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如何使用多频段嵌入式天线节省物联网设计的空间、复杂性和成本

1774070 2022-11-24 | pdf | 287.34KB | 次下载 | 免费

资料介绍

天线设计可以成就或破坏无线产品。对于越来越多样化的无线物联网 (IoT) 设计而言，挑战甚至更大，在这些设计中，法规限制分配频段中的传输功率，即使工程师努力最大限度地提高吞吐量和范围。天线设计可以成就或破坏无线产品。对于越来越多样化的无线物联网 (IoT) 设计而言，挑战甚至更大，在这些设计中，法规限制分配频段中的传输功率，即使工程师努力最大限度地提高吞吐量和范围。传统的设计指南建议带状天线的长度是它打算接收的信号波长的一半。对于偶极天线，对于 2.4 千兆赫 (GHz) 频带，这相当于 6.25 厘米 (cm)。但对于无线物联网产品，此设计建议提出了两大挑战。首先，空间通常非常宝贵，因此很难容纳相对较长的天线。其次，IoT 产品通常会访问多个无线电频率以连接到低功耗蓝牙（Bluetooth LE）、Wi-Fi、GPS 和/或蜂窝网络。这意味着必须容纳多个天线，每个天线都需要自己的阻抗匹配电路，这会增加设计的成本、复杂性和体积。传统的设计指南建议带状天线的长度是它打算接收的信号波长的一半。对于偶极天线，对于 2.4 千兆赫 (GHz) 频带，这相当于 6.25 厘米 (cm)。但对于无线物联网产品，此设计建议提出了两大挑战。首先，空间通常非常宝贵，因此很难容纳相对较长的天线。其次，IoT 产品通常会访问多个无线电频率以连接到低功耗蓝牙（Bluetooth LE）、Wi-Fi、GPS 和/或蜂窝网络。这意味着必须容纳多个天线，每个天线都需要自己的阻抗匹配电路，这会增加设计的成本、复杂性和体积。嵌入式天线为多频段物联网产品设计的空间和成本限制提供了解决方案。这些单片天线具有紧凑的尺寸，可以处理多种不同的频率，同时提供良好的性能。然而，需要权衡取舍：在同类应用中，多频段嵌入式天线的性能将不及单频段条形天线。这使得设计人员严格遵守关键设计指南以最大限度地提高嵌入式天线在所有工作频率上的效率变得更加重要。嵌入式天线为多频段物联网产品设计的空间和成本限制提供了解决方案。这些单片天线具有紧凑的尺寸，可以处理多种不同的频率，同时提供良好的性能。然而，需要权衡取舍：在同类应用中，多频段嵌入式天线的性能将不及单频段条形天线。这使得设计人员严格遵守关键设计指南以最大限度地提高嵌入式天线在所有工作频率上的效率变得更加重要。这些指南不仅限于天线选择和定位；嵌入式组件只是“天线系统”的一部分。要构建高效系统，天线必须与合适的印刷电路板（PC 板）接地平面和阻抗匹配电路仔细配对，以优化性能。系统每个部分的设计都会显着影响整个天线系统的效率，而阻抗匹配电路的设计对于多频段嵌入式天线来说尤其具有挑战性。这些指南不仅限于天线选择和定位；嵌入式组件只是“天线系统”的一部分。要构建高效系统，天线必须与合适的印刷电路板（PC 板）接地平面和阻抗匹配电路仔细配对，以优化性能。系统每个部分的设计都会显着影响整个天线系统的效率，而阻抗匹配电路的设计对于多频段嵌入式天线来说尤其具有挑战性。本文简要介绍了天线以及无线物联网设备设计人员面临的挑战。然后介绍了多频段嵌入式天线，并解释了如何设计它们并确保它们与地平面和阻抗匹配电路相匹配以优化性能。本文简要介绍了天线以及无线物联网设备设计人员面临的挑战。然后介绍了多频段嵌入式天线，并解释了如何设计它们并确保它们与地平面和阻抗匹配电路相匹配以优化性能。天线基础知识天线基础知识天线转换电压和电流以产生发射的 RF 信号，然后在接收器处将输入的 RF 信号转换为电压和电流。优化天线的效率可确保将尽可能多的发射器功率转换为辐射无线电能量，并从输入信号中收集尽可能多的能量以馈入接收器。它执行这些角色的效率在很大程度上决定了物联网设备的范围和吞吐量。天线转换电压和电流以产生发射的 RF 信号，然后在接收器处将输入的 RF 信号转换为电压和电流。优化天线的效率可确保将尽可能多的发射器功率转换为辐射无线电能量，并从输入信号中收集尽可能多的能量以馈入接收器。它执行这些角色的效率在很大程度上决定了物联网设备的范围和吞吐量。天线效率（通常以分贝 (dB) 为单位测量）由多个因素决定，但一个关键因素是阻抗。天线的阻抗（与其输入端的电压和电流有关）与驱动天线的电压源的阻抗之间的显着失配会导致天线效率低下。提高功效的关键是使两个阻抗相等。