АНТЕННЫ ДЛЯ МАЛОМОЩНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ
By Kent Smith
Введение:По-видимому, имеется мало информации о конструкции компактных антенн для маломощных беспроводных сетей. Для достижения хороших характеристик дальности требуется хорошая конструкция антенны. Хорошая антенна должна быть подходящего типа для приложения. Он также должен быть согласован и настроен на передатчик и приемник. Чтобы получить наилучшие результаты, разработчик должен иметь представление о том, как работает антенна, и каковы важные аспекты проектирования. Эта статья должна помочь в разработке эффективной конструкции антенны.
Терминология:
Длина волны - важна для определения длины антенны, это расстояние, которое проходит радиоволна за один полный цикл волны. Эта длина обратно пропорциональна частоте и может быть рассчитана по формуле: длина волны в см = 30 000/частота в МГц.
Заземляющая плоскость - твердая проводящая область, которая является важной частью методов проектирования радиочастот. Они обычно используются в схемах передатчика и приемника. Примером может служить ситуация, когда большая часть дорожек будет проложена на верхней стороне платы, а нижняя часть будет сплошным медным участком. Заземляющий слой помогает уменьшить паразитные реактивные сопротивления и излучение. Конечно, линия антенны должна отходить от наземной плоскости.
дБ (децибел) — логарифмическая шкала, используемая для отображения усиления или потери мощности в радиочастотной цепи. +3 дБ — это удвоенная мощность, а -3 дБ — половина. Требуется 6 дБ, чтобы удвоить или уменьшить вдвое расстояние излучения по закону обратных квадратов.
Базовая антенна и как она работает.
Антенну можно определить как любой провод или проводник, по которому течет пульсирующий или переменный ток. Такой ток будет генерировать электромагнитное поле вокруг провода, и это поле будет пульсировать и изменяться, как и электрический ток. Если рядом разместить другой провод, линии электромагнитного поля, пересекающие этот провод, будут индуцировать электрический ток, который является копией исходного тока, только слабее. Если провод относительно длинный, с точки зрения длины волны, он будет излучать большую часть этого поля на большие расстояния.
Самая простая антенна – «штыревая». Это четвертьволновой провод, который стоит над заземлением. Наиболее распространенные примеры встречаются в автомобилях и используются для радиовещания, CB и любительского радио и даже для сотовых телефонов. Эта конструкция восходит к 1890-м годам, когда Маркони решил доказать, что радиосигналы могут передаваться на большие расстояния. Для успеха ему пришлось протянуть над землей длинный провод. Из-за низких частот, а значит, большой длины волны, провод должен был быть длинным. Он также обнаружил, что провод работает лучше, когда он находится высоко над землей.
Все антенны, как и любой электронный компонент, имеют как минимум две точки подключения. В случае штыря должно быть соединение с землей, даже если область заземления представляет собой не что иное, как дорожки цепи и батарею. Штырь и заземляющая пластина объединяются, чтобы сформировать полную цепь. Электромагнитное поле создается между штырем и заземляющей плоскостью, при этом ток течет через поле, таким образом замыкая цепь. В идеале наземная плоскость должна распространяться по крайней мере на четверть длины волны или больше вокруг основания штыря. Планку заземления можно сделать меньше, но это повлияет на работу штыревой антенны. При проектировании антенны необходимо учитывать площадь заземления.
Четвертьволновая штыревая антенна не является компактной. На частоте 1 МГц в диапазоне AM Broadcast четверть длины волны составляет около 246 футов или 75 метров. На частоте 100 МГц в диапазоне FM-вещания это почти 30 дюймов (75 см). Этот размер продолжает уменьшаться на более высоких частотах и ??составляет почти 3 дюйма (7,5 см) на частоте 1000 МГц. Простая формула для четверти волны (в см): 7500 разделить на частоту. (в МГц) или в дюймах: 2952/частота. (в МГц). Эта формула является лишь отправной точкой, так как длина может быть фактически короче, если: штырь слишком толстый или широкий, имеет какое-либо покрытие или не подается близко к земле. Возможно, потребуется увеличить длину, если заземляющий слой слишком мал.
Длину антенны следует измерять от точки, в которой она выходит в непосредственной близости от земли, или от выхода передатчика. Если штырь установлен на коробке и подключен к передатчику простым проводом, этот провод становится частью антенны! Чтобы избежать неправильной настройки антенны, для подключения к внешней антенне следует использовать коаксиальный кабель. На печатной плате эквивалентом коаксиального кабеля является дорожка, проходящая через заземляющий слой (заземляющий слой на задней стороне). Выше приведены примеры линий электропередачи, целью которых является эффективная передача энергии из одного места в другое с минимальными потерями. Не пытайтесь провести антенную линию слишком близко к земле, она становится скорее линией передачи, чем антенной. К счастью для тех, кому нужно небольшое удаленное устройство, линия передачи, оставленная открытой, будет излучать некоторое количество энергии.
Характеристики антенны:
Усиление:
Антенна, которая плохо излучает, имеет низкое «усиление». Усиление антенны — это мера того, насколько сильно антенна излучает по сравнению с эталонной антенной, такой как диполь. Диполь похож на штырь, но заземляющий слой заменен другим четвертьволновым проводом. Общая производительность примерно одинакова. Антенна, которая на 6 дБ меньше диполя, составляет -6 дБд. Эта антенна будет обеспечивать половину диапазона или расстояния диполя. Компактные антенны часто менее эффективны, чем дипольные, и поэтому имеют тенденцию к отрицательному усилению.
Диаграмма излучения:
Излучение максимально в боковом направлении или перпендикулярно проводу, поэтому вертикальный штырь идеально подходит для связи в любом направлении, кроме прямого вверх. «Картину» излучения, перпендикулярную кнуту, можно охарактеризовать как всенаправленную. На конце штырьа есть «ноль» или минимум сигнала. С далеко не идеальной антенной, такой как согнутая или наклоненная штыревая антенна, этот ноль может двигаться и частично исчезать. Важно знать диаграмму направленности антенны, чтобы убедиться, что в желаемом направлении связи отсутствует нуль.
Поляризация:
Важно, чтобы другие антенны в той же системе связи были ориентированы таким же образом, то есть имели одинаковую поляризацию. Антенна с горизонтальной поляризацией обычно не очень эффективно взаимодействует с вертикальным штырем. В реальной среде металлические предметы и земля будут вызывать отражения и могут вызывать появление сигналов как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией.
Импеданс:
Еще одним важным соображением является то, насколько хорошо передатчик может передавать мощность на антенну. Если схема настройки антенны передатчика (или приемника) рассчитана на нагрузку 50 Ом, то для достижения наилучших результатов антенна, конечно, должна иметь импеданс около 50 Ом. Штырь над плоской заземляющей пластиной имеет импеданс около 35 Ом, что достаточно близко. Импеданс изменяется, если штырь неправильно настроен или согнут вниз, или если рука или другой предмет помещены близко к нему. Импеданс становится ниже по мере того, как антенна изгибается ближе к земле. Когда штырь наклонен на 45 градусов, импеданс меньше 20 Ом. Когда штырь изогнут горизонтально на одну десятую длины волны над землей, импеданс приближается к 10 Ом. Возникающее в результате несоответствие импеданса, соотношение 5:1 (КСВН) внесет дополнительные потери в 2,6 дБ.
Штырь печатной платы или «заглушка»
Штырь может быть выполнен в виде дорожки на печатной плате (PCB). Это очень практично на частотах выше 800 МГц. На более низких частотах полноразмерный штырь может быть слишком длинным, даже если он обернут вокруг нескольких углов. Длина штырьа должна быть на 10-20% короче расчетной, в зависимости от диэлектрика и толщины платы. В большинстве случаев 15% короче достаточно близко. Если устройство нужно держать в руке, антенну можно сделать немного короче, чтобы компенсировать влияние руки.
На частоте 916 МГц дорожка длиной 2,25 дюйма (57 мм) обеспечит разумный импеданс при включении ручных эффектов. Держите провод антенны на расстоянии не менее четверти дюйма (6 мм) от других схем и земли. Незаземленные дорожки цепи могут восприниматься антенной как часть наземной системы, а на близлежащие дорожки могут индуцироваться ВЧ-напряжения. 
Наш образец заглушки печатной платы показан на рисунке справа. Общий размер платы и земли не критичен. Диаграмма направленности всенаправленная, с усилением от -8 до -12 дБд, когда доска находится в горизонтальном положении. Поляризация горизонтальная. Если бы штырь не шел параллельно земле, усиление было бы выше, однако присутствовали бы два острых нуля. Если бы плата была ориентирована вертикально, а антенна была бы выше плоскости заземления, поляризация была бы вертикальной. Антенна будет иметь всенаправленную диаграмму направленности с усилением -8 дБд.
Компактные антенны: короткий штырь
Простая альтернатива штырю состоит в том, чтобы сделать его короче четверти длины волны и добавить катушку индуктивности у основания штыря, чтобы компенсировать результирующее емкостное реактивное сопротивление. Индуктор можно сделать, свернув часть самого кнута. Этот тип антенны может иметь производительность, почти равную характеристике полноразмерной штыревой антенны.
Loaded Whip Antenna (434 MHz)RFM использует такую ??конструкцию для проволочных антенн, которые поставляются с нашими демонстрационными платами. Подробную информацию о конструкции можно найти в разделе HX/RX Книги данных о продукте. Короткий штырь RFM оптимизирован для малогабаритных наземных самолетов. При тестировании на краю небольшой платы усиление было всего на 3-4 дБ меньше, чем у полноразмерного штыря и заземления.
Короткая заглушка печатной платы
Одним из больших преимуществ короткого штыря является то, что он может быть следом на печатной плате, а индуктор микросхемы используется для настройки емкостного реактивного сопротивления антенны. Если дорожка проходит параллельно земле, действительная часть импеданса антенны будет приблизительно равна 10 Ом. В ручном устройстве импеданс будет существенно возрастать за счет ручных эффектов. Для полосы десятой длины волны на плате с включенными ручными эффектами антенна имеет емкостное реактивное сопротивление около 150 Ом. На частоте 433,9 МГц для компенсации емкостного реактивного сопротивления линии длиной 2,7 дюйма (70 мм) потребуется катушка индуктивности 56 нГн.
Диаграмма излучения будет достаточно всенаправленной, с небольшим нулевым отклонением вдоль одной оси. Поляризация примерно параллельна краю платы. Настройка не очень критична, небольшие изменения в катушке индуктивности или длине антенны не окажут большого влияния на производительность. Наши образцы конструкций на частотах 433,9 и 916 МГц дали максимальное усиление от -12,5 до -14 дБд на стороне платы. Нуль упал примерно до -26 дБд. Это более всенаправленно, чем некоторые другие конструкции, а ручные эффекты помогут уменьшить нулевую глубину.
Ключом к этой конструкции является поддержание низких резистивных потерь, использование широких дорожек (если это дорожка на печатной плате) и катушек индуктивности хорошего качества. Отрегулируйте значение индуктора для максимального выхода в среде, в которой он будет использоваться. Усиление можно улучшить, удлинив штырь и тем самым уменьшив индуктивность. Но в некоторых случаях может быть лучше укоротить дорожку и добавить индуктивность, чем прокладывать антенну рядом с другими дорожками печатной платы.
Спираль
Другой способ укоротить штырь — свернуть его, чтобы получилась плоская проволока. Это может быть след, напечатанный на печатной плате. На доске длина дорожки чуть короче четверти длины волны. Антенна не должна иметь заземления непосредственно под собой и должна занимать свободный конец платы. Например, начните с тонкой дорожки длиной шесть дюймов, обернутой в квадратную область размером 0,75 дюйма (19 мм), затем немного уменьшите длину, пока она не резонирует на частоте 433,9 МГц.
Усиление и импеданс антенны зависят от размера заземляющего слоя. Наша версия на 433,9 МГц имела довольно маленькую площадь заземления — 17 кв. см, а версия на 916 МГц имела площадь земли в четверть волны. Антенна 433,9 МГц имела максимальное усиление -10,5 дБд с небольшим нулем -24 дБд. Антенна 916 МГц имела коэффициент усиления не более -5 дБд. Сопоставимый выигрыш виден и при взгляде на доску лицом к лицу.
Эта антенна не дает круговой поляризации; поляризация параллельна длинному краю доски. Как и в случае с заглушкой, когда плата ориентирована вертикально, она является вертикально поляризованной и всенаправленной. Эта антенна легче расстраивается рукой, что делает ее менее подходящей для ручных пультов дистанционного управления.
Спиральная (катушка)
Это похоже на спираль, которая не сплющена. Начните с куска проволоки, который в 2 или 3 раза длиннее кнута, и смотайте его в катушку. Количество витков на катушке будет зависеть от размера провода, диаметра катушки и расстояния между витками. Катушку нужно будет разрезать, чтобы она резонировала, и ее можно точно настроить, расширив или сжав длину катушки. Если катушка намотана достаточно туго, она может быть короче одной десятой длины волны. Эта антенна настраивается резко, требуя осторожности при настройке. Действительная часть импеданса антенны меньше 20 Ом и зависит от размера катушки и ее ориентации относительно земли.
Для частоты 433,9 МГц мы намотали 14 витков провода калибра 22 вокруг формы диаметром 0,25 дюйма (6 мм). При настройке его длина составляла чуть менее одного дюйма. Близость этой катушки к земле имеет большое значение в производительности. Когда катушка проходит близко и параллельно земле, максимальное усиление составляет всего -18 дБд. Когда свободный конец катушки был оторван от земли, как показано на чертеже альтернативной версии, усиление увеличилось до -5,5 дБд, а нуль стал глубже. Большой проблемой этой антенны является механическая конструкция и громоздкий размер. Его можно легко расстроить из-за близлежащих объектов, включая руку, поэтому он может не подходить для использования с рук.
Антенна "Чип"
Последней новинкой в ??области антенн является крошечная «чиповая» антенна. Это устройства для поверхностного монтажа, которые обычно имеют размеры 8 на 5 на 2,5 мм, что делает их самой маленькой из доступных конструкций. Их можно найти для частот менее 300 МГц и до 2500 МГц. Эти антенны похожи на штыри по поведению, только намного меньше. Если антенну можно уменьшить в размерах, сохраняя при этом эффективность, полоса пропускания уменьшится. Таким образом, эти устройства имеют очень узкую полосу пропускания и должны быть настроены на точную частоту.
Эти устройства очень зависят от уровня земли. В результате они легко расстраиваются из-за ручных эффектов, неправильного размера заземления или даже из-за неправильной толщины и диэлектрика платы. Чип-антенна должна использоваться в соответствии с рекомендациями производителя.
Для частоты 433,9 МГц мы установили микросхему на 5-дюймовую плату и получили максимальное усиление -10 дБд. Неплохо, если учесть, что спираль имеет такое же усиление, но занимает в пять раз больше площади на доске. Версия с частотой 916 МГц работала лучше с заземляющей пластиной длиной 2,6 дюйма для максимального усиления -3,2 дБд. Поляризация параллельна длинной оси чипа, поэтому максимальное излучение перпендикулярно длинной оси. Глубокий нуль (почти 40 дБ!) на каждом конце чипа. Это было бы большой проблемой, если бы от горизонтальной печатной платы требовался всенаправленный рисунок. Когда доска расположена вертикально, рисунок является всенаправленным.
Петля
Петля полностью отличается от штыря тем, что оба конца антенны заделаны. В этом случае тот конец, который находится напротив передатчика (или приемника), заземляется. Конденсатор используется для настройки антенны на реальный импеданс вместо катушки. Преимущество петли заключается в том, что ее нелегко расстроить с помощью ручных эффектов, хотя импеданс все же может варьироваться. Петлю можно сделать небольшой, она не требует заземления и занимает не больше места, чем короткий штырь. По этим причинам петли очень распространены в портативных устройствах.
Есть некоторые недостатки. Маленькие рамочные антенны имеют плохую репутацию. Небольшая петля будет иметь очень узкую полосу пропускания. Это делает настройку чрезвычайно важной. Настройка часто выполняется с помощью переменного конденсатора, что увеличивает стоимость как деталей, так и работы. Если петля достаточно велика, целесообразно использовать непеременный конденсатор. Это требует тщательной настройки на инженерных этапах, чтобы убедиться, что он правильно настроен с конденсатором стандартного номинала.
В нашем примере рамочная антенна покрывает площадь 12 на 35 мм на конце доски. Он настроен на 433,9 МГц с переменным конденсатором. Эта антенна очень всенаправленная, но ее коэффициент усиления составляет всего -18 дБд. Больший контур должен был улучшить усиление.
Полупетля
Это необычная конструкция, похожая на петлю, но не требующая прямого заземления. По производительности он сравним с контуром и может быть отрегулирован для представления нереактивной нагрузки. В этой антенне используется дорожка, которая проходит по всему краю небольшой печатной платы. Дальний (открытый) конец емкостно соединен через плату обратно с передающим концом антенны. Антенна резонирует, изменяя длину короткой перекрывающейся линии. Тюнинг не очень критичен. Ручные эффекты улучшат импеданс, но мало повлияют на настройку. Поляризация параллельна печатной плате, а рисунок является всенаправленным. Наша конструкция имела усиление -15 дБд на частоте 433,9 МГц. Этот дизайн очень хорошо работает для портативных устройств.
Как и в случае с любыми другими конструкциями, эта антенна не должна располагаться слишком близко к земле. Для этой конструкции передатчик и другие схемы, включая батарею, должны быть сгруппированы вокруг центра платы, оставляя антенну открытой. Окружность платы должна быть меньше четверти длины волны. У нас были хорошие результаты с длиной окружности около 0,15 длины волны и шириной линии от 1 до 1,5 мм при использовании в диапазоне 400 МГц. Если конструкция используется на более тонкой доске, нахлест на 5 мм нужно будет укоротить.
Модифицированная дипольная антенна
Диполь можно несколько укоротить, согнув провод или линию обратно на себя, но не слишком близко к себе. Мы построили версию на печатной плате, показанную справа. Эта антенна имеет почти те же характеристики, что и полноразмерный диполь, но более компактна. Толщина и диэлектрическая проницаемость платы будут влиять на настройку, поэтому может потребоваться регулировка длины.
Этот тип антенны является привлекательным решением там, где позволяет пространство. Однако диполь не должен располагаться близко к большой металлической поверхности или заземлению. Планка заземления станет частью антенны, и производительность пострадает.
Как и у обычного диполя, диаграмма направленности показывает глубокие нули и хороший коэффициент усиления. Импеданс немного ниже, но все еще около 50 Ом. Как и у многих предыдущих антенн, излучение от лицевой стороны доски такое же сильное, как и от длинного края.
Слот
Вариант щелевой антенны, распространенный в радиолокационных системах и / или на самолетах, может иметь потенциал выше 800 МГц. Четвертьволновой слот вырезается в металлическом листе или в непротравленной печатной плате, и при наличии достаточной площади обеспечивает всенаправленное покрытие. Для нашего образца антенны на частоте 916 МГц потребовалась печатная плата длиной 75 мм. Длина паза составляла 59,5 мм для FR4 толщиной 0,060 дюйма (1,5 мм). Другая толщина или диэлектрик потребует изменения длины паза. Один конец паза должен оставаться открытым. Щель подавалась рядом с закрытым концом, в данном случае на расстоянии 4 мм от конца. Импеданс точки подачи можно регулировать, перемещая подачу к закрытому концу или от него. Настройка несколько критична.
Когда доска расположена горизонтально, рисунок является всенаправленным по краю доски, поэтому поляризован горизонтально. Мы также видим всенаправленное покрытие, когда плата расположена вертикально (с горизонтальным слотом). При этом поляризация вертикальная! Это может не иметь смысла, но горизонтальная прорезь в данном случае эквивалентна вертикальному штырьу. Усиление составляет от -4,5 до -6 дБд. Подача может быть дорожкой на задней стороне платы с переходным отверстием, используемым для соединения с верхней частью платы возле слота.
Патч
Патч-антенна представляет собой очень низкопрофильную конструкцию, состоящую из круглой или прямоугольной металлической пластины, расположенной очень близко к плоскости заземления. Патч обычно печатается на печатной плате и может быть выполнен как часть корпуса. Зона действия антенны находится в любом направлении над наземной плоскостью или в области полусферы. Патч-антенна требует значительной площади на печатной плате, что делает ее более практичной на частотах выше 800 МГц. Он имеет узкую полосу пропускания, поэтому необходимо тщательно настроить размер патча. Он чувствителен к толщине и диэлектрической проницаемости печатной платы, и небольшие отклонения могут привести к полной неправильной настройке патча. Он также чувствителен к покрытиям, но не очень чувствителен к воздействию рук.
Практический пример для 916 МГц может уместиться на площади всего 30 на 40 мм. Размер патча составляет 27 мм в ширину и 38 мм в длину для платы толщиной 0,060 дюйма. Более тонкая плата или более высокий диэлектрик могут потребовать немного укоротить антенну. Около одной десятой дюйма пространства на плате должно быть оставлено вокруг любого незаземленного края патча. Один край патча должен быть заземлен несколькими переходными отверстиями печатной платы. Антенна питается от линии, пересекающей заземленный край до точки 50 Ом на патче, или от линии передачи, проходящей через нижнюю часть печатной платы. Точка 50 Ом находится на расстоянии около 13 мм от земли в нашем примере патча. Точка 50 Ом для любой конструкции может быть найдена путем перемещения переходных отверстий к заземленному краю или от него. Чем дальше фидер находится от переходных отверстий земли, тем выше будет импеданс.
Патч этого типа не является полноразмерным патчем половинной длины волны, поэтому производительность не так высока, как у патча большего размера. Полноразмерный патч не имеет заземленного края, поэтому переходные отверстия не требуются. Наш пример прямоугольного патча имеет усиление -8 дБд. Размещение платы напротив большего листа металла улучшит усиление еще на 4 дБ. Если антенна сделана шире одного дюйма, примерно до 3 дюймов в ширину, можно получить еще несколько дБ. Поляризация перпендикулярна заземленному краю. Усиление хорошее практически в любом направлении, где виден патч, но быстро падает, если смотреть на край платы.
Трапециевидная версия имеет меньшую длину, поэтому может поместиться в меньшем пространстве. Паттерны и поведение те же, но усиление немного ниже. Мы измерили максимум около -12 дБд на плате 40 на 90 мм.
Корпуса
Антенна не должна располагаться внутри проводящего или металлического корпуса. Следует следить за тем, чтобы антенна не касалась металлических поверхностей. Если проводящая область велика по длине волны (одна половина волны или более), она может действовать как отражатель и заставлять антенну не излучать в некоторых направлениях. Если для ограждения используется металлический ящик, необходима внешняя антенна.
Тестирование и настройка
Антенны могут показаться мистическим искусством. В отличие от многих электронных устройств, любое изменение окружающих материалов или размеров может повлиять на работу антенны. Попытка построить опубликованный дизайн не гарантирует результатов. Необходимо протестировать конструкцию антенны, обычно требуется настройка, и на этом пути есть подводные камни.
Анализатор цепей обычно используется для проверки импеданса или КСВ антенны. Некоторые антенны с импедансом около 50 Ом можно настроить, взглянув на обратные потери или на дисплей КСВН. Антенны с низким импедансом могут потребовать использования дисплея диаграммы Смита для получения хороших результатов. В этом случае антенна должна быть настроена на точку вблизи линии чистого сопротивления.
Существуют и другие варианты, такие как анализатор спектра со следящим генератором, который можно использовать с направленным ответвителем. Ответвитель будет подавать мощность на антенну, одновременно возвращая отраженную от антенны мощность обратно в анализатор. Ответвитель должен иметь изоляцию между генератором и входным ВЧ-портом не менее 20 дБ. Калибровка выполняется путем записи показаний мощности при подключенной и отключенной нагрузке 50 Ом. Используя этот метод, можно измерить «возвратные потери». Если сопротивление антенны близко к 50 Ом, обратные потери обратно к входному ВЧ-порту будут высокими из-за того, что антенна поглощает большую часть мощности. Хорошая антенна будет отображаться в виде провала на экране на правильной частоте. Провал всего в 3 или 4 дБ (приблизительно КСВ 5:1) является нормальным для антенны с низким импедансом, измеренным на анализаторе с сопротивлением 50 Ом. Провал 9 дБ (около 2: 1) или более указывает на хорошо согласованную антенну в системе с сопротивлением 50 Ом. Если провал не сосредоточен на нужной частоте, необходимо отрегулировать длину или настройку антенны.
Антенные измерения любого рода сложны, поскольку на антенну влияют близлежащие объекты, включая размер и форму печатной платы, и даже кабельные соединения с анализатором цепей. Проведите рукой близко к антенне, и провал должен немного сместиться. Если это не так, возможно, антенна подключена неправильно. Антенны, чувствительные к заземлению, могут воспринимать все дополнительные провода как продолжение этого заземления. Попробуйте обхватить рукой кабель, идущий к анализатору. Если измерения сильно меняются, возможно, вам придется попробовать другую тактику. Одна из возможностей минимизировать радиочастотные токи в кабеле — надеть на кабель несколько хороших высокочастотных ферритовых сердечников или какой-нибудь поглощающий материал.
Лучший способ точной настройки антенны удаленного передатчика — это использование самого передатчика. Установите антенну на анализатор спектра и постарайтесь не мешать другим крупным металлическим предметам. Найдите место для размещения трансмиттера, которое находится вдали от металла и в нескольких футах от анализатора. Всегда размещайте датчик в одном и том же месте при тестировании. Если у вас деревянный стол, отметьте его положение карандашом или скотчем. Если вы держите его в руках, держите его прямо над маркировкой на столе. Убедитесь, что ваша рука и остальная часть тела расположены одинаково во время каждого теста. Измерьте уровень мощности и настройте антенну для достижения максимальной излучаемой мощности. То же самое можно сделать и с ресивером. Передайте на него сигнал, а антенну настройте на прием минимального уровня сигнала от генератора.
Общие проблемы с антеннами обычно связаны с недостаточным свободным пространством вокруг антенны. Антенна не может располагаться близко к земле или любой другой дорожке, не влияя на характеристики антенны. Это включает в себя следы на другой стороне платы, батареи или любой другой металлический предмет.
Цифровые схемы могут ухудшить характеристики приемника. Цифровое переключение происходит очень быстро и создает высокочастотный шум, который может вызывать помехи. Держите приемные антенны вдали от следов цифровых цепей. Старайтесь, чтобы цифровые дорожки были короткими, и прокладывайте их по наземной плоскости, чтобы ограничить электромагнитное поле, генерируемое цифровыми импульсами. Если используется внешняя антенна, используйте коаксиальный кабель.
Линия передачи для материала G-10 толщиной 0,06 дюйма требует ширины дорожки в одну десятую дюйма, что вдвое меньше, чем для платы толщиной 0,03 дюйма. В результате получается линия передачи на 50 Ом, которая будет передавать РЧ с минимальными потерями и помехами.
Высокие статические напряжения могут повредить чувствительные полупроводники или ПАВ. Мы рекомендуем поместить индуктор между антенной и землей, чтобы закоротить любые статические напряжения. Для диапазона 400 МГц хорошим выбором будет значение около 200 нГн. На частоте 916 МГц более подходящим значением может быть 100 нГн.
Благодарности
Автор хотел бы поблагодарить Джона Антеса, Гарри Болинга и Джеффа Коха за их помощь в подготовке этой статьи.