Uygulamalar için Anten Tasarımı tanımlanmamış ve standartlaştırılmamış içinde
Pirinç. 3.14. Anten boyutları
9 0 5 . Modelin maksimum yönünde yayılan gücün, tüm yönlerde ortalaması alınan güç akışı yoğunluğunun değerine oranı olarak tanımlanan antenin yönlülük faktörü (DAC), radyasyon modelinin tipine bağlıdır.Anten kazancı, yönlendirici faktörün ve anten verimliliğinin ürünü olarak tanımlanan yönlülük faktörü ile benzersiz bir şekilde ilişkilidir. Tipik olarak kazanç, izotropik bir antenin (dBi) kazancına göre desibel cinsinden ölçülür. İzotropik bir anten, her yöne aynı radyasyonu sağlayan bir antendir.
Antenlerin bir diğer önemli göstergesi de polarizasyon tipidir. Polarizasyon, doğrusal (yatay ve dikey) ve eliptik, özel bir durumda dairesel olabilir. Bluetooth iletişim ağlarında, yatay düzlemde (0-5) dBi kazanç ile çok yönlü antenler uygulama bulacaktır.
Antenler için, aynı antenin hem verici hem de alıcı olarak kullanılabileceğine göre karşılıklılık ilkesinin geçerli olduğuna dikkat edilmelidir.
Bluetooth uygulamalarında, topraklanmış bir alt tabakanın üzerine yerleştirilmiş, şu veya bu şekilde metalik bir iletken olan mikroşerit ve baskılı antenler yaygın olarak kullanılabilir. Böyle bir anten başarıyla birleştirilebilir baskılı devre kartı, alıcı-vericinin mikrodalga aşamalarının bulunduğu. Alıcı-verici antene belirli bir noktada bağlıdır. Bu noktada sinyal alıcıya yönlendirilir ve vericiden güç sağlanır.
Bazı Bluetooth uygulamaları yönlü antenler kullanabilir. Aşağıda kısa açıklamalar ve bazı imalat şirketlerinden Bluetooth sistemleri için anten özellikleri.
Şirket AntenleriMenzil Yıldızı
P/N100903
Dikey polarize antenBluetooth(TM)/802.11b
|
Tablo 3.11. |
|
|
Frekans aralığı |
2400-2483 MHz |
|
Maksimum Kazanç | |
|
polarizasyon |
Doğrusal |
|
Genişlik radyasyon kalıpları |
çok yönlü |
|
Anahtarlamalı güç | |
|
Besleme noktası empedansı | |
|
Boyutlar |
22,0 x 12,7 x 0,8 mm |
Pirinç. 3.13. Antenin dış görünümü 100903
100903 anteni, 2400-2483 MHz çalışma frekansı aralığına sahip dikey olarak polarize bir antendir. Erişim noktalarına, masaya ve duvara monte cihazlara, cep telefonlarına, PC kartlarına, PDA'lara ve diğer Bluetooth uygulamalarına entegrasyon için çok uygundur. Bu güvenilir, basit ve ayarsız bir antendir. Antenin görünümü, tasarımı ve radyasyon modeli, Şek. Sırasıyla 3.13, 3.14 ve 3.15. Ana özellikler Tablo 3.11'de gösterilmektedir.
Pirinç. 3.15.
AntenBluetooth(TM)/802.11b- P/N100930
100930, Bluetooth ve 802.1 lb sistemleri için 2400-2483 MHz çalışma frekans aralığına sahip yerleşik bir antendir. İçine entegre edilebilir erişim noktaları, masaya ve duvara monte cihazlar, PC kartları ve diğer Bluetooth cihazları. Antenin görünümü, tasarımı ve radyasyon desenleri Şekil 3.1673.19'da gösterilmektedir. Ana özellikler tablo 3.12'de özetlenmiştir.
[İle birlikte. 3.16. Antenin dış görünümü 100930
Şirket AntenleriKOSANT
KOSANT, Bluetooth için minyatür mikroşerit antenler üretmektedir. Ana anten türleri ve özellikleri tablo 3.13'te verilmiştir.
Tablo 3.13. KOSANT antenlerinin ana tipleri ve özellikleri
Pirinç. 3.18. Azimut düzleminde radyasyon paterni
|
Sıklıkaralık (MHz) |
2400-2500 |
|||||||
|
Kazanç (dBi) | ||||||||
|
polarizasyon |
Doğrusal |
Doğrusal |
Doğrusal |
Doğrusal |
Doğrusal |
Doğrusal |
Doğrusal |
Doğrusal |
|
Empedans (P) | ||||||||
Örnek dış görünüş ve bu antenler için ışıma modelleri Şekil l'de gösterilmiştir. 3.20 -5- 3.22.
Pirinç. 3.20. Anten görünümü
Pirinç. 3.19. Anten boyutları
olumsuzluk. 3.21. Azimut düzleminde radyasyon paterni
Pirinç. 3.22. Yükseklik düzleminde yönlü desen
Alıcı-vericinin bu antenlerin topraklanmış bir kalkan üzerine monte edilmiş olduğuna dikkat edin.
3.8. Bluetooth tabanlı ürünler için hata ayıklama ve geliştirme yardımcıları
Teknolojinin anlaşılmasını, buna dayalı ürünlerin geliştirilmesini ve hata ayıklamasını basitleştirmek için Ericsson, her biri belirli bir kullanıcı, geliştirici ve entegratör yelpazesine odaklanan birkaç özel araç sunar. Bu araçlar, Bluetooth cihazlarının maliyetini düşürmeye, kolaylaştırmaya ve geliştirmeyi hızlandırmaya yardımcı olur.
Başlangıç kiti -Bluetooth® Başlangıç Seti
Setin tasarımı Şekil 3.23'te gösterilmektedir.
Pirinç. 3.23. Bluetooth Başlangıç Seti
Tanım
Bluetooth Başlangıç Kiti, ses ve veri uygulamaları için düşük maliyetli ve tamamen işlevsel bir geliştirme ortamı sağlar.
Ericsson Microelectronics'in Bluetooth modülüne dayalıdır. Kit, tomurcuklanan Bluetooth kablosuz teknolojisi geliştiricilerinin Bluetooth uygulamaları oluşturmasına, geliştirme süresinden tasarruf etmesine ve maliyetleri düşürmesine olanak tanır.
Başlangıç Seti, mühendislerin teknolojiye alışmaları ve geliştirme çalışmalarına başlamaları için esnek bir tasarım ortamı sağlar. Geliştiricilerin devre tahtası ürünleri için entegre uygulamalar oluşturmasına olanak tanıyan Bluetooth kablosuz teknolojisinin temel özelliklerini gösterir.
Set şunları içerir: anakart uyumlu konektörler ve güç devrelerinin yanı sıra kartta tam Bluetooth modülü bulunan bir yardımcı kart ile. Bu set ile uygulamanız gereken tüm özellikleri elde edebilirsiniz. kablosuz teknoloji Bluetooth.
Kit, ana cihaza dayalı uygulamalar geliştirmek için kullanılır ve ayrıca ilgili uygulama programlama arayüzleri (Uygulama Programlama Arayüzü - API) dahil olmak üzere temel Bluetooth yazılımını sağlar.
Geliştirme kiti -Bluetooth™ Geliştirme Kiti
Kartın tasarımı şekil 2'de gösterilmektedir. 3.24.
Pirinç. 3.24. Bluetooth Geliştirme Kiti
Tanım
özel tarafından onaylandı çalışma Grubu Mavi Birim olarak Bluetooth, Ericsson Microelectronics'in Bluetooth Geliştirme Kiti, Bluetooth uygulamaları geliştirmeyi basitleştirir, hızlandırır ve maliyetini düşürür.
Mühendislerin açık bir kablosuz standardı bir dizi dijital cihaza entegre edebilecekleri eksiksiz ve esnek bir geliştirme ortamı sağlar. Tüm donanım arayüzlerine erişim sağlayan set, hem gömülü hem de bağımsız uygulamalar geliştirmek için kullanılır. Paket, tasarım sürecini olabildiğince hızlı ve kolay hale getirmek için yazılım ve donanım hata ayıklama yetenekleri içerir.
Yükseltme kitiBluetooth - Bluetooth Yükseltme Kiti
Ürünün tasarımı şekil 1'de gösterilmiştir. 3.25.
Pirinç. 3.26. Bluetooth Uygulama ve Eğitim Araç Kiti
Pirinç. 3.25. Bluetooth Yükseltme Kiti
Tanım
Yükseltme Kiti, Bluetooth Geliştirme Kiti sahiplerinin Bluetooth Geliştirme Kitlerini yükseltmelerine olanak tanır işlevsellik. İhtiyaçlarınıza bağlı olarak birkaç farklı yükseltme kiti mevcuttur.
SürümR1A
Yükseltme Kiti sürüm R1A, çok noktalı (çok noktalı) iletişim sağlar. Organize bir ağ, yedi adede kadar bağımlı cihazı ve ayrıca ana / bağımlı anahtarlamayı destekler. Bu sürüm OBEX ve TCS protokollerini destekler.
SürümR3B
Mavi Üniteyi test etmek için Yükseltme Kiti R3B gereklidir. Bu set, Bluetooth v.l.Ob özelliklerine uygundur. Ve Blue Unit'i Bluetooth v.1.1 spesifikasyonuna göre test etmek için kullanılabilir.
Bu sürüm OBEX ve TCS protokollerini destekler.
Uygulama ve öğrenme için araç seti -Bluetooth Uygulaması &Eğitim Araç Kiti
Ürünün tasarımı şekil 1'de gösterilmiştir. 3.26.
Tanım
Bluetooth Uygulama ve Eğitim Araç Kiti, okullar ve üniversiteler için tasarlanmıştır ve düşük maliyetli, kullanışlı bir araçtır. pratik alıştırmalar Bluetooth kablosuz teknolojisini öğrenirken. Ericsson Microelectronics tarafından geliştirilmiştir ve üniversite öğrencilerinin Bluetooth kısa menzilli radyo iletişim sistemini hem teorik hem de pratik olarak incelemelerini sağlar.
Pirinç. 3.27. Modülü bir USB bağlantısı kullanarak bir bilgisayara bağlama
Donanım, tam veri aktarım hızının kullanılmasını sağlayan bir USB bağlantısı (şekil 3.27) kullanılarak bir bilgisayara kolayca bağlanabilen bir modülden oluşur. İyi tanımlanmış bir uygulama programlama arabirimi (API), protokol yığınının çeşitli katmanlarına erişim sağlar.
3.9. Bluetooth cihazları için güç tasarrufu modları
Bluetooth teknolojisine dayalı erişim noktaları, yeni nesil mobil cihazların büyük miktarda ses ve veri iletmesini sağlayacaktır. Tipik olarak, Bluetooth ses uygulamaları küçük pil paketlerinde çalışır. Aynı zamanda veri iletim sistemleri ağ kaynaklarından çalışabilir. İlk durumda, ekonomik çalışma modu en alakalı olanıdır. Güçten tasarruf etmenin etkili bir yolu, Bluetooth alıcı-vericinin aktif olduğu süreyi azaltmaktır. Bluetooth Temel Bant özellikleri, ekonomi modunda çalıştırmanın üç ana yolunu sağlar:
1. Bağımlı aygıtın piconete katılması gerekmiyorsa, ancak yine de senkronize edilmesi gerekiyorsa, "PARK" (Park) moduna alınabilir. Bu mod, zaman zaman master ile iletişim kurması gereken bağımlı cihazlar için uygundur. Bu konudaki cihazlar
modu, master tarafından iletilen periyodik bir beacon sinyali (beacon) ileterek master'dan Park modundan çıkmayı talep edebilir. İşaret sinyalleri arasındaki aralıklar birkaç saniye olabilir.
Sniff modu, master ile önceden belirlenmiş bir frekansta periyodik olarak iletişim kurması gereken cihazlar için uygundur. Bu modda, cihazlara her periyodik istekte servis verileceğinin garantisi yoktur. Sniff modu, istek trafiğini azaltarak pil tüketiminden tasarruf sağlar. Koklama aralıkları birkaç saniyeye kadar sürebilir.
"DURAKLAT" (Beklet) modu, cihaz bazen arama trafiğini askıya alabildiğinde uygundur. Cihaz, belirli bir süre boyunca hiçbir şey iletilmesi gerekmediğinde, başka bir piconete katılmak gibi başka bir görevi işlemek için önceden belirlenmiş bir süre için Tutma moduna girebilir, bu da doğal olarak güç tasarrufu sağlar.
Ek olarak, master bilinen (daha önce keşfedilen) cihazlarla iletişim kuruyorsa, iletişim kurarken istek prosedürünü atlayabilirsiniz. Aynı zamanda bağımlı cihaz “çağrı bekletme” modundaysa (Sayfa Tarama), çağrı bekleme süresi sadece birkaç on milisaniye olacaktır. Bu, özellikle ana cihaz pil gücüyle çalışıyorsa ve sürekli çağrı bekleyen bağımlı cihaza elektrik şebekesinden güç alıyorsa önemlidir. Bu durumda cihazın güç tüketimi azalacaktır.
Doğru ekonomik temel bant modunu seçmek için donanım tasarımcısı, her bir uygulamanın bant genişliğini, yanıt süresini (veya gecikmeyi) ve güç gereksinimlerini dikkate almalıdır. Cihaz ne kadar uzun süre boşta kalırsa, güç tasarrufu o kadar fazla olur. Bir cihazın ne sıklıkla iletişim kurması gerektiğini belirleyen sınırlayıcı faktörlerden biri, piconete katılan ana ve bağımlı cihazlar arasındaki saat senkronizasyonunun koşuludur. Bluetooth özellikleri, bir piconet içinde normal modda çalışan bir cihazın (bu modda herhangi bir zamanda erişilebilir) 20 pps'lik bir kararlılık sağlayan bir saat ile çalışmasını gerektirir. Piconet senkronizasyonunu sürdürmek için, master en az 225 ms'de bir senkronizasyon mesajları sağlamalıdır. Bu, normal modda açma arasındaki maksimum süreyi tanımlar.
Güç tasarrufu sağlayan çalışma modlarının kullanılması yalnızca Bluetooth cihazlarının güç tüketimini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda diğer kablosuz cihazlardan kaynaklanan paraziti azaltarak piconet'in güvenilirliğini de artırır. Her Bluetooth piconeti 79 frekans kanalı kullanır. Farklı piconet'ler arasındaki veya Bluetooth piconet'leri ile aynı frekans bölgesinde çalışan diğer kablosuz cihazlar arasındaki çarpışmalar, Bluetooth cihazları çoğu zaman pasif tutularak azaltılacaktır, yani. güç tasarrufu modlarını kullanırken. Böylece, bu durumda en önemli iki kaynak kaydedilir - frekans bandı ve güç kaynağının enerjisi.
Kablosuz cihazlar çok kullanışlıdır - artık kablolar için endişelenmenize gerek yoktur, ancak "havadan" iletişimin yarıçapta kendi belirli sınırlamaları olduğunu açıkça anlamalısınız. Ayrıca, örneğin bilgisayarınız için satın aldığınız Bluetooth adaptörü ne kadar ucuzsa, sabit bir bağlantı elde etmek için o kadar az uzaklaşabilirsiniz. Tabii ki, bazı pahalı cihazlar her zaman pes etmez güzel sonuçlar. Bugün Bluetooth sinyalinin nasıl yükseltileceğinden ve ne kadar gerçekçi olduğundan bahsedeceğiz.
Genel bilgi
Makale, adaptörün sökülmesini, parçalarını değiştirmeyi veya lehimleme ile değiştirmeyi içeren ve herkes için uygun olmayabilecek bazı yöntemleri açıklamaktadır. Elektronik bilginiz yoksa, havya konusunda çok çevik değilseniz veya cihazınız garanti kapsamındaysa, lütfen bu yöntemlerden kaçının.
Adaptörün tamamlanması
Bluetooth hızını artırmanın en basit, ancak en etkili yolu, yayılmasını 360 dereceye yükseltmek yerine sinyali belirli bir yöne yönlendirecek reflektörlü bir adaptörün eklenmesi olarak düşünülebilir.
Bir bira kutusundan böyle bir reflektör yapmayı, üstünü keserek ve birkaç kesim daha yaparak deneyebilirsiniz: yukarıdan aşağıya ve sonra kutunun altını hafifçe ayırıyormuş gibi biraz yanlara.
Bluetooth adaptörü, istediğiniz şeyle birlikte merkeze monte edilir ve bir USB adaptörü ile bilgisayara bağlanır.
Üzerine folyo yapıştırılmış kartondan benzer bir şey yapılabilir.
İşe yarayabilecek başka bir seçenek de kutunun sadece üst kısmını kesmek, ardından kutunun dibine daha yakın bir kesim yapmak ve adaptörü antenin açık olduğu tarafa yerleştirmek. Sonra yine size uygun bir yöntemle tamir edip uzatma kablosu ile bağlıyoruz.
Değişiklikler
Şimdi bağdaştırıcının fiziksel modifikasyonunu içeren yöntemlerden bahsedeceğiz. Daha ucuz olanlarda, aslında onların sorunu olan harici bir anten bulmanız pek olası değildir.
Mümkünse kasayı açıyoruz ve tahtaya lehimlenmiş SMD antenini arıyoruz - parçayı aşırı ısıtmadan sadece çok dikkatli bir şekilde çözmeniz gerekecek.
Sonra, SMA konektörünü anten yerine lehimliyoruz, bundan önce gereksiz her şeyi çıkardık: antenin vidalandığı kısma dokunmuyoruz, ancak diğer ucunda kenarı kesiyoruz, ekranı ve çekirdekleri ayırıyoruz , onları soyun, kalaylayın ve lehimleyin.
Tam olarak nereye lehimleneceği konusunda herhangi bir şüpheniz varsa, amatör radyo forumlarıyla iletişime geçmek en iyisidir.
Şimdi elimizdeki şeye bağlanıyoruz, eski Wi-Fi'den güvenle bükülebilen bir anten.
Halihazırda harici antenli daha pahalı bir cihazınız varsa, ancak sinyalden hala memnun değilseniz, Hiper kazançlı anten durumu kurtarabilir - satın alın, bağlantı için adaptörü kesin ve ekranı çekirdekle paylaşın.
Şimdi oldukça sık, yerleşik bir akıllı telefon, telefon veya iletişim cihazı piyasaya sürüyorlar. Wi-Fi adaptörü. Ve Wi-Fi menzili yaklaşık yüz metredir, ancak Bluetooth ile donatılmış telefonlar yalnızca on metreden fazla olmayan bir mesafede dosya iletir ve alır. Bilgisayarınız için USB-blutooth'unuz ve bluetooth'lu bir telefonunuz varsa, ancak alım aralığında bir artış elde etmek istiyorsunuz. Bütün bunlar oldukça mümkün, ancak usb-bluetooth'un iyileştirilmesi gerekiyor.
Pekala, başlayalım. Bilgisayar için bluetooth adaptörünü söküyoruz, bundan sonra bluetooth kasasında hata ayıklamanız ve adaptör kartını çok dikkatli bir şekilde incelemeniz gerekiyor.
Tüm adaptör modellerinde kartın sonunda spirale benzeyen bakır bir kontak vardır, fotoğrafta 1 numaradır. Bu spiral bluetooth antenidir ve ona ek bir ev yapımı anten lehimlenecektir.
0,4 ila 0,8 mm çapında tek damarlı bir bakır tele ihtiyacımız var. Tel vernik yalıtımı ile kaplanmıştır ve ondan tamamen kurtulmanıza gerek yoktur. Teli fotoğraftaki gibi büküyoruz, sonra bakır telin ucunu önce reçine, sonra kalay ile işleyeceğiz. Aynı işlem bluetooth'da bakır bir spiral ile yapılmalıdır, adaptör kartını aşırı ısıtmayın, tüm işleri çok dikkatli yapın.
Ardından, ev yapımı antenin çıkış noktasında bluetooth adaptörü için kasanın kendisinde bir delik açmanız gerekir. Şimdi kasadaki tahtayı çok dikkatli bir şekilde kapatın. Böylece yükseltilmiş bluetooth hazır, bu da alım aralığında 4 kat artış sağlıyor.
Alım aralığını daha da artırmak için, yalıtımla kaplanacak yeterince uzun telli bir tel alabilir, ucu soymanız ve antene takmanız gerekir, ikinci uç duvara sürülen küçük bir karanfil üzerine takılabilir.
BlueTooth Düzlemsel Anten Sistemleri cep telefonları
V. Kalinichev, A. Kurushin, V. Nedera
Cep Telefonlarında BlueTooth Düzlemsel Anten Sistemleri
Bluetooth kablosuz yerel iletişim sisteminde düzlemsel mikroşerit antenlerin kullanılması konuları ele alınmıştır. Düzlemsel bir seramik antenin tasarımları ve analiz yöntemleri, seramikteki kayıplar dikkate alınarak ele alınmıştır. Durumda antenin sayısal analizi için HFSS programı kullanıldı. belirli için ahize hesaplamalar yapıldı: bir metal yüzeyi üzerinde akım dağılımı, üstü bir dielektrik ile kaplanmış, telefon kılıfı, bir cep telefonunun farklı yönelimleri için radyasyon modelleri. Seri Bluetooth antenlerine genel bir bakış ve bu antenleri kasaya takma önerileri verilmiştir.
giriiş
Bilgi alışverişinin hızının artması kalkınmaya katkıda bulunmuştur. kablosuz sistemler"ev" düzeyinde iletişim. Kişisel bilgisayarlar ve dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, CD ve MP3 çalarlar, dijital kameralar ve video kameralar ve bir dizi başka dijital cihaz (Şekil 1), genellikle birbirine ve birbirine bağlı masaüstü bilgisayarlar, bağlantı sorununu yarattı.
Şekil 1. Bluetooth kablosuz teknolojisini kullanan kısa mesafeli iletişim sistemi
Kablo uygunsuz hale geldi - sık sık bağlamanız gerekiyor, kablonun kendisinin konektörlerle boyutları neredeyse cihazın kendisinden daha büyük vb. Bu arka plana karşı, kablosuz yerel teknolojilerin ilgisi WLAN (Kablosuz Yerel Alan Ağı) keskin bir şekilde arttı ve cihazın ana bilgisayarın diskine temassız bağlanmasını sağladı.
Sonuç olarak, bir sistem önerildi ve hızla gelişmeye başladı. kablosuz iletişim Bluetooth (Şek. 1). Radyo frekans spektrumunda 37 MHz bandında (her biri yaklaşık 2 MHz) 2.4465-2.4835 GHz bandında 79 kanala sahiptir.
öz Bluetooth standardı ekipmanda elektronik aletler 2,45 GHz frekansında, 10 m'ye kadar menzile ve 1 Mbps'ye kadar bilgi aktarım hızına sahip alıcı-vericiler. Bu cihazları kullanma olanakları gerçekten sonsuzdur. Kablosuz kulaklık, fareler, klavyeler, bağlantı cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlar, cep bilgisayarları arasında bilgi alışverişi - sadece listelemeyin.
Bluetooth sistemi, dünya çapında Bluetooth cihazlarını özgürce kullanmanıza izin veren yetkili 2.45 GHz bandında (ISM - Endüstri, Bilim, Tıp bandı) çalışır. Teknoloji, yayılı spektrumlu frekans atlamasını (1600 atlama/s) kullanır. Çalışma sırasında verici, sözde rastgele bir algoritmaya göre bir çalışma frekansından diğerine atlar. Alıcı ve verici kanalları ayırmak için zaman bölümü kullanılır (Şekil 2). Senkron ve asenkron veri aktarımı desteklenir ve TCP/IP ile entegrasyon sağlanır. Zaman dilimleri, her biri kendi radyo frekansında iletilen paketlerin iletimi için senkronize edilir.
Şekil 2 A cihazı ve B cihazı arasındaki alternatif iletişim
Bluetooth cihazlarının güç tüketimi 0.1W içinde olmalıdır. Her cihazın standartla uyumlu benzersiz bir 48 bit ağ adresi vardır. yerel ağlar IEEE 802.
Bluetooth sistemleri oluşturmanın temel ilkesi, frekans atlamalı spektrum yayılımının (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum) kullanılmasıdır. Bluetooth radyo iletişimi için ayrılan 2.402 ... 2.480 GHz'lik tüm frekans aralığı, N frekans kanalına bölünmüştür. Her kanalın bant genişliği 1 MHz, kanal aralığı 140…175 kHz'dir. Paket bilgilerini kodlamak için frekans kaydırmalı anahtarlama kullanılır.
ABD ve Avrupa için, N = 79. İstisnalar, Bluetooth için 23 frekans kanalının kullanıldığı İspanya ve Fransa'dır. Kanallar, 1600 Hz frekansında sözde rastgele bir yasaya göre değiştirilir. Sabit frekans serpiştirme, Bluetooth hava arayüzünün tüm ISM bandı üzerinden bilgi yayınlamasına ve aynı bantta çalışan cihazlardan kaynaklanan paraziti önlemesine olanak tanır. Eğer bir bu kanal gürültülüyse, sistem diğerine geçer ve bu, parazitsiz bir kanal bulunana kadar devam eder.
Yapının sadeliği, Bluetooth sisteminin hızlı bir şekilde başlamasına çok katkıda bulundu. Bir radyo modülü alıcı-verici, bir iletişim denetleyicisi (diğer adıyla bir işlemci) ve üst düzey Bluetooth protokollerini fiilen uygulayan bir kontrol aygıtının yanı sıra bir terminal aygıtıyla bir arabirimden oluşur. Ayrıca, alıcı-verici ve iletişim denetleyicisi özel mikro devreler (entegre veya hibrit) ise, iletişim kontrol cihazları standart mikro denetleyicilerde, sinyal işlemcilerinde veya işlevleri desteğinde uygulanır. merkezi işlem birimleri güçlü terminal cihazları (örneğin, dizüstü bilgisayarlar).
Ayrıca 2 GHz mikrodalga bandına oldukça iyi hakim olunduğu ve Bluetooth'a gömülü olduğu için diğer uygulamalarda kullanılan entegre devreler Bluetooth cihazlarda kullanılmaktadır. teknik çözümler kendi başlarına özellikle yeni değildir. Aslında, modülasyon şeması yaygındır, frekans atlamalı spektrum yayma teknolojisi iyi gelişmiştir ve güç düşüktür.
Bluetooth teknolojisinin başarısının anahtarı radyo alıcı-vericisidir. Düşük fiyat ve düşük güç, hem arayüz özelliklerinin (kısa hava radyo bağlantısı) uygulanmasında hem de alıcı-vericinin tasarımında temel hususlardı. Bluetooth teknolojisi, RF devresini ve dijital akış işleme devresini tek bir silikon çip üzerinde birleştirerek tek çipli bir alıcı-verici oluşturmayı mümkün kılar.
Bluetooth alıcı-verici
Bluetooth alıcı-verici üç işlevsel bloğa bölünebilir (Şekil 3). Radyo ünitesi, RF yukarı ve aşağı dönüştürücüler, temel bant IF, kanal filtresi, modülatör/demodülatör ve frekans sentezleyici içerir.
Şekil 3. Bluetooth alıcı-vericisinin temel öğeleri
Radyo ünitesi, 2.45 GHz frekansındaki FM sinyalini bir bit akışına dönüştürür ve bunun tersi de geçerlidir. Anten sistemin çok önemli bir unsurudur. Anten çok yönlü olmalı ve kazancı 0 dBi olmalıdır, kullanıcının varlığı sinyalin yayılmasını etkilememelidir. 2.45 GHz'deki küçük dalga boyu nedeniyle, antenin boyutu birkaç cm ile sınırlıdır Şu anda en yaygın olarak düz veya PIFA antenleri kullanılmaktadır, ancak seramik bir alt tabaka üzerinde daha küçük E-tipi tasarımlar önerilmiştir. Anten, 2.45 GHz frekansını ISM bandından ayıran bir bant geçiren filtre ile tamamlanmaktadır.
Basit ve sağlam alıcıları ve tutarlı olmayan algılamayı gerçekleştirmek için Bluetooth, frekans sekmesi etrafında 1 Mbps hızında bir Gauss darbesi ile ikili frekans kaydırmalı anahtarlamayı (FM, FSK) kullanır. Böyle bir sinyalin alanı BT = 0,5'tir, burada B banttır, T, 0,28 ila 0,35 arasında bir modülasyon indeksi ve 1 μs darbe süresi ile darbe süresidir. FM, frekansları değiştirirken ve düzensiz zaman aralıklarında veri geldiğinde çalıştırılması zor olan AGC ihtiyacını ortadan kaldırır. RF alıcısının ön ucu, bir alt dönüştürücü, bir kanal bant geçiren filtre ve bir frekans detektöründen oluşur.
Kanal filtresi 1 MHz'lik bir bant genişliği tahsis eder ve oldukça yüksek seçicilik gereksinimlerine sahiptir. ISM bandı, banttaki diğer sistemlerle (diğer Bluetooth sistemlerini içerebilir) paylaşılması gerektiğinden, enstrüman etkileşimini önlemek için adımlar atılmalıdır. Tipik olarak, bir Bluetooth alıcısı aşağı dönüştürme ile oluşturulur (yani, görüntü kanalı IF bandına düştüğünde). Bir dizi çalışan Bluetooth sistemini ayırmak için, engelleme faktörleri ayna kanalı birinci, ikinci ve üçüncü bitişik kanallar için 20, 30 ve 40 dB olmalıdır.
Bluetooth sisteminin çalışmasının doğası gereği, intermodülasyon için teknik gereklilikler, alıcının hassasiyetinden daha katıdır.
0 dBm'lik bir çıkış gücüyle 10 m'lik bir mesafeyi kat etmek için alıcı hassasiyeti P min = -70 dBm yeterlidir. Maksimum bilgi iletim hata oranını sağlamak için -114 dBm'lik (1 MHz'lik bir gürültü bandında) alıcı girişindeki gürültü seviyesi ve Km = 21 dB alıcı yolunun çıkışındaki gereksinim dikkate alındığında, BER = 0,1 %, gürültü rakamının 13 dB olduğunu elde ederiz. Bu değer duyarlılık formülünden hesaplanır.
P min = -174 dBm + NF + 10lgB + a + Km , (1)
burada -174 dBm, 1 Hz bandındaki termal gürültü gücüdür (kTB) normal sıcaklık; NF - gürültü rakamı, dB; B - demodülatörden önceki frekans bandı, 1 MHz; a - yanıt eşiği, a = 3 dB; K m - modülasyon tipine bağlı olarak katsayı.
13 dB'nin oldukça altında olan bugüne kadar elde edilen gürültü rakamı ile karşılaştırıldığında, bu oldukça zayıf bir değer gibi görünmektedir. Bununla birlikte, bu düşük gereksinim, ucuz kayıplı bileşenlerin kullanılmasına izin verir ve parazit yapan sinyallere (alt tabakada karışma ve güç kabloları) karşı koruma sağlar.
Bluetooth Alıcı Dinamik Aralık Hesaplama
Girişte iki bitişik kanalın frekansları ile 2 sinyal olduğunu varsayarsak, dinamik aralığın üst sınırı, 3. sıradaki intermodülasyon bozulma ürününün seviyesinden tahmin edilebilir.
f 0 + D f ve f 0 + 2D f frekanslarına sahip iki sinyal, f 0 frekansı ile ele alınan radyo kanalında üçüncü dereceden bir intermodülasyon bozulma ürünü P IM3 üretir. P IM3 ürününün güç seviyesi, giriş müdahale gücüne P girişine ve tüm alıcının doğrusal olmayan parametresine - üçüncü dereceden kesme noktası IP 3 - bağlıdır ve şuna eşittir:
P IM3 = 3P in - 2IP 3 [dB]. (2)
Bozulmadan bağımsız dinamik aralık, doğrusal ve doğrusal olmayan orijinli bozulmaların demodülatördeki bozulmayı eşit olarak etkilemesi ve kendi sinyalinin algılanmasını eşit derecede bozması koşulundan belirlenir. Bu, BER'nin hassasiyet belirlenirken ayarlanan aynı %0.1 değerini aşmaması için alınan sinyal gücünün gürültü seviyesinin (alıcı duyarlılığı Pmin'e karşılık gelen) 3 dB üzerinde olması gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle, intermodülasyon ürünü PIM3'ün alıcının duyarlılığına eşit olduğu, girişim yapan iki sinyalin gücünün 0 dBm olduğu ve parazitin 1 mesafede mevcut olduğu varsayılarak (2) ifadesinde IP3 = -16 dBm elde edilmiştir. m.
IP3 değeri = -16 dBm ile alıcı hassasiyeti Pmin = -70 dBm'yi birleştirerek, (1) ve (2)'den Bluetooth alıcısının distorsiyonsuz dinamik aralığının (SFDR) eşit olması gerektiğini elde ederiz.
SFDR = 2/3(IP 3 - (P min + 3 dB)) = 50 dB. (3)
Verici bloğu da oldukça basittir. İkili GFSK modülasyonu, FM yerel osilatörünün doğrudan modülasyonu ile elde edilir. Bu nedenle ek faz dönüşümlerine gerek yoktur. Temel bant sinyali, 2.45 GHz ISM bandında çalışan FM sistemleri için gerekli olan 1 MHz spektrum genişliğini korumak için bir Gauss filtresi ile filtrelenir. Gauss zarf modülasyonu, verici çıkış aşamasının doğrusallığına yüksek gereksinimler getirmez; burada ekonomik C sınıfı amplifikatörler kullanılabilir.
Bluetooth vericisinin gücü yaklaşık 0 dBm'dir (maksimum güç 20 dBm'ye kadar kullanılabilir). 0 dBm'den büyük güç seviyeleri için kapalı çevrim güç kontrolü uygulanır.
Bluetooth sisteminde bir cep telefonunun menzilini hesaplama
P n alım noktasındaki radyo sinyalinin gücünün şuna eşit olduğu bilinmektedir:
burada P, verici tarafından yayılan güçtür; G m - verici antenin maksimum kazancı; bir eff.m - maksimum etki alanı alıcı anten (antenin geometrik alanıyla orantılı); F(,) - verici anten radyasyon modelinin işlevi; F"(",") - alıcı anten radyasyon modelinin işlevi.
Bu formülden, antenlerin birbirine doğrultulması şartıyla maksimum radyo menzilini elde edebilirsiniz,
burada P n.min - alıcı hassasiyeti, bizim durumumuzda P n.min = 10-10 W (-70 dBm).
Formül (4)'te verici gücü P = 10-3 W, G m = 0,5, A eff.m = 25 10 -6 (5 x 5 mm) yerine koyarak, r m = 3 m elde ederiz.
Bu değer, Bluetooth sisteminin gereksinimlerine yaklaşır ve Başlangıç noktası anten geometrisinin hesaplanması, çünkü özelliklerin geri kalanı alıcı-verici çip standardı tarafından belirlenir.
Bluetooth Antenleri (üreticilere ve çözümlere genel bakış)
Hitachi Metals, Murata, Yocowo, Antek Wireless, Centurion ve diğerleri gibi birçok firma, hücresel telefonda kullanılan ve iyi yüksek frekans özelliklerine sahip seramik malzemeleri kullanan Bluetooth sistemleri için özel olarak tasarlanmış çok çeşitli antenler üretiyor.
Hitachi Metals, Bluetooth uygulamaları için çok uygun "E-Tipi Elektrot Konfigürasyonu" antenlerini (Şekil 4) piyasaya sürdü. Yeni anten için gerekli olan alan çok küçüktür (15x3x2mm), çevresel parçaların konumuna duyarlı değildir, yüksek performanslı Bluetooth kristal anten olarak yapılabilir ve kullanımı kolaydır.
Şekil 4. Bluetooth için Hitachi Metals anteninin görünümü
Antek Kablosuz A.Ş. neredeyse tüm proje özelliklerini aşan verimlilik sağlayan, küçük ve hemen hemen her cihaza kurulabilen orijinal tasarımlı yeni bir 2.4 GHz anten geliştirdi. Anten için geçerlidir çeşitli uygulamalar kablosuz video iletimi, ses ekipmanı, kulaklıklar, modemler, mobil bilgisayarlar Bluetooth, IEEE 802.11 ve HomeRF protokollerini kullanan taşınabilir telefonlar ve diğer taşınabilir el cihazları.
Centurion International'ın geliştirdiği dahili anten Bluetooth teknolojisini kullanan dizüstü bilgisayarlarda kullanım için PIFA veya düz anten çeşitleri. Yeni anten, bilgisayar üreticilerinin, bilgisayar üreticileriyle kolayca iletişim kurabilen taşınabilir cihazlar geliştirmelerini sağlar. taşınabilir telefonlar ve mesajlaşma sistemleri, internete bağlanın yüksek hızlar veri transferi.
Murata İmalat A.Ş. Bluetooth teknolojisini kullanan dizüstü bilgisayarlar için yerleşik dielektrik antenlerin üretimine ve satışına başladı (Şekil 5). Yeni G2 serisinin modül boyutları 15x5.8x7.0 mm'dir.
Şekil 5. Çip anten ANCG22G41 Murata
Miyazaki Matsushita Elektrik Sanayi A.Ş. Ltd. Bluetooth cihazları için ultra kompakt bir anten sunar. Anten seramik bir taban üzerine yapılmıştır ve 5x1.2x1.2 mm boyutlarındadır. Bluetooth endüstrisindeki en küçük antendir. Antenin özellikleri aşağıdaki gibidir: çalışma frekansı 2,4 GHz, kazanç -2 dBi, gerilim duran dalga oranı (VSWR) 2.0.
Şekil 6. Cep telefonu kılıfındaki seramik anten (fotoğraf)
TDK A.Ş. Bluetooth ürünlerinde kullanılmak üzere iki küçük 7mm x 7mm yarım dalga anteni üretmektedir. CANPB0715 anteninin kazancı -5 dBi ve CANPB0716 anteninin kazancı 3 dBi'dir. Diğer küçük antenlerin çoğu çeyrek dalgadır. Kullanımları yalnızca, cihazın gövdesine topraklamanın yapıldığı dizüstü bilgisayarlar gibi daha büyük mobil cihazlarda mümkündür. Cep telefonları yarım dalga antenlerin geliştirilmesini gerektiriyordu.
Şekil 7. Metalize bir cep telefonu kasasındaki Bluetooth anteninin 3 boyutlu görünümü (HFSS'de çizim)
E-tipi Anten Yapılandırması
Önceden, antenlerin iki temel konfigürasyonu vardı: F tipi ters tek uçlu anten ve düz anten.
Tersine çevrilmiş bir F anteninin bir tarafı açık ve diğer tarafı boyutu azaltmak için topraklanmıştır, ancak açık taraf toprak elektrotunun etkisine tabidir. Bu nedenle, belirli bir uzayda anten özelliklerini gerçekleştirmek için geniş bir alan gereklidir ve çevresel bileşenlerin düzeni tasarlanırken dikkatli olunmalıdır.
Ek olarak, düz anten oldukça hassastır (yüksek kazanç) ve güçlü yön özelliklerine sahiptir, bu da onu çok yönlülüğün gerekli olduğu Bluetooth uygulamaları için uygun hale getirmez.
Hitachi Metals tarafından geliştirilen anten tipi, F tipi ters antenin benzersiz avantajlarına sahiptir, ancak her iki tarafta toprak elektrotları içerir ve merkezi, koni şeklinde bir elektrot eklenir. Başka bir deyişle, Hitachi Metals tarafından icat edilen yeni E-Tipi Elektrot konfigürasyonu daha da küçültülebilir ve yakındaki toprak elektrotlarını önemli ölçüde etkilemez. Anten ne kadar küçükse, mahfaza parametrelerini o kadar az etkiler.
Yukarıda verilen Bluetooth sistemi için tüm anten tasarımlarının analizi, böyle bir antene sahip bir cep telefonu tasarlamak için bir yöntem seçmenin mümkün olduğu bazında, anten spesifikasyonunda yer alan ana anten parametrelerini tanımlamayı mümkün kılar.
Bluetooth sistem anteni için teknik gereksinimler:
- çalışma frekans bandı: 2400…2500 MHz;
- ortalama kazanç: -3 dBi;
- giriş empedansı: 50 Ohm;
- VSWR: 3 veya daha az.
Bir anten sistemi tasarlama sürecinde aşağıdakiler gereklidir:
- filtre girişi ile mikroşerit antenin besleme noktası arasındaki eşleştirme yapısını hesaplamak;
- zemin yüzeyini optimize edin (bazen karşı ağırlık olarak adlandırılır), yani telefon kılıfının iç yüzeyinin iletken alanlarla en uygun şekilde doldurulmasını bulun. Günümüzde, bu genellikle kasanın tek tek parçalarını iletken boya ile boyayarak uygulanmaktadır.
Anten tasarımının amacı, gerekli ışıma modelini (RP) ve çalışma frekansı bandında iyi eşleşmeyi elde etmektir.
Düzlemsel bir antenin genelleştirilmiş yapısının analizi
Bluetooth sistemi için mevcut antenlerin bir incelemesi, üç boyutlu bir alt tabakanın bir veya daha fazla tarafında biriken karmaşık konfigürasyonlu metal şekillere sahip olduklarını, çoğunlukla yüksek geçirgenliğe sahip seramik olduğunu göstermektedir (Şekil 8). Dolayısıyla bu formların her birinin bir rezonatör olduğunu söyleyebiliriz. Antenin boyutlarının çalışma frekansı ile ilgili olduğu bilinmektedir. Antenin uzun kenar boyunca rezonansa girdiğini varsayarsak, antenin uzunluğu aşağıdaki basit formül kullanılarak tahmin edilebilir:
nerede f r - verilen rezonans frekansı; substrat malzemesinin bağıl geçirgenliğidir. Bu formül, anten alt tabaka genişliğinin ve alt tabaka kalınlığının rezonans frekansı üzerindeki etkisini hesaba katmaz, ancak bu etki genellikle ihmal edilebilir. Formül (1), antenin üst iletkeni ile toprak düzlemi arasındaki boşlukta oluşan yarım dalga rezonatörü olarak basılı antenin (Şekil 9) fiziksel yapısını yansıtır. Örneğin, (1)'den f r = 2.5 GHz ve = 34 (seramik) frekansında A ~= 10.3 mm'ye sahibiz.
Şekil 8. AutoCAD'de YCE-5207 Bluetooth Anten Geometrisi
Şekil 9. AutoCAD'de tasarlanan Bluetooth anteni (üstten görünüm)
Bir ucu topraklanmışsa, antenin uzunluğu en az yarıya indirilebilir (aynı frekansta çalışırken). Bu durumda, bir ucu topraklanmış ve diğeri açık (boşta) olan çeyrek dalga rezonatörü olan ters çevrilmiş F-anteni (PIFA) elde edersiniz. PIFA (Şekil 3), antenin giriş empedansının 50 ohm'a yakın olduğu bir noktada bir koaksiyel hat tarafından sürülür. Böylece PIFA uzunluğu kabaca şu şekilde tahmin edilebilir:
Aynı frekansa ayarlanmış bir anten için f r = 2.5 GHz ve = 34, zaten önceki duruma göre çok daha az yer kaplayan ~= 5.1 mm elde ederiz. Rezonatörün açık ucunda yoğunlaşan kenar yakın alanın etkisi nedeniyle antenin gerçek boyutu daha da küçük olabilir.
E-anteninin boyutu, her iki tarafa sarıldığı için kabaca şu şekilde tahmin edilebilir:
Bluetooth sisteminin antenleri, karmaşık şekilli yarı kapalı bir kalkan içinde olduğundan, anten sisteminin performansı, teorik formüllerle hesaplanan performanstan önemli ölçüde farklı olabilir. Bu durumda, anten parametreleri (iletkenlerin boyutları ve aralarındaki yükseklik mesafesi), elektromanyetik yapıları simüle eden yazılım paketlerinden biri kullanılarak optimize edilebilir (Şekil 10).
Şekil 10. Cep telefonunda yakın alan (HFSS programı alanında)
PIFA anteninin küçük boyutunun avantajının, emisyonunu azaltarak (yalnızca bir kenarı yayar) elde edildiğini, ayrıca PIFA antenlerinin genellikle dar bantlı olduğunu unutmayın.
Düzlemsel Antenler Tasarlamak İçin Sayısal Yöntemler
Antenler, tüm radyo iletişim sistemlerinin temel yapı taşlarıdır ve taşıyıcı ortam olarak boş alan kullanır. Boş alanda bir verici veya alıcıyı arayüzlemek için kullanılırlar.
Antenler bir numaraya sahiptir önemli parametreler kazanç, radyasyon paterni, bant genişliği ve polarizasyon en büyük ilgi alanıdır.
Cep telefonu antenlerinin modern tasarımı (Şekil 11), ön hesaplamalar ve buluşsal değerlendirmeler temelinde elde edilen sonuçların ilk veri olarak kullanılmasıyla bir bilgisayarda elektromanyetik olayların simülasyonuna dayanmaktadır.
Şekil 11. Cep telefonu kılıfındaki Bluetooth anteninin görünümü
Bir model oluştururken, geometrinin çalışma sırasında antenin gerçek konumuna uygun olması gerektiği, yani muhafazanın dikey konumda (veya hafif bir açıda) olması gerektiği unutulmamalıdır. Bu durumda, düz anten kenar açık konumdadır.
Minyatür seramik antenlerin özellikleri
Seramik anten, yüksek dielektrik sabiti olan bir alt tabaka üzerinde yapılır. Geçirgenliği yüksek olan malzemelerin kayıpları da yüksektir.
Bu nedenle, bu tür antenlerin hesaplanması, temel olarak seramikteki kayıpları hesaba katan programlar kullanılarak yapılmalıdır. Böyle bir program HFSS programıdır.
Bir cep telefonu ahizesinin yapısına düz bir anteni başarılı bir şekilde monte etmek için, anten sisteminin özelliklerinin telefonun yapılarının belirli unsurlarına bağımlılığını gösterecek olan hesaplamalı çalışmaların yapılması gerekmektedir.
Mikroşerit antenlerin aşağıdaki özelliklerini not ediyoruz:
- mikroşerit antenler sarmal olanlardan daha dardır;
- mikroşerit antenler, sarmal antenlerin ağırlıklı olarak dikey polarizasyonuna kıyasla dairesel polarizasyonu kolayca uygular;
- mikroşerit antenler, dikey eksen etrafındaki asimetrilerinden dolayı, azimut düzleminde sarmal ve vibratörlü olanlardan daha düzensiz bir radyasyon modeline sahiptir.
Daha önce belirtildiği gibi, bir seramik anten, her bir tarafının yüzeyinde belirli bir şekle sahip metal iletkenlerin biriktirildiği 3B bir yapıdır. Bu tasarım bir veya daha fazla uyarma noktasına sahip olabilir. Bu noktalarda antene, yapıda radyasyon akımlarını indükleyen bir uyarma voltajı uygulanır. Uyarım noktaları bir dengeleme trafosu (balun) ile bağlanabilir.
Uyarma noktalarına ek olarak, basılı antenin toprak noktaları (yer düzlemine bağlantı) olabilir. Bu karmaşık yapıda indüklenen akımlar, radyasyon modelini şekillendirir ve antenle iletişim kurmak için gerekli olan diğer özellikleri uygular. kişisel bilgisayar veya başka bir cihaz.
Elektrodinamik hesaplamanın bir sonucu olarak, sistemdeki akımların dağılımını belirlemek mümkün olduğundan, analizleri antenin yükseltilmesi için temel oluşturabilir.
Bir anten tasarlama sürecinde, her şeyden önce, 50 Ohm'a yakın bir giriş empedansı elde etmek gerekir, çünkü bu durumda anteni düşük gürültülü bir giriş amplifikatörü ve bir güç amplifikatörü ile eşleştirmek mümkün olacaktır. daha az kayıpla iletim yolu.
Örneğin, antenin geri dönüş kaybının değeri (parametre 20 log |S 11 |) yaklaşık -20 dB ise, bu, antenin çalışma frekansı aralığında çevre alanla iyi bir koordinasyonla çalışacağını gösterir. -20 dB değeri, jeneratör gücünün, sırayla boş alanla yüklenen anten tarafından neredeyse yansıma olmadan emileceğini gösterir. Anten, güç amplifikatörünün çıkışı (veya düşük gürültülü amplifikatörün girişi) ile uzak alandaki bir düzlem dalgası için empedansı 377 ohm'a eşit olarak kabul edilebilecek boş alan arasında bir transformatördür.
Bir sonraki gereksinim, antenin farklı yönlerde yayılma yeteneğini belirleyen radyasyon özellikleridir. Antenleri tasarlarken ve hesaplarken, genellikle radyasyon modelinin karşılıklı olarak dik iki düzlemdeki bölümleriyle ilgilenirler: azimut ve yükseklik. Azimutal RP, antenin yatay düzlemde, yükseklik RP'de - dikeyde yayılma yeteneğini belirler. Her iki model de bir cep telefonu için önemlidir, ancak ilki çok yönlülüğü tanımlar ve alan emisyon değerlendirmesi için daha uygundur. Basılı bir antenin yönlülük parametreleri veya modifikasyonları, mevcut sarmal kamçı antenlerinkinden daha kötü olmamalıdır.
Bluetooth anteninin radyasyon özelliklerinin hesaplanması
Tablo, belirli bir tasarımın tam geometrik boyutlarını kullanarak bir yuvadaki bir anteni modellemenin sonuçlarını göstermektedir. Tablo, hesaplanan tasarımın parametrelerinin ölçülen eşleştirme parametrelerinden önemli ölçüde farklı olduğunu göstermektedir (Şekil 16). Bu nedenle, bu farklılıkların nedenlerini analiz ediyoruz.
Masa. Anten tarafından yayılan güç, yönlülük, alt tabakada kayıpların yokluğunda kazanç ve büyüklük (dielektrik tanjant = 0). Jeneratörün girişteki (port) nominal gücü 1 W
| F Frekans | P izl Yayılan güç, hesaplama, W (radyasyon düzlemleri aracılığıyla hesaplanan güçlerin toplamı) |
D Yönlülük, dB (HFSS için hesaplama) | G Kazancı, dB = P izl / P nom | S 11 HFSS hesaplaması | 20 günlük 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 |
Hesaplanan ve gerçek tasarım arasındaki en büyük temel fark, alt tabakanın parametrelerinde yatmaktadır. Bu nedenle, tabloda verilen hesaplama verileri, seramik substratta kayıpların olmadığı ideal duruma karşılık gelir. Bu idealleştirilmiş kayıpsız durumda, tablo parametrelerinin bağlantısını buluyoruz.
Rad, tüm radyasyon sınırı üzerinden HFSS programı tarafından hesaplanır. Uzak alanın sınırını belirleyen duvarlardan geçen tüm güç özetlenir ve bu P rad'ı verir.
Alt tabaka ve iletkenler kayıpsızsa, antene gelen tüm güç yayılır, yani P rad. = P ant ve antene gelen ve daha sonra yayılan bu güç, uyumsuzlukla belirlenir:
P izl \u003d P ant \u003d P nom (1 - | S 11 | ²), (7)
burada Pnom, jeneratörün nominal gücüdür. HFSS'ye göre 1 W olarak ayarlanmıştır.
Tabloya göre 2 GHz frekansında, (7)'den
P ant \u003d 1 (1 - | 0.96 | ²) \u003d 0.07W,
bu, tablodaki hesaplanan P izl değerine karşılık gelir.
Anten kazancı, tanım gereği,
(7)'yi (8) yerine koyarsak, logaritmik ölçekte şunu elde ederiz:
G \u003d 10lg (1 - | S 11 | ²) + D. (9)
2 GHz frekansı için anten kazancımız var
G \u003d 10lg (1 - | 0.96 | ²) + 3.47 \u003d -7.8 dB.
Böylece, alt tabakada kayıp olmadan durum için anten parametrelerinin bağlantısını gösterdik.
(7)'yi aşağıdaki biçimde yeniden yazalım:
HFSS hesaplamasını incelediğimizde 2 GHz frekansında ve diğer frekanslarda anten kazancının zayıf olduğunu ve en önemlisi anten uyumsuzluğu olduğunu görüyoruz (Şekil 12). Ancak deney, eşleşen devreler dahil edilmese bile anten kazancının çok daha yüksek olduğunu göstermektedir. Sorun ne? Garip bir şekilde, seramik substrattaki kayıpların varlığı, boyutları dalga boyu ile orantılı olan geleneksel bir antene kıyasla, anteni eşleştirmeye ve küçük bir antenin performansını artırmaya yardımcı olur. Gerçekten de, kayıpları tg = 0.1'e yükselterek (tabii ki, gerçekçi olmayan bir şekilde büyük), HFSS üzerinde hesaplama yaparak, Şekil 1'de gösterilen eşleşen bağımlılıkları elde ederiz. 13.
Şekil 12. Seramik parametreli bir Bluetooth anteninin frekans yanıtı = 34, tg = 0 (kayıpsız). Şekilden anlaşmanın yetersiz olduğu görülmektedir.
Şekil 13. Seramik Parametrelerinde Bluetooth Anten Frekans Tepkisi = 34, tg = 0.1 (2 GHz'de)
Antenin verimini kayıpların bir fonksiyonu olarak araştırmak için, muhafazadaki antenin özelliklerinin seramikteki kayıplara bağımlılığını hesapladık. Seramikte kayıplar var ve hesaplamalar gösteriyor ki, kayıp olmadığını varsayarsak, o zaman antenin eşleşmesi zayıftır, eğer kayıplar varsa, eşleşme iyileşir.
Güç P izl, program tarafından tüm radyasyon sınırlarına gelen güçlerin toplamı olarak sayısal olarak hesaplanır. Bu güç, jeneratörün nominal gücünden daha azdır ve bunun sadece bir parçasıdır.
Bu durumda kayıplarımız olduğundan, kayıpsız durum, formül (7) ve P rad değeri arasındaki güç farkı olarak tanımlanırlar. P izl = P ant eşitliği artık geçerli değil, bu güçler alt tabakadaki kayıpların gücüne göre farklılık gösteriyor:
P izl \u003d P ant - P emilimi. (on bir)
(11) formülüne (8) koyarak, seramikteki kayıpları hesaba katan anten kazancının formülle bulunduğunu elde ederiz.
şeklinde temsil edilebilir
|S 11 |² \u003d 1 - Ktg - G / D, (13)
burada K * tg \u003d P derin / P nom, genel durumda K 1'e eşit değildir.
(13)'ten, artan kayıplarla birlikte |S 11 |²'nin azaldığı görülebilir ve kayıplı seramikler için anten ile eşleşmenin neden daha kolay başarıldığı anlaşılabilir.
Şekil 14. Bluetooth Anten Sistemi Yükseklik Modeli
Şekil 15. Bluetooth anten sistemine sahip bir cep telefonunun azimutal radyasyon paterni
Hesaplamalar, kullanıcının vücudunun küçük bir antenin radyasyon modeli üzerindeki etkisinin, ana cep telefonu anteninin RP'sinden çok daha az olduğunu göstermektedir. Bluetooth anteninin yayılan gücünün insan vücudu üzerindeki ters etkisi için de aynı şey söylenebilir.
Düzlemsel bir antenin deneysel çalışması
Antenin deneysel ayarı, eşleştirme kriterine göre ve RP kriterine göre yapılabilir. Şek. Şekil 16, bir Smith grafiğinde çizilen S11 parametresinin ölçülen frekans tepkisini gösterir.
Şekil 16. Muhafazada bir ağ analizörü ile ölçülen anten giriş empedansı
Bu deneysel ölçümler HP8632 devre metre üzerinde yapılmıştır.
Deneysel önyargı ölçümü rezonans frekansı anten sistemi, anteni bir ekranla korurken, anten gövdeye yerleştirildiğinde rezonans frekansındaki sapmanın 50 MHz olduğunu gösterdi.
Çözüm
Makale, kablosuz yerel iletişim için tasarlanmış bir Bluetooth sisteminde bir mikroşerit anten modellemenin özelliklerini tartışıyor. Bir cep telefonundaki Bluetooth sistemi dikkate alınır. ana özellik anten sisteminin çalışması - antenin ağır metalize bir mahfaza içinde, yani büyük bir karşı ağırlıkla çalışması. Bu nedenle antenin kasa yüzeyinde indüklediği akımları hesaplamak için analiz programını 3 boyutlu gösterimde kullanmak gerekir. Böyle bir program HFSS'dir. Bu durumda, diğer muhafaza elemanları ile birlikte antenin modellenmesi, tüm anten ve tüp tasarım sürecinin önemli bir parçasıdır.
Modelleme işleminin özellikleri, oldukça karmaşık şekillerde büyük bir dielektrik sabiti ile seramik üzerinde bir dikdörtgen metal ped ve bir mikro şerit hattının bir kombinasyonu olan Yocowo yama anteni YCE-5207 kullanılarak gösterilmiştir. Belirli bir analizin sonuçları şu şekilde sunulur: frekans özellikleri yansıma katsayısı, durum akımları, yakın alan ve DN. Tüp gövdesinin elemanlarının uzak bölgedeki radyasyon modeli üzerindeki etkisi gösterilmektedir. Hem harici hem de dahili anten montaj seçenekleri göz önünde bulundurulur.
Edebiyat
- Jennifer Bray, Charles Sturman. Bluetooth: kablo olmadan bağlanın. Prentice-Hall, 2001. 495 s.
- Balanis C.A. Anten Teorisi: Analiz ve Tasarım, Wiley & Sons. 2. Baskı. 1997.
- Fujimoto K. ve James J.R. (editörler). Mobil Anten Sistemleri El Kitabı. 2. Baskı. Artech evi. 2001. 710 s.
- Kessenikh V., Ivanov E., Kondrashov Z. Bluetooth: inşaat ve işletme ilkeleri // Chip News. 2001. No. 7. S. 54-56.
- Kalinichev V., Kurushin A. Cep telefonları için mikroşerit antenler // Chip News. 2001. No. 7. S. 6–12.