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如何使用多頻段嵌入式天線節省物聯網設計的空間、復雜性和成本

1774070 2022-11-24 | pdf | 287.34KB | 次下載 | 免費

資料介紹

天線設計可以成就或破壞無線產品。對于越來越多樣化的無線物聯網 (IoT) 設計而言，挑戰甚至更大，在這些設計中，法規限制分配頻段中的傳輸功率，即使工程師努力最大限度地提高吞吐量和范圍。天線設計可以成就或破壞無線產品。對于越來越多樣化的無線物聯網 (IoT) 設計而言，挑戰甚至更大，在這些設計中，法規限制分配頻段中的傳輸功率，即使工程師努力最大限度地提高吞吐量和范圍。傳統的設計指南建議帶狀天線的長度是它打算接收的信號波長的一半。對于偶極天線，對于 2.4 千兆赫 (GHz) 頻帶，這相當于 6.25 厘米 (cm)。但對于無線物聯網產品，此設計建議提出了兩大挑戰。首先，空間通常非常寶貴，因此很難容納相對較長的天線。其次，IoT 產品通常會訪問多個無線電頻率以連接到低功耗藍牙（Bluetooth LE）、Wi-Fi、GPS 和/或蜂窩網絡。這意味著必須容納多個天線，每個天線都需要自己的阻抗匹配電路，這會增加設計的成本、復雜性和體積。傳統的設計指南建議帶狀天線的長度是它打算接收的信號波長的一半。對于偶極天線，對于 2.4 千兆赫 (GHz) 頻帶，這相當于 6.25 厘米 (cm)。但對于無線物聯網產品，此設計建議提出了兩大挑戰。首先，空間通常非常寶貴，因此很難容納相對較長的天線。其次，IoT 產品通常會訪問多個無線電頻率以連接到低功耗藍牙（Bluetooth LE）、Wi-Fi、GPS 和/或蜂窩網絡。這意味著必須容納多個天線，每個天線都需要自己的阻抗匹配電路，這會增加設計的成本、復雜性和體積。嵌入式天線為多頻段物聯網產品設計的空間和成本限制提供了解決方案。這些單片天線具有緊湊的尺寸，可以處理多種不同的頻率，同時提供良好的性能。然而，需要權衡取舍：在同類應用中，多頻段嵌入式天線的性能將不及單頻段條形天線。這使得設計人員嚴格遵守關鍵設計指南以最大限度地提高嵌入式天線在所有工作頻率上的效率變得更加重要。嵌入式天線為多頻段物聯網產品設計的空間和成本限制提供了解決方案。這些單片天線具有緊湊的尺寸，可以處理多種不同的頻率，同時提供良好的性能。然而，需要權衡取舍：在同類應用中，多頻段嵌入式天線的性能將不及單頻段條形天線。這使得設計人員嚴格遵守關鍵設計指南以最大限度地提高嵌入式天線在所有工作頻率上的效率變得更加重要。這些指南不僅限于天線選擇和定位；嵌入式組件只是“天線系統”的一部分。要構建高效系統，天線必須與合適的印刷電路板（PC 板）接地平面和阻抗匹配電路仔細配對，以優化性能。系統每個部分的設計都會顯著影響整個天線系統的效率，而阻抗匹配電路的設計對于多頻段嵌入式天線來說尤其具有挑戰性。這些指南不僅限于天線選擇和定位；嵌入式組件只是“天線系統”的一部分。要構建高效系統，天線必須與合適的印刷電路板（PC 板）接地平面和阻抗匹配電路仔細配對，以優化性能。系統每個部分的設計都會顯著影響整個天線系統的效率，而阻抗匹配電路的設計對于多頻段嵌入式天線來說尤其具有挑戰性。本文簡要介紹了天線以及無線物聯網設備設計人員面臨的挑戰。然后介紹了多頻段嵌入式天線，并解釋了如何設計它們并確保它們與地平面和阻抗匹配電路相匹配以優化性能。本文簡要介紹了天線以及無線物聯網設備設計人員面臨的挑戰。然后介紹了多頻段嵌入式天線，并解釋了如何設計它們并確保它們與地平面和阻抗匹配電路相匹配以優化性能。天線基礎知識天線基礎知識天線轉換電壓和電流以產生發射的 RF 信號，然后在接收器處將輸入的 RF 信號轉換為電壓和電流。優化天線的效率可確保將盡可能多的發射器功率轉換為輻射無線電能量，并從輸入信號中收集盡可能多的能量以饋入接收器。它執行這些角色的效率在很大程度上決定了物聯網設備的范圍和吞吐量。天線轉換電壓和電流以產生發射的 RF 信號，然后在接收器處將輸入的 RF 信號轉換為電壓和電流。優化天線的效率可確保將盡可能多的發射器功率轉換為輻射無線電能量，并從輸入信號中收集盡可能多的能量以饋入接收器。它執行這些角色的效率在很大程度上決定了物聯網設備的范圍和吞吐量。天線效率（通常以分貝 (dB) 為單位測量）由多個因素決定，但一個關鍵因素是阻抗。天線的阻抗（與其輸入端的電壓和電流有關）與驅動天線的電壓源的阻抗之間的顯著失配會導致天線效率低下。提高功效的關鍵是使兩個阻抗相等。