當設計無線連接到iot設備時,你有幾種天線的選擇。你可以把一個設計成一個印刷電路板,但是有幾個商業(yè)選擇將你自己設計出來。

影響范圍和性能,天線選擇和放置是關(guān)鍵的設計考慮因素,在物聯(lián)網(wǎng)設備制造商。本文綜述了最廣泛使用的多用途天線,并討論了其應用特定的功能。它還強調(diào)了最佳設計和放置戰(zhàn)略,為每種天線類型提供了詳細的指導方針。

距離和頻率要求

圖1這是一款使用Wi-Fi的智能家居設備,突出了互聯(lián)設備,用于全面的家居自動化,包括照明、氣候、安全和能源管理,所有這些都是由中央智能手機應用程序控制的。

距離和頻率的要求在確定一個多用途終端設備的天線類型方面起著至關(guān)重要的作用。例如,可穿戴和智能家居設備一般使用Wi-Fi( 圖1 )或藍牙,用于跨越2.4千兆赫至5.9千兆赫的短距離通訊。Zigbee在同一個工業(yè)、科學和醫(yī)療(ISM)波段運行,支持智能家居基礎設施和建設自動化及其高效的網(wǎng)狀網(wǎng)絡能力。

相比之下,工業(yè)iot(iot)應用通常依賴于低功率廣域網(wǎng)(lpana),其中包括窄帶互聯(lián)網(wǎng)的東西(nb-iot)和洛拉萬通信協(xié)議。Nb-IOT提供了獲得許可的亞1千兆赫波段的廣泛覆蓋,而洛拉萬利用未經(jīng)許可的次GGZ頻率實現(xiàn)了廣泛的覆蓋(歐洲為862兆赫,北美洲為9500兆赫)。

LTECAT-M將高帶寬和吞吐量與高效率的耗電量相結(jié)合,在1千兆赫以下的許可LTE波段運行,便于在具有挑戰(zhàn)性的室內(nèi)地點實現(xiàn)無縫連接。

高速、低延遲的iot應用程序使用5G的廣譜技術(shù),其覆蓋范圍包括亞6千兆赫和MM波段(24千兆赫至71千兆赫),用于廣泛和高容量的應用。值得注意的是,5G是先進汽車系統(tǒng)和醫(yī)療設備以及?虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實 申請。

從鞭笞到金屬絲

選擇一個IOT天線需要在范圍、耐久性、成本和集成復雜性之間進行權(quán)衡。為滿足具體應用和頻率要求而設計的一些最廣泛使用的衛(wèi)星軌道天線包括:

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翼和槳:提供廣域連接,用于國際無線電通信系統(tǒng)的部署,外部的鞭和槳天線提供了最佳性能和范圍的ISM,LRA,LPAN的應用,以及LTE-M設備低于1千兆赫。為了耐久性和性能,用優(yōu)質(zhì)塑料和金屬(如不銹鋼或鋁)制造了鞭槳天線,與橡膠短棒天線相比,設計成本更高。

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橡膠短棒天線:具有螺旋設計,外部橡膠短棒天線天線目標便攜式平板電視設備,手持收音機和對講機。橡膠短棒天線天線提供了耐久性、性能和成本的平衡,與廣泛的頻率范圍兼容,通常從100兆赫到2.5千兆赫,包括Zigbee的2.4千兆赫波段。這些天線是用塑料和金屬(如不銹鋼)制造的。

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補丁:適應特定或雙極化的最佳衛(wèi)星傳輸,補丁天線是一個流行的選擇的GPS設備。在GGZ范圍內(nèi)有效,特別是在1.57542GHZ(L1波段)的全球定位系統(tǒng)中,補丁天線確保精確的導航具有最佳增益和輻射特性。

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PCB天線:這些集成天線為可穿戴性和遠程傳感器提供了設計靈活性和更高的增益,可容納廣泛的頻譜(包括5G),范圍從廣泛覆蓋的6-兆赫到大容量應用的MM波段(24千兆赫及以上)。電路板天線的制造使用銅或其他導電金屬沉積在非導電襯底上,如FF-4玻璃纖維。盡管多用途天線可適應許多不同類型的遠程通信技術(shù)應用和通信協(xié)議,但對系統(tǒng)設計者來說,多用途電路板天線提出了各種集成挑戰(zhàn),包括信號干擾和精確位置要求。

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芯片:可容納小型iot設備,芯片天線有效地支持從Wi-Fi,藍牙,Zigbee到LTE,nb-iot,羅拉和5g不同的協(xié)議和頻帶。由于芯片天線需要高度的集成,系統(tǒng)設計者必須在人口密集的板上應對空間限制。芯片天線是使用傳統(tǒng)的半導體材料,如陶瓷或硅.

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電線:由于已建立的制造工藝和容易獲得的材料,例如銅或鋁材料,有針對性的汽車、智能建筑和其他流行的非線性軌道應用、電線天線相對便宜。盡管電線天線支持多種協(xié)議、頻率和范圍,但它們提出了各種設計挑戰(zhàn),包括為較低頻率提供額外空間(需要較大的天線)以及減少或減緩密集布局中的干擾。設計方面的考慮對于LTE-M和5G應用程序都是至關(guān)重要的。

戰(zhàn)略設計和位置優(yōu)化范圍和性能

對于長鞭、槳和橡膠斗天線,地面考慮因素,包括附近表面的導電性,是最大限度提高輻射效率的關(guān)鍵。優(yōu)化這一關(guān)鍵參數(shù)直接影響信號的強度和質(zhì)量,確保更長距離的穩(wěn)定和清晰的通信。這些外部天線具有至少四分之一波長的導電平面,有效地模擬偶極子的輻射模式,顯著地提高了范圍,特別是在超高頻(U高頻)頻譜的低端。戰(zhàn)略位置,遠離設備的金屬部件和邊緣,減少干擾和進一步最大化范圍。

由于尺寸與頻率成反比,天線呈現(xiàn)出獨特的設計考慮,需要仔細規(guī)劃。例如,較低的頻率需要更大的天線,可能會使小規(guī)模的iot設備集成復雜化。它們還需要精心安排,重點是確定主要的通信路徑,盡量減少障礙,以確保清晰的視線連接。電線天線還必須與金屬元素如外殼、連接器和設備邊緣保持分離,以保持無干擾的共振頻率。

為實現(xiàn)衛(wèi)星信號接收的最佳化,國際地面衛(wèi)星定位系統(tǒng)設備的補丁天線需要經(jīng)過深思熟慮的極化選擇(RHCP、LHCP或兩者兼顧)--通過PIN二極管或射頻MEMS設備實現(xiàn)雙重極化,以實現(xiàn)傳輸?shù)撵`活性。正確的放置是關(guān)鍵,因為補丁天線必須安裝在天空上有清晰的視線,以盡量減少障礙,提高信號清晰度,確保視野暢通無阻(fov)。雖然平面圖流線型集成在設備表面,補丁天線必須遠離金屬組件,以避免干擾和信號退化。

對于緊湊型的iot設備來說,在電路板和芯片天線之間進行選擇(圖3)取決于尺寸限制和性能要求。例如,PCB天線天線由于尺寸大、拓撲復雜(例如,PCB天線天線)而能夠獲得更高的收益。,不頂F,L,和折疊單極設計),但可能占用更多的板空間。

反過來,芯片天線提供了一個更緊湊的解決方案,收益較低,適合空間限制的應用,如可穿戴。最后,正確的位置對電路板和芯片天線都是至關(guān)重要的。具體而言,最小障礙和戰(zhàn)略邊緣定位提高了電路板天線的性能,而芯片天線的精確集成防止了組件干擾,并保持了暢通無阻的信號路徑。

對于5G特定的iot設備,可以利用高增益芯片、導線和電路板天線作為相控陣列。這種配置有助于有效的空間復用和信號管理,通過廣泛實施多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)來適應更高的電池密度。此外,自適應波束交換動態(tài)優(yōu)化天線信號路徑,減少潛在干擾和加強信號接收。

概括的

衛(wèi)星軌道天線的選擇影響到關(guān)鍵的操作參數(shù),如范圍和性能。因此,設備制造商必須謹慎地權(quán)衡范圍、耐久性、成本和集成復雜性之間的權(quán)衡。為滿足特定應用要求而設計的多用途天線類型包括:跨鞭、劃槳和橡膠短棒天線到貼片、電路板、芯片和電線。戰(zhàn)略性的天線放置可以最大限度地減少干擾,提高信號強度,確保在一個非衛(wèi)星通信平臺設備及其網(wǎng)絡之間進行清晰可靠的通信。