ana / Programlar / Bluetooth Sinyalini Geliştirin: Yetenekli yöntemler. Planar Anten Bluetooth Sistemleri Cep Telefonlarında Bluetooth Modülüne Harici Anten Bağlama

Bluetooth sinyalini geliştirin: yetenekli yöntemler. Planar Anten Bluetooth Sistemleri Cep Telefonlarında Bluetooth Modülüne Harici Anten Bağlama

Şimdi oldukça sık akıllı telefonları, telefonları veya iletişimcileri yerleşik olan serbest bırakma wi-fi adaptörü. Ve Wi-Fi'nin yarıçapı yaklaşık yüz metredir, ancak Bluetooth ile donatılmış telefonlar, yalnızca on metreden fazla olmayan bir mesafe için dosyaları iletir ve alır. Bir bilgisayar için bir USB blutooth varsa, Bluetooth'lu bir telefonun yanı sıra, resepsiyon aralığında bir artış elde etmek istiyorsunuz. Bütün bunlar oldukça mümkün, ancak USB Bluetooth'u geliştirmeniz gerekir.

İyi, başla. Bluetooth adaptörünü bilgisayar için söküyoruz, daha sonra Bluetooth mahfazasını hata ayıklamanız gerekir ve adaptör ücretini çok dikkatlice inceleyin.

Tahtanın sonundaki tüm adaptör modellerinde, spirale benzer şekilde bakır temas vardır, fotoğrafta 1 numaradır. Bu sarmal bir anten bluetooth, ek bir ev yapımı antenin lehimlenecek.

0.4 ila 0.8 mm çapında bir tel tek çekirdekli ihtiyacımız var. Tel bir vernik yalıtımı ile kaplanmıştır ve tamamen ondan kurtulmak gerekli değildir. Teli fotoğrafta gösterildiği gibi döndüreceğiz, sonra rosin kullanarak bakır telin ucunun işlenmesini yapacağız, sonra kalay. Aynı prosedür Bluetooth'ta bir bakır spiral ile yapılmalıdır, adaptör ücretini aşırı ısınmaz, tüm işleri çok dikkatli yapın.

Ardından, Bluetooth adaptörü için, çıkış yerindeki durumlarda bir delik açmanız gerekir. ev yapımı anten. Şimdi tahtayı konuttaki çok dikkatlice kapatın. İşte 4'te alma süreleri aralığında bir artış sağlayan yükseltilmiş Bluetooth.

Alım aralığını daha da arttırmak için, yalıtımla kaplanacak çok çekirdekli oldukça uzun bir kabloyu alabilirsiniz, ucu temizlemek ve anteni tırmanmak gerekir, ikinci uç küçük bir karanlığa tutturulabilir Duvara sürülür.

Hitachi Metal, Murata, Yocowo, Antek Wireless, Centurion ve diğerleri gibi çeşitli firmalar, hücresel telefonda kullanılan ve iyi yüksek frekanslı özelliklere sahip seramik malzemeleri kullanan Bluetooth sistemleri için özel olarak tasarlanmış çok çeşitli antenler üretmiştir. .

Hitachi metalleri, Bluetooth uygulamaları için iyi uygun E-tipi elektrot yapılandırmasının antenlerini serbest bıraktı (Şek. 28). Yeni anten için gereken yer çok küçük (15x3x2 mm), periferik parçaların konumuna duyarlı değildir, Bluetooth için yüksek verimli bir kristal anteni şeklinde yapılabilir, kullanımı kolaydır.

İncir. 28.

Antek Kablosuz Inc. Projenin, minyatürün herhangi bir teknik gereksinimini aşan etkinlik sağlayan, orijinal bir tasarımın yeni bir 2,4 ghz anteni geliştirmiştir ve hemen hemen her cihaza kurulabilir. Anten, kablosuz video sinyali, ses ekipmanları, kulaklık, modemler türünün çeşitli uygulamalarına uygulanabilir. mobil bilgisayarlar, Taşınabilir Telefonlar ve Bluetooth Protokolleri, IEEE 802.11 ve HOMERF kullanan diğer taşınabilir cep cihazları.

Centurion International, Bluetooth teknolojisini kullanarak taşınabilir bilgisayarlarda kullanım için bir iç pIFa anten veya bir tür düz anten geliştirmiştir. Yeni Anten, bilgisayar firmalarını geliştirmek için üreticilere veriyor taşınabilir aletlerkolayca ilişkili olan taşınabilir telefonlar ve mesajlaşma sistemleri internete yüksek veri hızlarında bağlanır.

Murata Manufacturing Co. Bluetooth teknolojisini kullanarak dizüstü bilgisayarlar için dahili dielektrik antenlerin üretim ve satışına başlayacak (Şek. 29). Modülün Boyutları yeni seri G2 - 15x5.8x7.0 mm.

İncir. 29.

Miyazaki Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Bluetooth cihazları (30) için aşırı kompakt bir anteni serbest bırakır. Anten, seramik bazda yapılır ve 5x1.2x1.2 mm boyutlarına sahiptir. Bu, Bluetooth endüstrisindeki en küçük antendir. Antenin özellikleri aşağıdaki gibidir: Çalışma frekansı 2.4 GHz, kazanç katsayısı -2 DBI, voltaj (KSVN) 2.0 için ayakta dalga katsayısı.

TDK Corp. Bluetooth teknolojisine dayanan ürünlerde kullanım için iki yarım dalga küçük boyutlu anten (77 mm) serbest bırakır. Anten CANPB0715, bir amplifikasyon katsayısı -5 DBI ve anten CANPB0716 - 3 DBI'ye sahiptir. Diğer küçük antenlerin çoğu çeyrek dalgadır. Kullanımları sadece daha büyük mobil cihazlarCihaz gövdesi üzerinde topraklamanın yapıldığı dizüstü bilgisayarlar gibi.

Önceden, antenler iki ana konfigürasyona sahipti: ters asimetrik F tipi anteni ve düz bir anteni. Ters çevrilen F-anten bir tarafı açıktır ve diğeri, boyutunu azaltmak için yapılır, ancak açık taraf topraklama elektrodunun etkisine tabidir.

İncir. otuz

Bu nedenle, anten özelliklerini belirli bir alanda uygulamak için geniş bir alan gerekir ve çevresel bileşenlerin yerini tasarlarken dikkatlidir. Buna ek olarak, düz bir anten oldukça hassastır (yüksek kazanç) ve güçlü yönlendirilmiş özelliklere sahiptir ve bu da bluetooth uygulamaları için uygunluğun gerekli olması durumunda.

Hitachi Metalleri tarafından geliştirilen anten türü, F tipi ters antenin benzersiz avantajlarına sahiptir, ancak her iki taraftaki topraklama elektrotları içerir ve merkezi, koni şeklindeki elektrot eklenir. Başka bir deyişle, Hitachi metallerinde icat edilen yeni E-tipi elektrot konfigürasyonu daha da minyatür edilebilir ve yakındaki topraklama elektrotlarını önemli ölçüde etkilemez. Anteni küçültmek, ne kadar küçük durum parametrelerini etkiler.

Yukarıdaki Bluetooth sistemi için tüm anten tasarımlarının bir analizi, anten spesifikasyonunda yer alan ana anten parametrelerini seçmenize izin verir, bunlara göre bir cep telefonu tasarlama yöntemini seçebileceğiniz.

Bluetooth sistemi anteni için teknik gereksinimler:

Frekans Ameliyat Şeridi: 2400 ... 2500 MHz;

Ortalama amplifikasyon: -3 dBi;

Giriş direnci: 50 ohm;

VSWR: 3 veya daha az.

Bir anten sistemi tasarlama sürecinde gereklidir:

Toprak yüzeyini (bazen karşı ağırlık olarak adlandırılır), yani telefonun gövdesinin iç yüzeyinin optimum doldurulmasını iletken alanlarla bulabilirsiniz. Şu anda, bu genellikle iletken boyanın potansiyeli bireysel parçaları tarafından uygulanır.

Antenin tasarımının amacı, gerekli oryantasyon diyagramını (DN) ve frekansların çalışma şeridinde iyi eşleşmeyi elde etmektir.

Planar Bluetooth Anten Sistemleri cep telefonları

V. Kalinichev, A. Kurushin, V. Sublayer

Cep Telefonlarında Düzlemsel Bluetooth Anten Sistemleri

Bluetooth kablosuz LAN sisteminde düzlemsel microStrip antenlerinin kullanımı göz önünde bulundurulur. Seramikteki kayıpları dikkate alarak düzlemsel seramik antenin analiz edilmesi için tasarlanmış yapılar ve yöntemler. Sayısal anten analizi için, davada HFSS programı kullanılmıştır. Belirli bir ahize için hesaplamalar yapılır: Metalin yüzeyindeki akım dağılımı, çeşitli cep telefonu yönü için bir dielektrik, telefon gövdesi, oryantasyon çizelgeleri ile doldurulur. Seri Bluetooth antenlerine genel bir bakış, ayrıca bu antenlerin muhafazadaki montajı için önerilerde bulunur.

Giriş

Bilgi değişimi oranındaki bir artış, "ev" seviyesindeki kablosuz iletişim sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulundu. Kişisel bilgisayarlar ve dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, CD ve MP3 çalarlar, dijital fotoğraf ve video kameraları ve diğer dijital cihazların bir kütlesi (Şekil 1), genellikle birbirine bağlanır sabit bilgisayarlar, bağlantılarının sorununu yarattı.

Şekil 1. Bluetooth kablosuz teknolojisini kullanarak yerel bağlantı sistemi

Kablo uygunsuz hale geldi - sık sık bağlanması gerekiyor, kablonun kendisinin konektörlerle olan boyutları, bağlı cihazın kendisinden daha fazla değil. Bu arka plana karşı WLAN Kablosuz Yerel Teknolojinin (Kablosuz Yerel Alan Ağı) alaka düzeyi, cihazın tahrik diskine temassız bir şekilde bağlanmasını sağlayarak keskin bir şekilde artmıştır.

Sonuç olarak, sistem önerildi ve hızlı bir şekilde gelişmeye başladı. kablosuz iletişim Bluetooth (Şekil 1). Radyo frekanslarının spektrumunda, 2,4465-2.4835 GHz aralığında 37 MHz bandında (her biri yaklaşık 2 MHz) 79 kanal atanır.

Öz bluetooth Standardı Donanım elektronik aletler 10 m'ye kadar bir yarıçapa sahip olan 2.45 GHz frekansında faaliyet gösteren bültenler ve bilgi aktarımı 1 Mbps'ye kadar. Bu cihazları uygulama olanakları gerçekten sınırsızdır. Kablosuz kulaklık, fareler, klavye, bağlantı cep telefonları Ve dizüstü bilgisayarlar, cep bilgisayarları arasındaki bilgi alışverişi listelemek değildir.

Bluetooth sistemi, dünyadaki Bluetooth cihazlarını serbestçe kullanmanıza olanak sağlayan bir 2,45 GHz Şerit (ISM - Sanayi, Bilim, Tıp, Bilim, Tıp) ile çalışır. Teknoloji, spektrum genişlemesi ile atlama benzeri bir frekans yeniden yapılandırması (1600 atlama / s) kullanır. Operasyon sırasında, verici, bir çalışma frekansından psödo-rastgele algoritma tarafından bir çalışma frekansından diğerine atlar. Alıcı ve iletme kanallarını ayırmak için geçici bir ayrım kullanılır (Şekil 2). Senkron ve asenkron veri iletimi desteklenir ve TCP / IP ile entegrasyon sağlanır. Geçici aralıklar, her biri radyo sinyal frekansında iletilen transfer paketlerine senkronize edilir.

Şekil 2. C cihaz A ile Cihaz B arasındaki alternatif veri değişimi

Bluetooth cihazlarının güç tüketimi 0.1 watt içinde olmalıdır. Her cihazın benzersiz bir 48 biti vardır. ağ adresiUyumlu standart format yerel ağlar IEEE 802.

Bluetooth sistem oluşturmanın temel prensibi, atlama benzeri bir frekans değişikliği (FHSS - frekans hop spektrum) ile spektrum genişletme yönteminin kullanımıdır. Bluetooth radyo frekansı için seçilen 2.402 ... 2,480 GHz, N frekans kanallarına ayrılmıştır. Her kanalın bandının 1 MHz'dir, kanalların ayrılması 140 ... 175 kHz'dir. Kodlama paket bilgisi için frekans manipülasyonu kullanır.

ABD ve Avrupa için N \u003d 79. İstisnalar, Bluetooth için 23 frekans kanalının kullanıldığı İspanya ve Fransa'dır. Kanal değişikliği, 1600 Hz frekansı olan sözde rastgele yasaya göre yapılır. Kalıcı frekans alternasyonu, Bluetooth radyo arabiriminin ISM aralığında bilgi yayınlamasına ve parazitin aynı aralıkta çalışan cihazlardan etkisini önler. Bu kanal inanılmazsa, sistem diğerine geçer ve kanal girişimden arındırılmış olana kadar gerçekleşir.

Hızlı başlangıç Bluetooth sistemleri, yapının basitliğini kolaylaştırdı. Bir alıcı-verici radyo modülü, bir iletişim kontrolörü (aynı işlemcidir) ve yönetici cihazı, Aslında Bluetooth protokollerini uygulayarak Üst seviyelerterminal cihazına sahip bir arayüzün yanı sıra. Ayrıca, alıcı-verici ve iletişim denetleyicisi özel cips (integral veya hibrit) ise, iletişim yönetimi cihazları standart mikrodenectroller, sinyal işlemcileri veya işlevleri güçlü terminal cihazlarının merkezi işlemcilerini desteklemektedir (örneğin, dizüstü bilgisayarlar).

Ayrıca, bluetooth cihazları Diğer uygulamalarda kullanılan entegre devreleri kullanın, çünkü 2 GHz mikrodalga aralığı oldukça iyidir ve Bluetooth Teknik Çözümlerin kendileri özel yenilik içermez. Aslında, modülasyon şeması yaygındır, spektrum genişleme teknolojisi frekans zıplama yöntemiyle iyi çalışılır, güç küçüktür.

Bluetooth teknolojisinin başarısının anahtarı bir radyo alıcısıdır. Düşük fiyat ve düşük güç, arayüzün (kısa hava radyolinin) teknik gereksinimlerini uygularken ve resepsiyonist tasarlarken primer hususlardı. Bluetooth teknolojisi, RF şemasını ve dijital akış şemasını bir silikon kristalinde birleştiren tek çip resepsiyonist oluşturmanıza olanak sağlar.

Bluetooth alıcı-verici

Bluetooth alıcısı üç fonksiyonel bloğa ayrılabilir (Şekil 3). Radyo bloğu RF, modülasyon frekansları şeritli bir invertör, bir kanal filtresi, modülatör / demodülatör ve frekans sentezleyicisi ile bir çevirici olan dönüştürücüler içerir.

Şekil 3. Temel Bluetooth Alıcı Elemanları

Radyo rulosu, FM sinyalinin bir bit akımında 2.45 GHz frekansında dönüşümünü gerçekleştirir ve bunun tersi de geçerlidir. Anten, sistemin çok önemli bir unsurudur. Anten, çok yönlü olmalı ve 0 dBi kazanmalıdır, kullanıcının varlığı sinyal dağıtımını etkilememelidir. 2.45 GHz frekansındaki küçük dalga boyu nedeniyle, anten boyutu birkaç buna sınırlıdır. Şu anda, düz veya PIFA antenler en sık kullanılır, ancak seramik bir substratta daha da minyatür e-tipi tasarımlar önerilir. Anten, ISM bandından 2.45 GHz frekansını uyandıran bir şerit filtresi ile tamamlanmaktadır.

Basit ve istikrarlı alıcıları ve tutarlı olmayan algılamayı uygulamak için, Bluetooth, 1 Mbps hızında bir Gauss nabzına sahip bir haddeleme atlama ile ikili frekans manipülasyonu (FM, FSK) kullanır. BT \u003d 0,5, BT \u003d 0.5, burada B Strip, T'nin nabız süresi, modülasyon indeksinin altında, 0.28 ila 0.35 ve 1 μs darbe süresidir. Dünya Kupası, frekansları değiştirirken çalışması zor olan Aru'ya olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve veriler düzensiz zaman aralıklarında geldiğinde. RF alıcısının giriş kısmı, frekansta, kanal bant filtresi ve frekans dedektöründe azalmış bir dönüştürücüden oluşur.

Kanal filtresi 1 MHz'lik bir bandı vurgular ve oldukça yüksek seçicilik gereksinimleri sunulur. ISM bandından bu şeritteki diğer sistemlere bölünmesi gerektiğinden (diğer Bluetooth sistemlerinin aralarında, araç etkileşimini önlemek için önlemler alınmalıdır. Genellikle Bluetooth alıcısı, frekans dönüşümü ile (yani ayna kanalının PC grubuna düştüğünde) yapılır. Bluetooth işletim sistemlerinin yakınındaki kavşak için, ayna kanalındaki bloklama katsayıları, birinci, ikinci ve üçüncü bitişik kanallar için 20, 30 ve 40 dB olmalıdır.

Bluetooth sisteminin özellikleri nedeniyle, intermodülasyonun teknik gereksinimleri, alıcının hassasiyetinden daha zordur.

0 dBm çıkış gücü ile 10 m mesafeyi örtüşmek için, alıcının hassasiyeti P dak \u003d -70 DBM yeterlidir. -114 DBM (Gürültü Band 1 MHz'de) alıcının girişindeki gürültü seviyesini ve alıcı yolun çıkışındaki gereklilikleri ve BER \u003d 0.1'in maksimum bilgi aktarma hatası oranını sağlamak için KM \u003d 21 DB çıkışındaki gereksinimler göz önünde bulundurun. %, gürültü katsayısının 13 dB olduğunu elde ediyoruz. Bu değer, hassasiyet için formülden hesaplanır.

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

1.174 dBm, 1 Hz şeridinde termal (KTB) gürültünün gücüdür. normal sıcaklık; NF - Gürültü katsayısı, db; B - Demodülatörden önce frekans bandı, 1 MHz; A - tetik eşiği, A \u003d 3 dB; K M - Modülasyonun türüne bağlı olarak katsayısı.

Bugüne kadar elde edilen gürültü katsayısına kıyasla, 13 db'den önemli ölçüde düşük olan bu değer oldukça zayıf bir anlam olarak görünüyor. Bununla birlikte, bu düşük gereksinim, kayıplı ucuz bileşenleri kullanmanıza ve müdahale sinyallerine karşı korur (alt tabakaya ve güç kablolarında devrilme).

Bluetooth Alıcının Dinamik Aralığının Hesaplanması

Dinamik aralığın üst sınırı, 3. sıranın intermodülasyon bozulmasının ürünü ile tahmin edilebilir, eğer iki bitişik kanalın frekanslı 2 sinyalinin giriş üzerinde hareket ettiğini varsayarsak.

F 0 + D F ve F 0 + 2D F frekansları olan iki sinyal, üçüncü sıralamanın bozulmasının bir ürününü üretir P IM3'ün sözde radyo kanalındaki frekans frekansı ile. P IM3 ürününün güç seviyesi, parazit gücünün p girişinin giriş sinyaline ve tüm alıcının doğrusal olmayan parametresine bağlıdır - IP 3 - ve eşit üçüncü sıranın kesişme noktaları:

P IM3 \u003d 3P - 2IP 3 [dB]. (2)

Bozulmadan ücretsiz dinamik aralık Doğrusal ve doğrusal olmayan kökenin çarpıtmalarının, demodülatördeki bozulma ile eşit derecede etkilenmesi ve kendi sinyalinin tespiti eşit derecede kötüleştiği şartından belirlenir. BER'nin, hassasiyetin belirlenmesi sırasında ayarlanan% 0.1'lik değeri geçmediği anlamına gelir, alınan sinyalin gücünün gürültü seviyesinin 3 dB'deymesi gerekir (bu, PM alıcısının hassasiyetine karşılık gelir) . Dolayısıyla, IP3 \u003d -16 DBM, PIM3 intermodülasyon ürününün alıcının hassasiyetine eşit olması şartıyla, 2), iki müdahale sinyalinin 0 dBm'lik bir gücüne sahip olması ve parazit 1'in bir mesafesine sahip olması şartıyla, ifadeyle (2) elde edildi. m.

IP3 \u003d -16 DBM değerinin alıcının hassasiyetiyle birleştirilmesi P dak \u003d -70 DBM'den, (1) ve (2) 'dan ve (2)' nin bozulmasız dinamik aralıktan (SFDR) Bluetooth alıcısının eşit olması gerekir.

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

Verici bloğu da oldukça basittir. İkili GFSK modülasyonu, CM-GETETREODINE'nin doğrudan modülasyonu ile elde edildi. Artan frekansa sahip ek faz dönüşümleri neden gerekli değildir. Modüle edici sinyal, ISM frekansında 2.45 GHz'de çalışan FM sistemleri için gerektiği gibi, 1 MHz spektrumunun genişliğini korumak için bir Gauss filtresi ile filtrelenir. Gauss zarfı ile modülasyon, Vericinin çıkış kaskadının doğrusallığı, C sınıfının uygun maliyetli amplifikatörleri için yüksek gereksinimler getirmez.

Bluetooth Verici Gücü yaklaşık 0 dBm'dir (maksimum gücü 20 dBm'ye kadar kullanmasına izin verilir). 0 DBM'yi aşan güç seviyeleri için, kapalı bir kontur üzerindeki güç kontrolü uygulanır.

Bluetooth sisteminde cep telefonu aralığının hesaplanması

P N, alım noktasındaki radyo sinyalinin gücünün şunlara eşit olduğu bilinmektedir:

p, vericinin yaydığı güçtür; G M, iletim anteninin maksimum kazancıdır; Bir Ech.m - alıcı antenin maksimum etkin alanı (antenin geometrik alanıyla orantılı); F (,) - İletim antenin seçicilik diyagramının işlevi; F "(", ") - alım anteninin seçiminin işlevi.

Bu formülden, antenlerin birbirine yönlendirilmesi şartıyla, maksimum radyo iletişim aralığını alabilirsiniz.

p N.min, alıcının duyarlılığıdır, bizim durumumuzda p n.min \u003d 10-10 w (-70 dBm).

Formül (4) formülünde ikame etme P \u003d 10-3 W, G m \u003d 0.5, bir EFF.M \u003d 25 · 10 -6 (5 ila 5 mm), R m \u003d 3 m elde ediyoruz.

Bu değer yaklaşık olarak Bluetooth sisteminin gereksinimlerine uygundur ve anten geometrisinin hesaplanması için başlangıç \u200b\u200bnoktası olarak hizmet verebilir, çünkü kalan özellikler seçim yongası için standart olarak belirlenir.

Bluetooth Antenler (Üreticilerin ve Çözümlere Genel Bakış)

Hitachi Metalleri, Bluetooth uygulamaları için iyi uygun "E-Tip Elektrot Yapılandırması" (Şek. 4) tipinin antenlerini serbest bıraktı. Yeni anten için gereken yer çok küçük (15x3x2 mm), periferik parçaların konumuna duyarlı değildir, Bluetooth için yüksek verimli bir kristal anteni şeklinde yapılabilir, kullanımı kolaydır.

Şekil 4. Bluetooth için Hitachi Metal Anteninin Görünümü

Antek Kablosuz Inc. Projenin, minyatürün herhangi bir teknik gereksinimini aşan etkinlik sağlayan, orijinal bir tasarımın yeni bir 2,4 ghz anteni geliştirmiştir ve hemen hemen her cihaza kurulabilir. Anten, Bluetooth Protokolleri, IEEE 802.11 ve Homerf kullanarak kablosuz video sinyali, ses ekipmanları, kulaklıklar, modemler, mobil bilgisayarlar, taşınabilir telefonlar, kulaklıklar, modemler, mobil bilgisayarlar, taşınabilir telefonlar ve diğer taşınabilir cep cihazlarının çeşitli uygulamalarına uygulanabilir.

Centurion International, Bluetooth teknolojisini kullanarak taşınabilir bilgisayarlarda kullanım için bir iç pIFa anten veya bir tür düz anten geliştirmiştir. Yeni anten, bilgisayar firmalarının, yüksek veri aktarım hızlarında internete kolayca bağlanabilir telefonlarla kolayca ilişkili taşınabilir cihazlar geliştirmesini sağlar.

Murata Manufacturing Co. Bluetooth teknolojisini kullanarak dizüstü bilgisayarlar için dahili dielektrik antenlerin üretimi ve satışı (Şek. 5). Yeni G2 serisinin modülünün boyutları - 15x5.8x7.0 mm.

Şekil 5. Çip Anteni ANCG22G41 Murata

Miyazaki Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Bluetooth cihazları için süper kompakt bir anten serbest bırakır. Anten, seramik bazda yapılır ve 5x1.2x1.2 mm boyutlarına sahiptir. Bu, Bluetooth endüstrisindeki en küçük antendir. Antenin özellikleri aşağıdaki gibidir: Çalışma frekansı 2.4 GHz, kazanç katsayısı -2 DBI, voltaj (KSVN) 2.0 için ayakta dalga katsayısı.

Şekil 6. Cep Telefonu Konutunda Seramik Anten (Fotoğraf)

TDK Corp. Bluetooth teknolojisine dayanan ürünlerde kullanım için iki yarım dalga küçük boyutlu anten (77 mm) serbest bırakır. Anten CANPB0715, bir amplifikasyon katsayısı -5 DBI ve anten CANPB0716 - 3 DBI'ye sahiptir. Diğer küçük antenlerin çoğu çeyrek dalgadır. Kullanımı, yalnızca cihaz gövdesine topraklandığı dizüstü bilgisayarlar gibi daha büyük mobil cihazlarda mümkündür. Cep telefonları için, yarı dalga antenleri geliştirmek gerekiyordu.

Şekil 7. Metalize Cep Telefonu Kılıfında 3D Görünüm Bluetooth Anten (HFSS'de Çizim)

E-tipi anten yapılandırması

Önceden, antenler iki ana konfigürasyona sahipti: ters asimetrik F tipi anteni ve düz bir anteni.

Ters çevrilen F-anten bir tarafı açıktır ve diğeri, boyutunu azaltmak için yapılır, ancak açık taraf topraklama elektrodunun etkisine tabidir. Bu nedenle, anten özelliklerini belirli bir alanda uygulamak için geniş bir alan gerekir ve çevresel bileşenlerin yerini tasarlarken dikkatlidir.

Ek olarak, düz anteni oldukça hassastır (yüksek kazanç) ve güçlü yönlendirilmiş özelliklere sahiptir ve bu da, Omniarity'nin gerekli olduğu Bluetooth uygulamalarına uygun değildir.

Bluetooth sistemi anteni için teknik gereksinimler:

frekans Ameliyat Şeridi: 2400 ... 2500 MHz;
ortalama amplifikasyon: -3 dBi;
giriş direnci: 50 ohm;
VSWR: 3 veya daha az.

Bir anten sistemi tasarlama sürecinde gereklidir:

filtre girişi ile microStrip anten güç noktası arasındaki eşleşen yapıyı hesaplayın;
toprak yüzeyini (bazen karşı ağırlık olarak adlandırılır), yani telefonun gövdesinin iç yüzeyinin optimum doldurulmasını iletken alanlarla bulabilirsiniz. Şu anda, bu genellikle iletken boyanın potansiyeli bireysel parçaları tarafından uygulanır.

Antenin tasarımının amacı, gerekli oryantasyon diyagramını (DN) ve frekansların çalışma şeridinde iyi eşleşmeyi elde etmektir.

Planar Anteninin Genelleştirilmiş Yapısının Analizi

Bluetooth sistemi için mevcut antenlerin gözden geçirilmesinden, üç boyutlu substratın bir veya daha fazla tarafına püskürtülen, çoğu zaman büyük geçirgenliğe sahip, üç boyutlu substratın bir veya daha fazla tarafına püskürtülen metallerin metal formlarına sahip oldukları açıktır (Şek. 8). Bu nedenle, bu formların her birinin bir rezonatör olduğunu söyleyebiliriz. Antenin boyutlarının çalışma frekansı ile ilişkili olduğu bilinmektedir. Antenin daha uzun bir taraf boyunca rezonansladığını varsayarsak, antenin uzunluğu bir sonraki basit formüle göre tahmin edilebilir:

fR'nin verilen bir rezonant frekansı olduğu; - Substrat malzemesinin göreceli dielektrik geçirgenliği. Bu formül, anten substratının genişliğinin ve substrat kalınlığının rezonans frekansına etkisini dikkate almaz, ancak bu etki genellikle önemsizdir. Formül (1), baskılı antenin fiziksel yapısını (Şekil 9), üst iletken ve anten kazı tahtası arasındaki boşlukta oluşan bir yarı dalga rezonatörü olarak (Şekil 9) yansıtır. Örneğin, bir frekansta f r \u003d 2,5 GHz ve \u003d 34 (seramik) (1) 'den (1) ~ \u003d 10.3 mm'ye sahibiz.

Şekil 8. AutoCAD sisteminde Bluetooth Anten YCE-5207 geometrisi

Şekil 9. AutoCAD'de tasarlanmış Bluetooth Anten (üstten görünüm)

Anten uzunluğu, bir ucu topraklanmışsa, en az iki kez (aynı frekansta çalışırken) azaltılabilir. Bu durumda, çeyrek dalga rezonatörünü temsil eden, bir ucu topraklanmış ve diğeri açık (boşta) olan tersi F-Anten (PIFA) denir. PIFA (Şekil 3), antenin giriş direncinin 50 ohm'a yakın olduğu bir noktada koaksiyel bir çizgi ile heyecanlandırılır. Böylece, PIFA uzunluğu yaklaşık olarak takdir edilebilir

Aynı frekansa göre yapılandırılmış bir anten için, F \u003d 2.5 GHz ve \u003d 34'ü, daha önce bir önceki davadan çok daha az yerle meşgul olan bir ~ \u003d 5.1 mm elde ediyoruz. ReSonator'un açık ucuna odaklanan bölgesel yakın alanın etkisi nedeniyle gerçek anten boyutu bile daha az olabilir.

E-anten'in boyutu, her iki taraftan soğutulduğundan, kabaca tahmin edilebilir

Bluetooth sistemi için antenler, karmaşık şeklin yarı kranklı ekranında bulunduğundan, anten sisteminin özellikleri teorik formüllerde hesaplanan özelliklerde önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Bu durumda, anten parametreleri (iletkenlerin boyutu ve yükseklikte arasındaki mesafenin) biriyle optimize edilebilir yazılım paketleriElektromanyetik yapıların simüle edilmesi (Şekil 10).

Şekil 10. Cep telefonundaki yakın alan (HFSS alanında)

PIFA anteninin küçük boyutunun avantajının, radyatif kabiliyetini azaltılarak (sadece bir kenar yayılan), genellikle PIFA antenlerinin dar bant olduğu belirtilmelidir.

Planar Antenlerinin Sayısal Tasarım Yöntemleri

Antenler, tüm radyo iletişim sistemlerinin ana bileşenleridir ve transfer ortamı olarak boş alan kullanın. Vericiyi veya alıcıyı arayüzü kullanarak boş alanda ilişkilendirmek için kullanılırlar.

Antenler, arttırılmış, radyasyon paterni diyagramı, aralık genişliği ve polarizasyonun en büyük ilgisi olan çok sayıda önemli parametreye sahiptir.

Hücresel antenlerin modern tasarımı (Şekil 11), bir bilgisayardaki elektromanyetik fenomenleri modelleme, eskiz hesaplamaları ve sezgisel hususlar ilk veriler olarak elde edilen sonuçları kullanarak, bilgisayardaki elektromanyetik fenomenlere dayanmaktadır.

Şekil 11. Cep Telefonu Kılıfında Bluetooth Anteninin Görünümü

Bir model oluştururken, geometrinin çalışma sırasında antenin gerçek konumuna uyması gerektiğini, yani vücudun dikey bir konumda (veya düşük bir açıda) olduğu şekilde hatırlanması gerekir. Bu durumda, düz anten "kenarda" konumundadır.

Minyatür Seramik Antenlerinin Özellikleri

Seramik anteni, yüksek dielektrik sabiti olan bir substrat üzerinde yapılır. Yüksek geçirgenliğe sahip malzeme de büyük kayıplara sahiptir.

Bu nedenle, bu tür antenlerin hesaplanması, temel olarak seramikteki zararları dikkate alarak programlar kullanılarak gerçekleştirilmelidir. Böyle bir program HFSS programıdır.

Bir cep telefonu tüpünün tasarımında düz bir anteni başarılı bir şekilde yüklemek için, bir anten sisteminin özelliklerinin telefon tasarımlarının belirli unsurlarından bağımlılığını gösterecek yerleşim çalışmaları yapmanız gerekir.

MicroStrip Antenlerinin aşağıdaki özelliklerine dikkat ediyoruz:

mikroforni antenleri spirallere kıyasla daha dar banttır;
microStrip antenleri, spiral antenlerde ağırlıklı olarak dikey kutuplaşmalara kıyasla dairesel polarizasyonlarla kolayca uygulanır;
mikroforni antenler, dikey eksene göre asimetrisi nedeniyle, spiral ve titreşimli azimüt düzleminde daha düzensiz bir radyasyon diyagramı vardır.

Daha önce not edildiği gibi, seramik anteni, belirli bir formun metal iletkenlerinin uygulandığı her bir tarafın yüzeyinde bir 3B yapıdır. Bu tasarımın bir veya daha fazla uyarma noktasına sahip olabilir. Antenin üzerindeki bu noktalarda, radyasyon akımlarının yapısına yol açan bir uyarma voltajı sağlanır. Uyarma noktaları, simetrom bir transformatörle (korkuluk) ile ilişkilendirilebilir.

Uyarma noktalarına ek olarak, baskılı anten üzerinde topraklama noktaları olabilir (topraklama düzlemine bağlanma). Bu karmaşık tasarımda emanet edilen akımlar bir radyasyon diyagramı oluşturur ve iletişim kurmak için gerekli diğer anten özelliklerini uygular. kişisel bilgisayar veya başka bir cihaz.

Elektrodinamik hesaplama sonucunda, akımların sistemdeki dağılımını belirlemek mümkündür, daha sonra analizleri bir anteni yükseltmek için temel teşkil edebilir.

Bir anten tasarlama sürecinde, her şeyden önce, 50 ohm'a yakın giriş direncini elde etmek için gereklidir, çünkü bu durumda anteni düşük gürültülü bir giriş amplifikatörü ve güç amplifikatörü ile müzakere etmek mümkün olacaktır. iletim yolu.

Örneğin, antenin dönüş kaybının büyüklüğü (parametre 20 log | S 11 |), Sipariş -20 dB, bu, antenin çalışma aralığının, çevresindeki alanla iyi bir uyumla çalışacağını göstermektedir. -20 DB değeri, jeneratör gücünün anten tarafından neredeyse yansıtılmadan emileceğini, bu da boş alanla yüklenir. Anten, güç amplifikatörünün (veya düşük gürültülü amplifikatörün girişi) ve boş alanı arasında bir transformatördür. dalga direnci Far bölgedeki düz bir dalga için 377 ohm'a eşit olarak kabul edilebilir.

Aşağıdaki gereklilik, antenin farklı yönlerde yayılmasını belirleyen radyasyonun özellikleridir. Antenleri tasarlarken ve hesaplarken, genellikle iki karşılıklı dik düzlemdeki bir odak diyagramının kesitleriyle ilgilenir: azimuthal ve kızgın. Azimut DN, antenin yatay düzlemde, kızgın altta dikey olarak yayılmasını belirler. Ve aynı gün bir cep telefonu için önemlidir, ancak ilk önce Omnidarity'yi belirler ve çalışma koşullarındaki radyasyonu tahmin etmek daha karakteristiktir. Baskılı antenin veya modifikasyonların yönünün parametreleri, mevcut spiral pin antenlerinden daha kötü olmamalıdır.

Bluetooth Anten Radyasyon Özellikleri

Tablo, belirli bir tasarımın kesin geometrik boyutlarını kullanarak yuvadaki anten modellemesinin sonuçlarını sunar. Tablo, hesaplanan tasarımın parametrelerinin ölçülen eşleşen parametrelerden önemli ölçüde farklı olduğunu göstermektedir (Şekil 16). Bu nedenle, bu farklılıkların nedenlerini analiz edin.

Masa. Güç, yayılan anten, yön, amplifikasyon ve magnetyud, substrattaki kayıpların yokluğunda (dielektrik geçirgenlik teğeti \u003d 0). Güç girişindeki nominal jeneratör (bağlantı noktası) 1 w'dir.

F frekansı	Püskül Yayılan Güç, Hesaplama, W (radyasyon düzleminden hesaplanan güç toplamları)	D good, db (HFSS Hesaplama)	G Güçlendirme, DB \u003d P SED / P Nom	S 11 HFSS Hesaplama	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

Tahmini ve gerçek tasarım arasındaki en büyük ana fark, substratın parametrelerinde yer almaktadır. Böylece, tabloda gösterilen hesaplama verileri, seramik bir substrattaki kayıpların yokluğunun idealize edilmiş bir vakasına karşılık gelir. Bu idealize edilmiş durumda kayıp olmadan, tablo parametrelerinin ilişkisini bulacağız.

Pizel, radyasyon sınırı boyunca HFSS programı tarafından hesaplanır. Uzak alanın sınırını belirten duvarlardan geçen tüm güç toplanır ve bu p verir.

Eğer substrat ve iletkenler kayıpsızsa, antene gelen tüm güç emisyondur, yani P. \u003d P karınca ve antene gelen ve daha sonra yayılan bu güç, sırayla, uyuşmazlıkla belirlenir:

P i \u003d p karınca \u003d P nomdu (1 - | S 11 | ²), (7)

p NOM, jeneratörün nominal gücüdür. HFSS Hesaplamasında, 1 W'a verilir.

2 GHz frekansta, tabloya göre, (7) 'dan

P ANT \u003d 1 (1 - | 0.96 | ²) \u003d 0.07W,

tablodaki değerdeki değerle elde edilen değere karşılık gelir.

Tanımla güçlendirilen anten eşittir

(7) 'de (7), logaritmik bir ölçekte elde ediyoruz,

G \u003d 10LG (1 - | S 11 | ²) + d. (dokuz)

2 GHz frekansı için, anten kazancımız var

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

Dolayısıyla, durum için anten parametrelerinin substratta kayıp olmadan bağlantısını gösterdik.

(7) aşağıdaki formda bakın:

HFS'lerin hesaplanmasının analizi, 2 GHz ve diğer frekanslarda, antenin arttırılması kötüdür ve en önemlisi, anten bozukluğu gerçekleştiğini görüyoruz (Şekil 12). Bununla birlikte, deney, antenin arttırılması, eşleşen zincirlerin dahil edilmesinden bile anlamlı derecede yüksektir. Dava nedir? Bu garip bir şekilde, seramik substrattaki kayıpların varlığının, antenin uyumlaştırılmasına ve küçük bir antenin özelliklerinin iyileştirilmesine, normal antenle karşılaştırıldığında, bir dalga boyu ile orantılı olanların iyileştirilmesine katkıda bulunur. Aslında, zararın TG \u003d 0.1'in (elbette gerçekçi olmayan) değerine yükselterek, HFSS'yi hesaplayarak, Şekil 2'de gösterilen yeterlilik bağımlılığını elde ediyoruz. 13.

Şekil 12. Seramik parametreli frekans tepkisi Bluetooth anteni \u003d 34, tg \u003d 0 (kayıpsız). Resimden, koordinasyonun kötü olduğu açıktır.

Şekil 13. Seramik parametreli frekans tepkisi Bluetooth anteni \u003d 34, tg \u003d 0.1 (2 GHz frekansında)

Antenin etkinliğini araştırmak için, kayıplara bağlı olarak, antenin özelliklerinin durumlarda seramikteki kayıplardan bağımlılığını hesaplarız. Seramik kayıpları vardır ve hesaplamalar, eğer kayıp olmadığını varsayarsak, antenin kötü bir şekilde eşleştiğini, eğer bir kayıp varsa, müzakere iyileştirilir.

POWER P program tarafından hesaplanır, tüm radyasyon sınırlarına düşen kapasitelerin toplamı olarak sayısal olarakdır. Bu güç, jeneratörün nominal gücünden daha azdır ve sadece bir parçasıdır.

Bu durumda, kayıplarımız olduğundan, kayıp, formül (7) ve p değeri olan durum arasındaki kapasitenin farkı olarak tanımlanırlar. Eşitlik p tonda oldu \u003d p karınca artık adil değil, bu kapasiteler substrattaki kayıpların gücünde farklılık gösterir:

P t \u003d p karınca - P (on bir)

(11) formül (8) 'de değiştirilmesi, seramikteki kayıpları dikkate alarak antenin geliştirilmesinin formül tarafından bulunduğunu elde ediyoruz.

bu olarak temsil edilebilir

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

nerede K * Tg \u003d P Rublesi / P Nom, Genel durumdaki K 1'e eşit değildir.

(13) 'den (13)' den. S 11 | ² artan kayıplarla azaldığı görülebilir ve anten ile koordinasyonun neden kayıpları olan seramik olması için daha kolay ulaşıldığı anlaşılabilir.

Şekil 14. Bluetooth Anten Sistemi Hızı Koruma Diyagramı

Şekil 15. Bluetooth Anten Sistemi ile Azimuthal Cep Telefonu Direktifi Grafik

Hesaplamalar, kullanıcının vücudunun küçük bir anten deseni üzerindeki etkisinin, ana cep telefonu anteninin altından önemli ölçüde az olduğunu göstermektedir. Aynısı, Bluetooth anteninin yayılan gücünün insan vücudundaki ters etkisi için söylenebilir.

Düzlemsel anteninin deneysel çalışması

Deneysel anten ayarı, koordinasyon kriteri ve günün kriterleri ile yapılabilir. İncirde. Şekil 16, S11 parametresinin ölçülen frekans tepkisini gösterir, Smith grafiğine uygulanır.

Şekil 16. Zincir analizinde ölçülür. Muhafazadaki anten giriş direnci

Bu deneysel ölçümler HP8632 zincir ölçerinde yapılır.

Bir anten ekranını korurken anten sisteminin yer değiştirme frekansının deneysel bir ölçümü, bir antenin mahfazaya sokulduğunda rezonans frekansının bakımının 50 MHz olduğunu göstermiştir.

Sonuç

Makale, kablosuz yerel iletişim için amaçlanan Bluetooth sisteminde MicroStrip anteninin modellenmesinin özelliklerini açıklar. Cep telefonundaki Bluetooth sistemi göz önünde bulundurulur. Anten sisteminin çalışmalarının temel özelliği, antenin yüksek metalize edilmiş bir binada çalışmasıdır, yani daha büyük bir karşı ağırlıkta. Bu nedenle, bir anten tarafından denetlenen akımları, durumun yüzeyinde hesaplamak için, analiz programını 3B gösterimde uygulamak gerekir. Böyle bir program HFSS'dir. Bu durumda, antenin durumun diğer unsurlarıyla birlikte simülasyonu, anten ve tüp tasarımının tasarımının tüm tasarımının temel parçasıdır.

Modelleme işleminin özellikleri, bir dikdörtgen metal platformun bir kombinasyonu ile sunulan YCE-5207 anten yaması ve yeterince karmaşık formların büyük bir dielektrik sabitine sahip seramiklerin bir kombinasyonu ile sunulmasında gösterilmiştir. Spesifik analizlerin sonuçları, yansıma katsayısının frekans özellikleri, mahfazadaki akımlar, yakın alan ve günde sunulmaktadır. Tüp gövdesinin elemanlarının uzak bölgedeki radyasyon diyagramı üzerindeki etkisi gösterilmiştir. Anten eklemek için hem dış hem de sağlam seçenekler olarak kabul edilir.

Edebiyat

Jennifer Bray, Charles Sturman. Bluetooth: Kablolar 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 House. 2001. 710 s.
Kesshenikh V., Ivanov E., Kondrashov Z. Bluetooth: İnşaat ve işleyen ilkeleri // Chip Haberleri. 2001. No. 7. S. 54-56.
Kalinichev V., Kuruşin A. Cep telefonları için mikroforni antenleri // Chip Haberleri. 2001. No. 7. S. 6-12.

Kablosuz cihazlar çok rahattır - teller için daha fazla endişelenmenize gerek yoktur, ancak "havayla" bağlantısının yarıçapı üzerinde kendi kesin sınırlamaları olduğunu açıkça anlamanız gerekir. Ve daha ucuz, örneğin, bilgisayarınız için edindiğiniz bir Bluetooth adaptörü olacak, kararlı bir bağlantı elde etmek için ondan uzaklaşabilirsiniz. Tabii ki, bazı pahalı cihazlar her zaman iyi sonuçlar vermez. Bugün Bluetooth sinyalini ve ne kadar gerçek olduğunu nasıl güçlendireceğimiz hakkında konuşacağız.

Genel bilgi

Makalede, adaptörün sökülmesi, parçalarını değiştiren veya lehimleme ile değiştiren bazı yöntemler açıklanmaktadır. Elektronikleri anlamadıysanız, bir lehimleme demirinin veya cihazınızın garanti altındaki kullanımı konusunda çok bilgi edilmiyorsa, lütfen benzer yöntemlerden kaçının.

Adaptörü tamamlıyoruz

En basit, ancak en etkili yöntem, Bluetooth hızının nasıl artırılacağı, reflektöre belirli bir yönde bir sinyal gönderecek ve dağıtımını 360 dereceye kadar güçlendirmeyecek şekilde bir adaptör olarak kabul edilebilir.

Böyle bir reflektörden bir teneke biradan bir yansıtıcı yapmayı, üstünü kesebilir ve birkaç yuva yapabilirsiniz: yukarıdan aşağıya ve sonra bankaların dibini biraz ayırmış gibi, bir miktar tarafa kadar.

Bluetooth adaptörü yapmanız gerekenlerin merkezine bağlanır ve bir USB adaptörüne bağlar.

Bunun gibi bir şey, üzerinde yapıştırılan folyo ile kartondan inşa edilebilir.

Çalışabilecek başka bir seçenek, bankaların sadece üstünü kesmektir, daha sonra kavanozun altına daha yakın olan bir yuva yapın ve adaptörü antenin bulunduğu tarafın içine yerleştirin. Ayrıca, tekrar, size uygun yöntemi sabitleyin ve uzantı boyunca bağlayın.

Değişiklikler

Ve şimdi adaptörün kendisinin fiziksel bir modifikasyonunu ima eden yollar hakkında konuşacağız. Daha ucuza, aslında sorunları var olan harici bir anten bulmanın pek mümkün değil.

Böyle bir fırsat varsa, vücudu açıyoruz ve bir ücretli olan bir SMD anten arıyoruz, - düşmana ihtiyacınız var, sadece çok dikkatli bir şekilde, aşırı ısınma maddesi değil.

Ayrıca, SMA konnektörünü anten yerine, bundan önce, tüm gereksizlerin çıkarılmasını gideririz: antenin vidalandığı kısmı, dokunmayın ve kenarı kestiğiniz diğer ucunda, ekranı böleriz. Ve damarlar, onları temizliyoruz, dışarı çıktık.

Tam olarak nasıl lehimleneceğine dair şüpheler varsa, radyo amatör forumlarla iletişim kurmak en iyisidir.

Şimdi dışarı çıktığımız gerçeğine bağlıyız, eski Wi-Fi'lerden cesurca bükülebilen anten.

Zaten harici bir antenle daha pahalı bir cihazınız varsa, ancak hala sinyalden memnun değilseniz, o zaman Hyper Kazanç Anteni'ni kaydedin - satın al, bağlama için adaptörü kesin ve ekranı konutla ayırın.

Bluetooth sinyalini geliştirin: yetenekli yöntemler. Planar Anten Bluetooth Sistemleri Cep Telefonlarında Bluetooth Modülüne Harici Anten Bağlama

Cep Telefonlarında Düzlemsel Bluetooth Anten Sistemleri

Genel bilgi

Adaptörü tamamlıyoruz

Değişiklikler

Şifre kurtarma