如何实现良好的RF性能与基本认证

天线设计似乎与科学一样艺术，但通过遵循一些简单的设计规则，您可以可靠地达到您的性能和批准目标。

在选择天线或天线设计并定义机械规格之前无线产品产品设计师必须清楚地了解产品必须达到的RF性能目标，以便：在现场实现良好的RF性能，以确保市场成功。通过所有监管和运营商审批。性能。基本概念 - TRP，TIS和RSE

对于GSM或CDMA等蜂窝应用，基本的RF性能是根据产品来衡量的。能够在网络上可靠地传输和接收。测量性能的科学方法是在消声室中。

使用的测量数字概述如下：

TRP - 总辐射功率

这定义了从辐射功率中辐射的功率。器件，以dBm为单位。该数字越高，设备能够传输越好。

TIS - 总各向同性灵敏度

TIS - 总各向同性灵敏度这定义了设备可以接收和解调的信号有多低。这个数字越低（减去数字），设备在弱信号环境中运行得越好。

RSE - 辐射杂散发射

实际上这是蜂窝产品通过的最困难的测试，来自Taoglas的经历。这些是由设备输出的无线电波，其高于监管机构设定的功率限制以避免干扰。当测试确认辐射杂散发射超过限制时，必须修改设备或天线以使其低于限值并通过认证。否则该设备不能在该国家/地区销售。

不同的运营商，尤其是美国的运营商（如AT＆amp; T，Sprint等）具有设备必须达到的TRP和TIS的特定号码。被他们的网络接受。其他运营商没有具体设定任何要求。无论是否强制，我们的经验是具有最佳TRP和TIS值的无线产品在市场上取得成功。对于需要PTCRB或型号认证的任何操作员，必须通过RSE。优化TRP/TIS的设计通常会在第一次尝试时通过RSE。

无线产品在每个国家都受到略微不同标准的监管。 Taoglas与经过认证的测试实验室合作，可以就产品必须符合的确切规定提供建议并提供测试计划。

表1列出了通过大多数但不是所有操作员TRP/TIS认证的目标。某些运营商针对某些产品或应用具有特定目标，因此您需要单独确认。在任何情况下，这些都是设计师应该为其设备定位的数字。

最大值

功率TRP最大值

传导灵敏度TIS GSM 850 33 22 -109 -99 GSM 900 33 23 -109 -100 GSM 1800 30 24 -109 -101 GSM 1900 30 24.5 -109 -101 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 850 23 13 -109 -97 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 1700 23 18.5 -109 -101 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 1900 23 18.5 -109 -101 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 2100 23 18.5 -109 -101

表1：TRP和TIS性能指标（所有数字均以dBm为单位）。

如果您的运营商没有规定的标准，或者他们的标准不是强制性的，建议针对这些或更高的数字为了达到最佳的行业标准。

在许多情况下，您的产品在这些值以下仍然可以正常运行，没有工业设置的截止操作。这将取决于实际应用环境和您自己的可靠性和您自己的产品现场测试结果可接受的条件。

如何计算这些TRP和TIS数量？

TRP

For TRP我们必须从RF模块允许的最大功率向后工作。对于大多数蜂窝模块，它受到FCC的限制，对于GSM 850为33 dBm，对于GSM 1900为30 dBm。让我们举一个具体的例子。通常，模块的额定功率应略低于允许的最大功率。这意味着GSM 850的功率水平为32 dBm，这使得设备损耗10 dB仍然可以通过22 dBm目标。这听起来有很多余量，但系统中存在很多损失。

当RF信号通过设备板上的电缆或传输线时，它很容易损失4 dB或更多。 4 dB损耗是模块原始功率损耗的一半以上。

当信号到达天线并辐射到空中时，它也不可避免地会损失更多。

所以32 dBm - 4 dB = 28 dBm，意味着我们需要将天线侧的损耗降低到-6 dB或更低。

这个-6 dB的损失相当于说天线的平均增益为-6 dB。

因此，我们需要设计一种平均增益高于-6 dB的天线，以使设备达到所需的TRP性能。

TIS

对于TIS，可以进行类似的计算。例如，知道GSM 850的网络运营商已经设置了大于-99 dBm的信号强度，我们可以倒退到设备中允许的设备仍然可以在网络上运行的损耗。

大多数蜂窝模块的灵敏度约为-109 dBM，因此该设备可以在天线和传输线/电缆上再承受10 dB的损耗，并且仍能满足运营商的要求。

这意味着理论上我们可以再次例如在传输线中的-4 dB损耗预算（可能更少或更多）。

天线损耗为-6 dB。

这相当于天线平均增益为-6 dB，这通常可供天线设计人员使用。

然而，在现实生活中，TIS受电路板噪声的影响最大。在许多情况下，这种噪声将完全压倒底层的GSM信号。必须将此噪音从系统中移除，或将天线放置在远离它的位置，以免捡起它。当然，当设计完成时，任何一种方法都很难实现Taoglas可以提供哪些帮助？

设计优化的RF设备取决于许多电气和机械参数。幸运的是，Taoglas可以利用我们经验丰富的工程师，无与伦比的天线和真正的行业经验，提供可靠的流程，使客户的产品取得成功。

天线类型，布局和设计

下面是一些产品机械尺寸遵循的简单规则，可以通过最严格的操作员TRP/TIS要求。我相信你在问自己 - 我为什么使用明显违反这些指导原则的手机？首先，他们可能没有针对设备效率的上述数据，但如果仔细观察，大多数手机都遵循以下指南。某些运营商根据具体情况直接与移动电话公司就其设备上较低的TRP/TIS标准进行谈判。这些选项不太可能用于M2M设备。

（A）地平面《65 mm长》对于长度小于65 mm（和40 mm宽）的地平面，唯一的解决方案是完整的定制天线。天线材料和设计的类型因设备而异，并且该过程应在产品设计过程开始时开始。 （B）接地层》 65 mm长（i）板载天线解决方案 - 最小宽度需要为40 mm。

PA-25a陶瓷天线

清理区域需要一直穿过电路板的短边。

从模块侧到天线，需要10 mm间隙

其他面必须完全没有金属。

图1：PA-25a陶瓷天线。

定制金属PIFA天线

可直接在PCB中心边缘的地平面上工作，最小高度为10 mm，长度为60 mm，宽度为25 mm。

与其他金属部件的间隙理想情况下，所有方向均为20 mm或更大。

图2：定制金属PIFA天线。

（ii）板外天线解决方案 - 地平面宽度设备需要大于20毫米。一个经过验证的例子是80 mm x 40 mm的接地平面和20 mm的从天线到金属的间隙，但理论上，器件的接地平面可以更小。

柔性电路天线 - FXP14

可以安装在设备的内部塑料外壳上。

各个方向与金属的最小间隙为20 mm。

与任何主板成直角（垂直）安装。

电缆应短于150 mm，但不得小于80 mm。

将天线放置在远离主板的位置。噪音/活动来源。

图3：柔性电路天线 - FXP14。

外壳上的PIFA

尺寸约为60 mm x 20 mm x 10 mm。

与金属间隙为20 mm。

弹簧触点可用于连接。

图4：外壳上的PIFA。

刚性PCB FR4天线 - PC.30

可以安装在设备的内部塑料外壳上。

在所有方向上与金属之间的最小间隙为20 mm。

以直角安装（垂直）

电缆长度应小于150 mm，但不得小于80 mm。

将天线放置在远离噪声/活动源的地方。

图5：刚性PCB FR4天线 - PC.30。