P mély / P nom, K általános esetben nem egyenlő 1-gyel.
A (13)-ból látható, hogy |S 11 |² csökken a veszteségek növekedésével, és érthető, hogy a veszteséges kerámiák esetében miért egyszerűbb az antennával való illesztés.
14. ábra: Bluetooth antennarendszer magassági mintája
15. ábra Bluetooth antennarendszerrel rendelkező mobiltelefon azimutális sugárzási mintázata
A számítások azt mutatják, hogy a felhasználó testének hatása egy kis antenna sugárzási mintázatára sokkal kisebb, mint a mobiltelefon fő antennájának RP-jére. Ugyanez mondható el a Bluetooth antenna kisugárzott erejének az emberi testre gyakorolt fordított hatásáról is.
Síkantenna kísérleti vizsgálata
Az antenna kísérleti hangolása az illesztési kritérium és az RP kritérium szerint végezhető el. ábrán. A 16. ábra az S11 paraméter mért frekvenciaválaszát mutatja Smith diagramon ábrázolva.
16. ábra Az antenna bemeneti impedanciája hálózati elemzővel mérve a házban
Ezeket a kísérleti méréseket a HP8632 áramköri mérőn végeztük.
Kísérleti torzítás mérés rezonancia frekvencia antennarendszer, amikor az antennát képernyővel árnyékolták, azt mutatta, hogy a rezonancia frekvencia eltolódása az antenna házba helyezésekor 50 MHz volt.
Következtetés
A cikk bemutatja a mikrocsíkos antenna modellezésének jellemzőit a vezeték nélküli helyi kommunikációra tervezett Bluetooth rendszerben. A mobiltelefon Bluetooth rendszerét tekintjük. fő jellemzője az antennarendszer működése - az antenna működése erősen fémezett házban, azaz nagy ellensúllyal. Ezért az antenna által a ház felületén indukált áramok kiszámításához az elemző programot 3D ábrázolásban kell használni. Ilyen program a HFSS. Ebben az esetben az antenna modellezése más házelemekkel együtt a teljes antenna- és csőtervezési folyamat elengedhetetlen része.
A modellezési folyamat jellemzőit a Yocowo YCE-5207 patch antenna segítségével mutatjuk be, amely egy téglalap alakú fémbetét és egy mikroszalag vonal kombinációja a kerámiákon, nagy dielektromos állandóval, meglehetősen összetett formákkal. Egy konkrét elemzés eredményeit a következőképpen mutatjuk be frekvencia jellemzők reflexiós együttható, esetáramok, közeli mező és DN. Bemutatjuk a csőtest elemeinek hatását a távoli zóna sugárzási mintázatára. A külső és a belső antenna rögzítési lehetőségeit egyaránt figyelembe veszik.
Irodalom
- Jennifer Bray, Charles Sturman. Bluetooth: csatlakozik kábelek nélkül. Prentice-Hall, 2001. 495 p.
- Balanis C.A. Antennaelmélet: Elemzés és tervezés, Wiley & Sons. 2. kiadás. 1997.
- Fujimoto K. és James J.R. (szerkesztők). Mobil antennarendszerek kézikönyve. 2. kiadás. Artech ház. 2001. 710 p.
- Kessenikh V., Ivanov E., Kondrashov Z. Bluetooth: a felépítés és a működés elvei // Chip News. 2001. No. 7. S. 54–56.
- Kalinichev V., Kurushin A. Mikroszalagos antennák mobiltelefonokhoz // Chip News. 2001. No. 7. S. 6–12.