Mejorar la señal Bluetooth: Métodos para hábiles. Sistemas de antena plana Bluetooth en teléfonos celulares que conectan la antena externa al módulo Bluetooth

Ahora con bastante frecuencia liberan teléfonos inteligentes, teléfonos o comunicadores con incorporado adaptador Wi-Fi. Y el radio de Wi-Fi es de unos cien metros, pero los teléfonos que están equipados con Bluetooth transmiten y reciben archivos solo para una distancia de no más de diez metros. Si tiene un USB Blutooth para una computadora, así como un teléfono con Bluetooth, pero desea obtener un aumento en el rango de recepción. Todo esto es bastante posible, pero necesita mejorar el USB-Bluetooth.

Empezaremos. Desmontamos el adaptador Bluetooth para la computadora, entonces necesita depurar la carcasa de Bluetooth y inspeccione con mucho cuidado la tarifa del adaptador.

En todos los modelos de adaptadores al final de la placa, hay contacto de cobre, similar a una espiral, en la foto es el número 1. Esta hélice es una antena Bluetooth, se soldará una antena casera adicional.

Necesitamos un núcleo de un solo núcleo con un diámetro de 0,4 a 0,8 mm. El cable está cubierto con un aislamiento de barniz, y no es necesario deshacerse de él por completo. Giraremos el cable como se muestra en la foto, luego llevaremos a cabo el procesamiento de la punta del alambre de cobre usando Rosin, luego TIN. El mismo procedimiento debe hacerse con una espiral de cobre en Bluetooth, no sobrecalentó la tarifa del adaptador, haga todo el trabajo con mucho cuidado.

Luego, debe hacer un agujero en el caso en sí mismo para el adaptador Bluetooth, en el lugar de salida antena casera. Ahora muy cuidadosamente cierra la tabla en la carcasa. Aquí está el Bluetooth mejorado, que proporciona un aumento en el rango de tiempos de recepción en 4.

Para aumentar aún más el rango de recepción, puede tomar un cable de múltiples núcleos bastante largo, que se cubrirá con aislamiento, es necesario limpiar la punta y subirla a la antena, la segunda punta se puede unir a una pequeña clavel. conducido a la pared.

Varias empresas, como Hitachi Metals, Murata, Yocowo, Antek Wireless, Centurion y otros, ya han producido una amplia gama de antenas que se utilizan en telefonía celular y están diseñadas específicamente para sistemas Bluetooth que utilizan materiales cerámicos con buenas propiedades de alta frecuencia. .

Hitachi Metals lanzó las antenas de la configuración del electrodo de tipo E (Fig. 28), bien adecuado para aplicaciones Bluetooth. El lugar requerido para la nueva antena es muy pequeña (15x3x2 mm), no es sensible a la ubicación de las partes periféricas, se puede hacer en forma de una antena de cristal altamente eficiente para Bluetooth, fácil de usar.

Higo. 28.

Antek Wireless Inc. Desarrolló una nueva antena de 2,4-GHz de un diseño original, que proporciona efectividad que exceda en realidad cualquier requisito técnico del proyecto, miniatura y se puede instalar en casi cualquier dispositivo. La antena es aplicable a varias aplicaciones del tipo de señal de video inalámbrica, equipos de audio, auriculares, módems, computadoras móviles, teléfonos portátiles y otros dispositivos de bolsillo portátiles que usan protocolos Bluetooth, IEEE 802.11 y HOMERF.

Centurion International ha desarrollado una antena PIFA internas o un tipo de antena plana para su uso en computadoras portátiles utilizando la tecnología Bluetooth. La nueva antena proporciona a las empresas informáticas a los fabricantes para desarrollar dispositivos portablesque se asocian fácilmente con teléfonos portátiles y los sistemas de mensajería están conectados a Internet a altas tasas de datos.

Murata Manufacturing Co. Comenzando la producción y venta de antenas dieléctricas incorporadas para computadoras portátiles utilizando tecnología Bluetooth (Fig. 29). Dimensiones del módulo. series nuevas G2 - 15x5.8x7.0 mm.

Higo. 29.

Miyazaki Matsushita Electric Industrial Co. Limitado. Libera una antena excesiva para dispositivos Bluetooth (30). La antena se realiza de forma cerámica y tiene dimensiones de 5x1.2x1.2 mm. Esta es la antena más pequeña de la industria Bluetooth. Las características de la antena son las siguientes: La frecuencia de operación es de 2.4 GHz, el coeficiente de ganancia -2 DBI, el coeficiente de onda permanente para el voltaje (KSVN) 2.0.

TDK Corp. Libera dos antenas de tamaño pequeño de media onda (7 por 7 mm) para su uso en productos basados \u200b\u200ben la tecnología Bluetooth. La antena CANPB0715 tiene un coeficiente de amplificación -5 DBI, y la antena CANPB0716 - 3 DBI. La mayoría de las otras antenas pequeñas son cuarto de ola. Su uso es posible solo en más grande dispositivos móviles, como las computadoras portátiles, donde la puesta a tierra se realiza en el cuerpo del dispositivo.

Anteriormente, las antenas tenían dos configuraciones principales: la antena asimétrica de tipo F y una antena plana. La antena F invertida tiene un lado abierto, y el otro está conectado a tierra, que se realiza para reducir el tamaño, pero el lado abierto está subordinado a la influencia del electrodo de conexión a tierra.

Higo. treinta

Por lo tanto, se requiere un área grande para implementar propiedades de la antena en un espacio determinado, y se necesita precaución al diseñar la ubicación de los componentes periféricos. Además, una antena plana es altamente sensible (alta ganancia) y tiene propiedades dirigidas fuertes, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones Bluetooth, donde se necesita omnidaddecidad.

El tipo de antena desarrollada por Hitachi Metals tiene ventajas únicas de la antena inversa de tipo F, pero incluye electrodos de conexión a tierra en ambos lados y se agrega un electrodo central, en forma de cono. En otras palabras, la nueva configuración de electrodos de tipo E, inventada en los metales Hitachi, puede ser aún más miniaturizada, y no afecta significativamente a los electrodos cercanos a tierra. Cuanto más pequeña sea la antena, la caja más pequeña afecta sus parámetros.

Un análisis de todos los diseños de antena para el sistema Bluetooth anterior, le permite seleccionar los parámetros principales de la antena incluidos en la especificación de la antena, sobre la base de la cual puede elegir el método de diseñar un teléfono celular con una antena de este tipo.

Requisitos técnicos para la antena del sistema Bluetooth:

Frama de operación de frecuencia: 2400 ... 2500 MHz;

Amplificación promedio: -3 DBI;

Resistencia de entrada: 50 ohmios;

VSWR: 3 o menos.

En el proceso de diseñar un sistema de antena, es necesario:

Optimice la superficie de la Tierra (a veces llamada contrapeso), es decir, para encontrar el relleno óptimo de la superficie interna del cuerpo del teléfono con áreas conductivas. Actualmente, esto a menudo es implementado por las partes individuales crisol de la pintura conductora.

El propósito del diseño de la antena es obtener el diagrama de orientación requerido (DN) y la buena coincidencia en la franja de trabajo de frecuencias.

Sistemas de antena plana Bluetooth en celulares

V. Kalinichev, A. Kurushin, V. SUBLAYER

Sistemas de antena plana Bluetooth en teléfonos celulares.

Se considera el uso de antenas de microstrip plano en el sistema LAN inalámbrico Bluetooth. Estructuras y métodos diseñados para analizar una antena de cerámica plana, teniendo en cuenta las pérdidas en la cerámica. Para el análisis numérico de la antena, el programa HFSS se ha utilizado en el caso. Los cálculos están hechos para un auricular específico: la distribución actual sobre la superficie del metal, rematada con un dieléctrico, cuerpo de teléfono, gráficos de orientación para diversa orientación de teléfonos celulares. Se proporciona una descripción general de las antenas de Bluetooth en serie, así como las recomendaciones para la instalación de estas antenas en la vivienda.

Introducción

Un aumento en la tasa de intercambio de información contribuyó al desarrollo de los sistemas de comunicación inalámbrica en el nivel "Hogar". Computadoras personales y computadoras portátiles, teléfonos celulares, reproductores de CD y MP3, cámaras digitales de fotos y video y una masa de otros dispositivos digitales (Fig. 1), a menudo conectados entre sí y para computadoras estacionarias, creó el problema de su conexión.

Figura 1. Sistema de conexión local utilizando la tecnología inalámbrica Bluetooth

El cable se convirtió en inconveniente: es necesario conectarse a menudo, los tamaños del cable en sí con los conectores no tienen apenas más que el dispositivo conectado y así sucesivamente. En este contexto, la relevancia de la tecnología local inalámbrica de WLAN (redes de área local inalámbrica) ha aumentado considerablemente, proporcionando una conexión sin contacto del dispositivo en el disco de la unidad.

Como resultado, se propuso el sistema y comenzó a desarrollarse rápidamente. comunicación inalámbrica Bluetooth (Fig. 1). En el espectro de las frecuencias de radio, se les asigna 79 canales en la banda de 37 MHz (aproximadamente 2 MHz cada una) en el rango de 2.4465-2,4835 GHz.

Esencia estándar bluetooth En equipamiento dispositivos electrónicos Lanzamientos que operan a una frecuencia de 2.45 GHz que tienen un radio de hasta 10 my la tasa de transferencia de información a 1 Mbps. Las posibilidades de aplicar estos dispositivos son verdaderamente ilimitadas. Audífonos inalámbricos, ratones, teclado, conexión teléfonos móviles Y las computadoras portátiles, el intercambio de información entre las computadoras de bolsillo no es en la lista.

El sistema Bluetooth funciona en una tira resuelta de 2,45 GHz (ISM - industria, ciencia, medicina, ciencia, medicina), que le permite usar libremente dispositivos Bluetooth en todo el mundo. La tecnología utiliza una reestructuración de frecuencia en forma de salto (1600 saltos) con expansión de espectro. Durante la operación, el transmisor salta de una frecuencia operativa a otra por el algoritmo pseudo-aleatorio. Para separar los canales de recepción y transmisión, se usa una separación temporal (Fig. 2). Se admite la transmisión de datos síncrona y asíncrona y se proporciona integración con TCP / IP. Los intervalos temporales se sincronizan para transferir paquetes, cada uno de los cuales se transmite en su frecuencia de señal de radio.

Figura 2. Intercambio de datos alternativo entre el dispositivo A y el dispositivo B

El consumo de energía de los dispositivos Bluetooth debe estar dentro de 0.1 vatios. Cada dispositivo tiene un único bit de 48. dirección de redFormato estándar compatible redes locales IEEE 802.

El principio básico de la construcción de sistemas Bluetooth es el uso del método de expansión del espectro con un cambio de frecuencia similar a un salto (FHSS - Frecuencia Speck Spread Spectrum). Todo seleccionado para el rango de frecuencia de radio Bluetooth de 2.402 ... 2,480 GHz se divide en n canales de frecuencia. La banda de cada canal es de 1 MHz, la separación de los canales es de 140 ... 175 kHz. Para la información de codificación de paquetes utiliza la manipulación de frecuencia.

Para los EE. UU. Y Europa n \u003d 79. Las excepciones son España y Francia, donde se utilizan 23 canales de frecuencia para Bluetooth. El cambio de canal se realiza de acuerdo con la ley pseudo-aleatoria con una frecuencia de 1600 Hz. La alternancia de frecuencia permanente permite que la interfaz de radio Bluetooth transmitiera información sobre el rango ISM y evite el impacto de la interferencia de los dispositivos que operan en el mismo rango. Si este canal es increíble, el sistema cambiará a otro, y así ocurrirá hasta que el canal se encuentre libre de interferencia.

Comienzo rápido Los sistemas Bluetooth tienen mucha facilitación la simplicidad de la estructura. Incluye un módulo de radio transceptor, un controlador de comunicación (es el mismo procesador) y dispositivo de gestión, En realidad implementando protocolos Bluetooth niveles superioresasí como una interfaz con un dispositivo terminal. Además, si el transceptor y el controlador de comunicación son fichas especializadas (integral o híbridas), los dispositivos de gestión de la comunicación se implementan en microcontroladores estándar, procesadores de señales o sus funciones admiten procesadores centrales de dispositivos de terminal potentes (por ejemplo, computadoras portátiles).

Además, en dispositivos Bluetooth Use circuitos integrados utilizados en otras aplicaciones, ya que el rango de microondas de 2 GHz se domina bastante bien, y se puso en Técnico Bluetooth Las soluciones en sí mismas no contienen novedad especial. De hecho, el esquema de modulación está muy extendido, la tecnología de expansión del espectro por el método de los saltos de frecuencia está bien resuelto, la potencia es pequeña.

La clave para el éxito de la tecnología Bluetooth es un receptor de radio. El bajo precio y la baja potencia eran consideraciones primarias cuando se implementan los requisitos técnicos de la interfaz (radiolina aérea corta) y al diseñar la recepcionista. La tecnología Bluetooth le permite crear una recepcionista de un solo chip, combinando el esquema de RF y el esquema de transmisión digital en un cristal de silicona.

Transceptor Bluetooth

El receptor Bluetooth se puede dividir en tres bloques funcionales (Fig. 3). El bloque de radio contiene convertidores de arriba y hacia abajo por RF, un inversor con una tira de frecuencias de modulación, un filtro de canal, modulador / demodulador y sintetizador de frecuencia.

Figura 3. Elementos básicos del receptor Bluetooth

El rollo de radio realiza la transformación de la señal FM a una frecuencia de 2.45 GHz en un flujo de bits y viceversa. La antena es un elemento muy importante del sistema. La antena debe ser omnidireccional y obtener 0 DBI, la presencia del usuario no debe afectar la distribución de la señal. Debido a la pequeña longitud de onda a la frecuencia de 2.45 GHz, el tamaño de la antena se limita a varias ver. Actualmente, las antenas planas o PIFA se utilizan con mayor frecuencia, pero se proponen aún más diseños de tipo E en un sustrato cerámico. La antena se complementa con un filtro de tira que alige la frecuencia de 2.45 GHz de la banda ISM.

Para implementar receptores simples y estables y detección no coherente, Bluetooth utiliza la manipulación de frecuencia binaria (FM, FSK), con un salto rodante con un pulso gaussiano, con una velocidad de 1 Mbps. El área de tal señal BT \u003d 0.5, donde la banda B, T es la duración del pulso, en el índice de modulación de 0,28 a 0,35 y la duración del pulso de 1 μs. La Copa del Mundo elimina la necesidad de ARU, que es difícil de trabajar cuando cambia las frecuencias, y cuando los datos vienen en intervalos de tiempo desiguales. La parte de entrada del receptor de RF consiste en un convertidor con una disminución en la frecuencia, el filtro de banda de canal y el detector de frecuencia.

El filtro de canal resalta una banda de 1 MHz, y se le presentan requisitos de selectividad bastante altos. Dado que la banda ISM debe dividirse en otros sistemas en este carril (entre los que pueden ser otros sistemas Bluetooth, se deben tomar medidas para evitar la interacción del instrumento. Por lo general, el receptor Bluetooth se construye con la conversión de frecuencia hacia abajo (es decir, cuando el canal de espejo cae en la banda de PC). Para el cruce cerca de los sistemas operativos Bluetooth, los coeficientes de bloqueo en el canal de espejo deben ser de 20, 30 y 40 dB para el primer, segundo y tercero canales adyacentes.

Debido a las características del sistema Bluetooth, los requisitos técnicos para la intermodulación son resistentes que a la sensibilidad del receptor.

Para superponer la distancia de 10 m con una potencia de salida de 0 dBm, la sensibilidad del receptor P MIN \u003d -70 DBM es suficiente. Teniendo en cuenta el nivel de ruido en la entrada del receptor -114 DBM (en la banda de ruido 1 MHz) y los requisitos en la salida de la ruta de recepción km \u003d 21 dB, para garantizar la tasa de error de transferencia de información máxima de BER \u003d 0.1 %, obtenemos que el coeficiente de ruido es de 13 dB. Este valor se calcula a partir de la fórmula para la sensibilidad.

P MIN \u003d -174 DBM + NF + 10LGB + A + K M, (1)

donde -174 dBm es la potencia del ruido térmico (KTB) en la tira de 1 Hz en temperatura normal; NF - Coeficiente de ruido, DB; B - Banda de frecuencia antes del demodulador, 1 MHz; A - Umbral de gatillo, A \u003d 3 dB; K M - Coeficiente dependiendo del tipo de modulación.

En comparación con el coeficiente de ruido logrado para hoy, que es significativamente inferior a 13 dB, este valor parece ser un significado bastante pobre. Sin embargo, este requerimiento bajo le permite utilizar componentes baratos con pérdidas y protege contra las señales de interferencia (propinas en el sustrato y el cableado de potencia).

Cálculo del rango dinámico del receptor Bluetooth.

El límite superior del rango dinámico se puede estimar mediante el nivel del producto de la distorsión de la intermodulación del tercer orden, si asumimos que 2 señales con frecuencias de dos canales adyacentes actúan en la entrada.

Dos señales con frecuencias F 0 + D F y F 0 + 2D F producen un producto de la distorsión de la intermodulación del tercer orden P IM3 en el canal de radio considerado con la frecuencia F 0. El nivel de potencia del producto P IM3 depende de la señal de entrada de la potencia de interferencia P IN y el parámetro no lineal de todo el receptor: los puntos de intersección del tercer orden IP 3 - e igual:

P im3 \u003d 3P IN - 2IP 3 [DB]. (2)

Libre de distorsión gama dinámica Se determina a partir de la condición de que las distorsiones de origen lineal y no lineal están igualmente afectadas por la distorsión en el demodulador y la detección de su propia señal está igualmente empeorando. Significa que BER no excede el mismo valor del 0,1%, que se estableció al determinar la sensibilidad, es necesario que la potencia de la señal recibida haya sido 3 dB sobre el nivel de ruido (que corresponde a la sensibilidad del receptor PM) . Por lo tanto, se obtuvo IP3 \u003d -16 DBM en expresión (2), siempre que el producto de intermodulación PIM3 sea igual a la sensibilidad del receptor, dos señales interferentes tienen una potencia de 0 dBm, y la interferencia está presente a una distancia de 1 metro.

Combinando el valor de IP3 \u003d -16 DBM con la sensibilidad del receptor P MIN \u003d -70 DBM, de (1) y (2) obtenemos eso libre de distorsión Dynamic Range (SFDR) El receptor Bluetooth debe ser igual a

SFDR \u003d 2/3 (IP 3 - (P min + 3 dB)) \u003d 50 dB. (3)

El bloque del transmisor también es bastante simple. La modulación binaria de GFSK se obtuvo mediante modulación directa del CM-Gometido. Las transformaciones de fase adicionales con la creciente frecuencia son las que no son necesarias. La señal de modulación se filtra por un filtro gaussiano para mantener el ancho del espectro de 1 MHz, según sea necesario para los sistemas FM que operan en la frecuencia ISM a 2.45 GHz. La modulación con el sobre gaussiano no imponen altos requisitos para la linealidad de la cascada de salida del transmisor, los amplificadores rentables de Clase C.

La alimentación del transmisor Bluetooth es de aproximadamente 0 dBm (se permite usar la potencia máxima de hasta 20 dBm). Para los niveles de potencia superior a 0 dBm, se aplica el control de potencia sobre un contorno cerrado.

Cálculo del rango del teléfono celular en el sistema Bluetooth.

Se sabe que la potencia de la señal de radio en el punto de recepción, es igual a:

donde p es la potencia irradiada por el transmisor; G M es la ganancia máxima de la antena transmisora; Un ECH.M: el área máxima efectiva de la antena receptora (proporcional al área geométrica de la antena); F (,) - la función del diagrama de selectividad de la antena de transmisión; F "(", ") - la función de la selección de la antena de recepción.

Desde esta fórmula, puede obtener la gama máxima de comunicaciones de radio, siempre que las antenas se dirigan entre sí,

donde P N.min es la sensibilidad del receptor, en nuestro caso P n.min \u003d 10-10 W (-70 DBM).

Sustituyendo en la fórmula (4) La potencia del transmisor P \u003d 10-3 W, G M \u003d 0.5, A Eff.m \u003d 25 · 10 -6 (5 a 5 mm), obtenemos R M \u003d 3 m.

Este valor cumple aproximadamente los requisitos del sistema Bluetooth, y puede servir como punto de partida para calcular la geometría de la antena, ya que las características restantes están determinadas por el estándar para el chip de selección.

Antenas Bluetooth (descripción general de fabricantes y soluciones)

Varias empresas, como Hitachi Metals, Murata, Yocowo, Antek Wireless, Centurion y otros, ya han producido una amplia gama de antenas que se utilizan en telefonía celular y están diseñadas específicamente para sistemas Bluetooth que utilizan materiales cerámicos con buenas propiedades de alta frecuencia. .

Hitachi Metals lanzó las antenas de tipo "Configuración de electrodos de tipo E" (Fig. 4), bien adecuados para aplicaciones Bluetooth. El lugar requerido para la nueva antena es muy pequeña (15x3x2 mm), no es sensible a la ubicación de las partes periféricas, se puede hacer en forma de una antena de cristal altamente eficiente para Bluetooth, fácil de usar.

Figura 4. Vista de la antena de Metales de Hitachi para Bluetooth

Antek Wireless Inc. Desarrolló una nueva antena de 2,4-GHz de un diseño original, que proporciona efectividad que exceda en realidad cualquier requisito técnico del proyecto, miniatura y se puede instalar en casi cualquier dispositivo. La antena es aplicable a diversas aplicaciones del tipo de señal de video inalámbrico, equipos de audio, auriculares, módems, computadoras móviles, teléfonos portátiles y otros dispositivos de bolsillo portátiles utilizando protocolos Bluetooth, IEEE 802.11 y HOMERF.

Centurion International ha desarrollado una antena PIFA internas o un tipo de antena plana para su uso en computadoras portátiles utilizando la tecnología Bluetooth. La nueva antena permite a las empresas informáticas desarrollar dispositivos portátiles que se asociaron fácilmente con teléfonos portátiles y sistemas de mensajería están conectados a Internet a altas velocidades de transmisión de datos.

Murata Manufacturing Co. La producción y venta de antenas dieléctricas incorporadas para computadoras portátiles utilizando tecnología Bluetooth (Fig. 5). Las dimensiones del módulo de la nueva serie G2 - 15x5.8x7.0 mm.

Figura 5. Antena de chip ANCG22G41 MURATA

Miyazaki Matsushita Electric Industrial Co. Limitado. Libera una antena súper compacta para dispositivos Bluetooth. La antena se realiza de forma cerámica y tiene dimensiones de 5x1.2x1.2 mm. Esta es la antena más pequeña de la industria Bluetooth. Las características de la antena son las siguientes: La frecuencia de operación es de 2.4 GHz, el coeficiente de ganancia -2 DBI, el coeficiente de onda permanente para el voltaje (KSVN) 2.0.

Figura 6. Antena de cerámica en una carcasa de teléfono celular (foto)

TDK Corp. Libera dos antenas de tamaño pequeño de media onda (7 por 7 mm) para su uso en productos basados \u200b\u200ben la tecnología Bluetooth. La antena CANPB0715 tiene un coeficiente de amplificación -5 DBI, y la antena CANPB0716 - 3 DBI. La mayoría de las otras antenas pequeñas son cuarto de ola. Su uso es posible solo en dispositivos móviles más grandes, como computadoras portátiles, donde se conecta a tierra en el cuerpo del dispositivo. Para los teléfonos móviles, fue necesario desarrollar antenas de media onda.

Figura 7. Antena Bluetooth de vista 3D en caja metallizada del teléfono celular (dibujo en HFSS)

Configuración de antena tipo e

Anteriormente, las antenas tenían dos configuraciones principales: la antena asimétrica de tipo F y una antena plana.

La antena F invertida tiene un lado abierto, y el otro está conectado a tierra, que se realiza para reducir el tamaño, pero el lado abierto está subordinado a la influencia del electrodo de conexión a tierra. Por lo tanto, se requiere un área grande para implementar propiedades de la antena en un espacio determinado, y se necesita precaución al diseñar la ubicación de los componentes periféricos.

Además, la antena plana es altamente sensible (alta ganancia) y tiene propiedades dirigidas fuertes, lo que lo hace inapropiado para aplicaciones Bluetooth donde es necesaria la omnidad de la omnidad.

El tipo de antena desarrollada por Hitachi Metals tiene ventajas únicas de la antena inversa de tipo F, pero incluye electrodos de conexión a tierra en ambos lados y se agrega un electrodo central, en forma de cono. En otras palabras, la nueva configuración de electrodos de tipo E, inventada en los metales Hitachi, puede ser aún más miniaturizada, y no afecta significativamente a los electrodos cercanos a tierra. Cuanto más pequeña sea la antena, la caja más pequeña afecta sus parámetros.

Un análisis de todos los diseños de antena para el sistema Bluetooth anterior, le permite seleccionar los parámetros principales de la antena incluidos en la especificación de la antena, sobre la base de la cual puede elegir el método de diseñar un teléfono celular con una antena de este tipo.

Requisitos técnicos para la antena del sistema Bluetooth:

• frama de operación de frecuencia: 2400 ... 2500 MHz;
• amplificación promedio: -3 DBI;
• resistencia de entrada: 50 ohmios;
• VSWR: 3 o menos.

En el proceso de diseñar un sistema de antena, es necesario:

• calcule la estructura de coincidencia entre la entrada del filtro y el punto de alimentación de la antena microstrip;
• optimice la superficie de la Tierra (a veces llamada contrapeso), es decir, para encontrar el relleno óptimo de la superficie interna del cuerpo del teléfono con áreas conductoras. Actualmente, esto a menudo es implementado por las partes individuales crisol de la pintura conductora.

El propósito del diseño de la antena es obtener el diagrama de orientación requerido (DN) y la buena coincidencia en la franja de trabajo de frecuencias.

Análisis de la estructura generalizada de la antena plana.

Desde la revisión de las antenas existentes para el sistema Bluetooth, está claro que tienen formas metálicas de configuración compleja, rociadas en uno o más lados del sustrato tridimensional, con mayor frecuencia cerámico con una gran permeabilidad (Fig. 8). Por lo tanto, podemos decir que cada una de estas formas es un resonador. Se sabe que las dimensiones de la antena están asociadas con la frecuencia de trabajo. Si asumimos que la antena resuena a lo largo de un lado más largo, entonces la longitud de la antena se puede estimar de acuerdo con la siguiente fórmula simple:

donde F r es una frecuencia resonante dada; - Permeabilidad dieléctrica relativa del material del sustrato. Esta fórmula no tiene en cuenta el efecto del ancho del sustrato de la antena y el espesor del sustrato en la frecuencia resonante, pero este efecto suele ser insignificante. La fórmula (1) refleja la naturaleza física de la antena impresa (Fig. 9) como un resonador de media onda, que se forma en el espacio entre el conductor superior y el tablero de excavación de la antena. Por ejemplo, a una frecuencia F R \u003d 2.5 GHz y \u003d 34 (cerámica) de (1) tenemos un ~ \u003d 10,3 mm.

Figura 8. Geometría de Antena Bluetooth YCE-5207 en el sistema AutoCAD

Figura 9. Antena Bluetooth (vista superior) diseñada en AutoCAD

La longitud de la antena se puede reducir al menos dos veces (cuando se trabaja a la misma frecuencia), si se conecta a tierra un extremo. En este caso, resulta que la llamada antena Fvertida (PIFA), que representa el resonador de onda de cuarto, un extremo se conecta a tierra y el otro está abierto (inactivo). PIFA (Fig. 3) está excitada por una línea coaxial en un punto donde la resistencia de entrada de la antena está cerca de 50 ohmios. Por lo tanto, la longitud de PIFA puede ser aproximadamente apreciada como

Para una antena configurada en la misma frecuencia F R \u003d 2.5 GHz y \u003d 34, obtenemos un ~ \u003d 5,1 mm, que ya está ocupado por mucho menos espacio que en el caso anterior. El tamaño real de la antena puede incluso ser menor, debido al efecto del campo cercano regional centrado en el extremo abierto del resonador.

El tamaño de la e-antena, ya que se enfría de ambos lados, puede estimarse aproximadamente como

Dado que las antenas para el sistema Bluetooth están ubicadas en la pantalla semi-arranque de forma compleja, las características del sistema de la antena pueden diferir significativamente sobre las características calculadas sobre las fórmulas teóricas. En este caso, los parámetros de la antena (el tamaño de los conductores y la distancia entre ellos en altura) se pueden optimizar con uno de paquetes de softwareSimulando estructuras electromagnéticas (Fig. 10).

Figura 10. El campo cercano en el teléfono celular (en el campo HFSS)

Cabe señalar que la ventaja del tamaño pequeño de la antena PIFA se logra reduciendo su capacidad radiativa (solo un borde irradia), además, generalmente las antenas de PIFA son banda estrecha.

Métodos de diseño numérico de antenas planas.

Las antenas son los componentes principales de todos los sistemas de comunicaciones de radio y usan espacio libre como medio de transferencia. Se utilizan para asociar el transmisor o receptor en el espacio libre utilizando la interfaz.

Las antenas tienen una serie de parámetros importantes, cuyo mayor interés ha aumentado, diagrama de patrones de radiación, ancho de rango y polarización.

El diseño moderno de antenas celulares (Fig. 11) se basa en modelar fenómenos electromagnéticos en una computadora, utilizando los resultados obtenidos sobre la base de cálculos de bosquejo y consideraciones heurísticas como datos iniciales.

Figura 11. Vista de la antena Bluetooth en la caja del teléfono celular

Al crear un modelo, es necesario recordar que la geometría debe cumplir con la posición real de la antena durante la operación, es decir, de modo que el cuerpo esté en una posición vertical (o en un ángulo bajo). En este caso, la antena plana está en la posición "en el borde".

Características de las antenas de cerámica en miniatura.

La antena cerámica se hace en un sustrato con una alta constante dieléctrica. El material con alta permeabilidad también tiene grandes pérdidas.

Por lo tanto, el cálculo de tales antenas debe llevarse a cabo utilizando programas que de manera fundamentalmente tengan en cuenta las pérdidas en la cerámica. Tal programa es el programa HFSS.

Para instalar con éxito una antena plana en el diseño de un tubo de teléfono celular, debe realizar estudios de liquidación que muestren la dependencia de las características de un sistema de antena de ciertos elementos de los diseños de teléfonos.

Observamos las siguientes características de las antenas de microstrip:

• las antenas de microforn son más estrechas, en comparación con las espirales;
• las antenas microstrip se implementan fácilmente mediante polarización circular, en comparación con la polarización predominantemente vertical en antenas en espiral;
• las antenas de microFORN tienen un diagrama de radiación más desigual en plano azimutal que en espiral y vibratorio, debido a su asimetría en relación con el eje vertical.

Como ya se señaló, la antena cerámica es una estructura 3D, en la superficie de cada lado del cual se aplican los conductores metálicos de una forma determinada. Este diseño puede tener uno o más puntos de excitación. En estos puntos en la antena, se suministra un voltaje de excitación, lo que conduce en la estructura de las corrientes de radiación. Los puntos de excitación pueden estar asociados con un transformador simetroso (balaustre).

Además de los puntos de excitación, puede haber puntos de conexión a tierra en la antena impresa (accesorio al plano de conexión a tierra). Las corrientes confiados en este diseño complejo forman un diagrama de radiación e implementan otras características de la antena necesaria para establecer la comunicación con computadora personal u otro dispositivo.

Dado que, como resultado del cálculo electrodinámico, es posible determinar la distribución de las corrientes en el sistema, entonces su análisis puede servir de base para actualizar una antena.

En el proceso de diseñar una antena, es necesario, en primer lugar, para obtener la resistencia de entrada cercana a 50 ohmios, ya que en este caso será posible negociar la antena con un amplificador de entrada de bajo ruido y el amplificador de potencia de El camino de transmisión.

Por ejemplo, si la magnitud de la pérdida de retorno de la antena (parámetro 20 log | s 11 |), ordena -20 dB, esto sugiere que el rango operativo de la antena funcionará con un buen acuerdo con el espacio circundante. El valor de -20 dB muestra que la potencia del generador se absorberá casi sin reflexión por la antena, que a su vez se carga con espacio libre. La antena es un transformador entre la salida del amplificador de potencia (o la entrada del amplificador de bajo ruido) y el espacio libre, resistencia a las olas que para una onda plana en la zona lejana se puede considerar igual a 377 ohmios.

El siguiente requisito son las características de la radiación que determinan la capacidad de la antena emitida en diferentes direcciones. Al diseñar y calcular las antenas, generalmente están interesadas en las secciones transversales de un diagrama de enfoque en dos planos mutuamente perpendiculares: azimutal y enojado. El DN azimutal determina la capacidad de la antena para emitir en un plano horizontal, el fondo enojado, en la vertical. Y el mismo día son importantes para un teléfono celular, pero la primera determina la omnidadidad, y es más característica estimar la radiación en condiciones de operación. Los parámetros de la dirección de la antena impresa o sus modificaciones no deben ser peores que las antenas de pin espiral existentes.

CARACTERÍSTICAS DE RADIACIÓN DE ANTENA BLUETOOTH

La tabla presenta los resultados del modelado de antena en la carcasa utilizando los tamaños geométricos exactos de un diseño en particular. La tabla muestra que los parámetros del diseño calculado son significativamente diferentes de los parámetros de coincidencia medidos (Fig. 16). Por lo tanto, analice los motivos de estas diferencias.

Mesa. Potencia, antena radiada, dirección, amplificación y magnetyud en ausencia de pérdidas en el sustrato (la tangente de la permeabilidad dieléctrica \u003d 0). Potencia del generador nominal en la entrada (puerto) es 1 w

Frecuencia F	P sal Potencia emitida, cálculo, W (sumas de potencia calculadas a través del plano de radiación)	D Food, DB (Cálculo en HFSS)	G Fortalecimiento, DB \u003d P SED / P NOM	S 11 Cálculo en HFSS	20 registros 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

La mayor diferencia principal entre el diseño estimado y real radica en los parámetros del sustrato. Por lo tanto, los datos de cálculo que se muestran en la tabla corresponden a un caso idealizado de ausencia de pérdidas en un sustrato cerámico. En este caso idealizado sin pérdida, encontraremos la relación de los parámetros de la tabla.

El Pizel se calcula por el programa HFSS a lo largo del límite de radiación. Todo el poder pasó por las paredes que denotan el límite del campo lejano se resume y le da esto p.

Si el sustrato y los conductores sin pérdida, entonces todo el poder que ha llegado a la antena es Emissus, es decir, P es. \u003d P horm, y este poder que ha llegado a la antena y luego se emite, se determina, a su vez, desajuste:

P fue t \u003d p ant \u003d p nom (1 - | s 11 | ²), (7)

donde P NOM es el poder nominal del generador. En el cálculo de HFSS, se da 1 W.

A una frecuencia de 2 GHz, de acuerdo con la tabla, de (7) tienen

P ant \u003d 1 (1 - | 0.96 | ²) \u003d 0.07w,

lo que corresponde al valor obtenido por el valor en el valor en la tabla.

El fortalecimiento de la antena por definición es igual

Sustituyendo (7) en (8), obtenemos, en una escala logarítmica,

G \u003d 10lg (1 - | s 11 | ²) + d. (nueve)

Para la frecuencia de 2 GHz, tenemos ganancia de antena.

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

Entonces, mostramos la conexión de los parámetros de la antena para el caso sin pérdida en el sustrato.

Consulte (7) en el siguiente formulario:

Analizando el cálculo de HFSS, vemos que a una frecuencia de 2 GHz y en otras frecuencias, la mejora de la antena es mala y, lo que es más importante, el trastorno de la antena tiene lugar (Fig. 12). Sin embargo, el experimento muestra que la mejora de la antena es significativamente mayor, incluso sin inclusión de cadenas a juego. ¿Cuál es el caso? Resulta que lo suficientemente extrañamente, la presencia de pérdidas en el sustrato cerámico contribuye a la armonización de la antena y la mejora de las características de una pequeña antena, en comparación con la antena habitual, cuyas dimensiones son acordes con una longitud de onda. De hecho, aumentando la pérdida al valor de TG \u003d 0.1 (por supuesto, poco realista), al calcular el HFS, obtenemos las dependencias de calificación que se muestran en la FIG. 13.

Figura 12. Antena Bluetooth de respuesta de frecuencia con parámetros cerámicos \u003d 34, TG \u003d 0 (sin pérdida). De la imagen está claro que la coordinación es mala.

Figura 13. Antena Bluetooth de respuesta de frecuencia con parámetros cerámicos \u003d 34, TG \u003d 0.1 (a 2º frecuencia de GHz)

Para investigar la efectividad de la antena, dependiendo de la pérdida, calculamos la dependencia de las características de la antena en el caso de las pérdidas en la cerámica. La cerámica tiene pérdidas, y los cálculos muestran que si asumimos que no hay pérdidas, la antena tiene mala coincidencia, si hay una pérdida, se mejora la negociación.

El POWER P se calcula por el programa es numérico como la suma de las capacidades que caen en todos los límites de la radiación. Este poder es menor que el poder nominal del generador, y es solo una parte de ella.

Dado que en este caso tenemos pérdidas, se definen como la diferencia de capacidad entre el caso sin pérdida, fórmula (7) y el valor de P. La igualdad P se tonificó \u003d P HNT ya no es justo, estas capacidades difieren en el poder de las pérdidas en el sustrato:

P fue t \u003d p ant - P. (once)

Sustituyendo (11) En fórmula (8), obtenemos que la mejora de la antena teniendo en cuenta las pérdidas en la cerámica se encuentra en la fórmula.

que se puede representar como

| S 11 | ² \u003d 1 - KTG - G / D, (13)

donde k * tg \u003d p rubble / p nom, k en el caso general no es igual a 1.

De (13) Se puede ver que | S 11 | ² disminuye con las pérdidas crecientes, y se puede entender por qué se logran la coordinación con la antena más fácil para el caso de la cerámica con pérdidas.

Figura 14. Diagrama de la tasa del sistema de la antena de Bluetooth

Figura 15. Carta de directividad celular azimutal con sistema de antena Bluetooth

Los cálculos muestran que la influencia del cuerpo del usuario en un patrón de antena pequeña es significativamente menor que en la parte inferior de la antena del teléfono celular principal. Se puede decir lo mismo al efecto inverso del poder irradiado de la antena Bluetooth en el cuerpo humano.

Estudio experimental de la antena plana.

El criterio de coordinación y por los criterios del día se pueden realizar la configuración de la antena experimental y por los criterios del día. En la Fig. 16 muestra la respuesta de frecuencia medida del parámetro S11, aplicado a la tabla Smith.

Figura 16. Medido en el analizador de cadenas. La resistencia de entrada de la antena en la carcasa

Estas mediciones experimentales se realizan en el medidor de cadena HP8632.

Una medición experimental de la frecuencia de desplazamiento del sistema de antena al proteger una pantalla de antena mostró que el cuidado de la frecuencia resonante cuando se introduce una antena en la carcasa fue de 50 MHz.

Conclusión

El artículo analiza las características de modelar la antena microStrip en el sistema Bluetooth destinado a la comunicación local inalámbrica. Se considera el sistema Bluetooth en el teléfono celular. La característica principal del trabajo del sistema de antena es el trabajo de la antena en un edificio altamente metalizado, es decir, con un contrapeso mayor. Por lo tanto, para calcular las corrientes inspeccionadas por una antena en la superficie de la caja, es necesario aplicar el programa de análisis en la representación 3D. Tal programa es HFSS. En este caso, la simulación de la antena junto con otros elementos del caso es la parte esencial de todo el diseño del diseño de la antena y el diseño del tubo.

Las características del proceso de modelado se demuestran en los ejemplos del parche de antena YCE-5207, que se presenta mediante una combinación de una plataforma de metal rectangular y una línea de microfibra en la cerámica con una constante dieléctrica grande de formas suficientemente complejas. Los resultados del análisis específico se presentan en forma de características de frecuencia del coeficiente de reflexión, las corrientes en la carcasa, el campo cercano y el día. Se muestra la influencia de los elementos del cuerpo del tubo en el diagrama de radiación en la zona lejana. Consideradas tanto opciones externas como intactas para unir la antena.

Literatura

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4. Kesshenikh V., Ivanov E., Kondrashov Z. Bluetooth: Principios de construcción y funcionamiento // Noticias de Chip. 2001. No. 7. P. 54-56.
5. Kalinichev V., Kurushin A. Antenas de microforn para teléfonos celulares // Noticias de chips. 2001. No. 7. P. 6-12.

Los dispositivos inalámbricos son muy cómodos: no necesita preocuparse más por los cables, pero debe entender claramente que la conexión "por aire" tiene sus propias limitaciones definidas en el radio. Y lo más barato, por ejemplo, habrá un adaptador Bluetooth que adquiere para su computadora, menos puede alejarse de él para obtener una conexión estable. Por supuesto, algunos dispositivos costosos no siempre ofrecen buenos resultados. Hoy hablaremos sobre cómo fortalecer la señal Bluetooth y lo real es.

información general

El artículo describe algunos métodos que implican un desmontaje del adaptador, reemplazando sus partes o modificando con la soldadura, lo que puede estar lejos de todos. Si no entiende la electrónica, no es muy rápido en el uso de un soldador o su dispositivo en garantía, evite métodos similares.

COMPLEMENTOS EL ADAPTADOR

El método más simple, pero no el más efectivo, cómo aumentar la velocidad de Bluetooth, puede considerarse una adición de adaptador al reflector, que enviará una señal en una dirección específica, y no fortalecerá su distribución a los 360 grados.

Puede intentar hacer un reflector de este tipo de lata, cortando su parte superior y haciendo algunas ranuras más: de arriba a abajo y luego de ella un poco hacia el lado, como si estuviera separando ligeramente de la parte inferior de los bancos.

El adaptador Bluetooth se sujeta al centro de lo que tiene que hacer, y se conecta a una computadora adaptadora USB.

Algo como esto se puede construir a partir de cartón con una lámina pegada en ella.

Otra opción que puede funcionar es cortar solo la parte superior de los bancos, luego realizar una ranura para el casco más cercano a la parte inferior del frasco e inserte el adaptador dentro del lado en el que se encuentra la antena. Además, nuevamente, solucione el método conveniente para usted y conecte la extensión.

Modificaciones

Y ahora hablaremos sobre las formas que implican una modificación física del propio adaptador. En el más barato, es poco probable que encuentre una antena externa, en la que, de hecho, hay su problema.

Abrimos el cuerpo, si existe tal oportunidad, y estamos buscando una antena SMD, que está en una tarifa, debe caer, solo con mucho cuidado, no sobrecalentador.

Además, soldamos el conector SMA en el lugar de la antena, antes de eso, eliminando todo lo innecesario: la parte en la que se atornilla la antena, no toque, y en el otro extremo, corta el borde, dividimos la pantalla. Y las venas, los limpiamos, salimos.

Si tiene dudas, donde exactamente cómo soldar, es mejor comunicarse con los foros de radio aficionados.

Ahora nos conectamos con el hecho de que hemos salido, la antena que se puede torcer audazmente de la antigua Wi-Fi.

Si tiene un dispositivo más caro con una antena externa, pero aún está insatisfecha con la señal, luego guarde la situación de la antena Hyper Gain: cómprela, corte el adaptador para conectar y separar la pantalla con residencial.