كيفية اختيار هوائي بتردد 868 ميجاهرتز لتطبيقات الترددات دون الجيجاهرتز

Kinghelm هوائي خارجي بتردد 868 ميجاهرتز من نوع KH-(868)-J505-JB مزود بموصل SMA

تُستخدم تقنية الاتصالات اللاسلكية دون الجيجا هرتز على نطاق واسع في تطبيقات مثل المراقبة عن بُعد، وأجهزة الاستشعار الصناعية، والقياس، وأجهزة إنترنت الأشياء منخفضة الطاقة. في هذه الأنظمة، يلعب الهوائي دورًا هامًا في تحديد مدى فعالية إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية. لذا، يتطلب اختيار الهوائي المناسب أكثر من مجرد مطابقة التردد الاسمي أو اختيار أصغر مكون متاح.

بالنسبة لتصميم بتردد 868 ميجاهرتز، يحتاج المهندسون إلى مراعاة عرض النطاق التشغيلي، ومساحة التركيب المتاحة، وبنية الهوائي، والطبقة الأرضية للوحة الدوائر المطبوعة، والهيكل المحيط. كما يتعين على فرق المشتريات التحقق من التوافق الميكانيكي، والوثائق الفنية، وتوافر العينات، ومتطلبات التوريد قبل الموافقة على أي مكون.

يشرح هذا الدليل كيفية اختيار هوائي بتردد 868 ميجاهرتز لتطبيقات النطاق الترددي دون الجيجاهرتز، بدءًا من تحديد متطلبات التصميم الأولية وصولًا إلى مقارنة تكوينات الهوائي والتحقق من الأداء في الجهاز النهائي. كما يقدم أيضًا Kinghelm KH-(868)-J505-JB كمنتج مرشح ويستخدم هوائي TE Connectivity كمرجع خارجي لنهج تركيب مختلف.

1. تحديد نطاق التردد ومتطلبات التصميم

تتمثل الخطوة الأولى في اختيار الهوائي في التأكد من نطاق تردد تشغيل الجهاز ومتطلبات الراديو في السوق المستهدف. على الرغم من أن هوائيات 433 ميجاهرتز و470 ميجاهرتز و868 ميجاهرتز و915 ميجاهرتز تنتمي جميعها إلى فئة الترددات دون الجيجاهرتز الأوسع، إلا أنها مصممة لنطاقات تردد مختلفة ولا يمكن استخدامها بشكل تبادلي تلقائي.

يساعد التطبيق المقصود ومنطقة النشر في تحديد النطاق الترددي المناسب. وبمجرد تحديد النطاق، يمكن تقييم عرض نطاق الهوائي، وطريقة تركيبه، وأدائه في مجال الترددات اللاسلكية، وذلك وفقًا لمتطلبات الجهاز.

لا ينبغي افتراض أن الهوائي المصمم بتردد 868 ميجاهرتز يغطي نطاق 915 ميجاهرتز بكفاءة تلقائية. فحتى الهوائيات ذات المظهر الخارجي المتشابه قد تختلف في خصائص الرنين، ومطابقة المعاوقة، والإشعاع.

قبل مقارنة نماذج الهوائيات، يجب توثيق أربعة متطلبات أساسية:

• تردد التشغيل: حدد نطاق التردد الكامل المطلوب لنظام الراديو، بدلاً من الاعتماد فقط على التردد المركزي الاسمي.
• مساحة التثبيت: سجل مساحة لوحة الدوائر المطبوعة المتاحة، والمنطقة المحظورة، وأبعاد الغلاف، وارتفاع الهوائي المسموح به.
• طريقة التركيب: حدد ما إذا كان المنتج يستوعب هوائيًا مثبتًا على لوحة الدوائر المطبوعة، أو هوائيًا من خلال الثقوب، أو هوائيًا خارجيًا.
• أداء الترددات اللاسلكية: تحديد عرض النطاق الترددي المطلوب، ومطابقة المعاوقة، وتغطية الإشعاع، وأداء الاتصالات.

تُوفّر هذه المتطلبات نقطة انطلاق عملية لتضييق نطاق الخيارات المتاحة. بعد تحديد نطاق التردد والقيود الفيزيائية، تتمثل الخطوة التالية في تحديد بنية الهوائي الأنسب لتصميم المنتج.

2. قارن بين تكوينات الهوائيات المثبتة على لوحة الدوائر المطبوعة، والهوائيات الحلزونية، والهوائيات الخارجية

تعالج هياكل الهوائيات المختلفة تحديات تكامل مختلفة. قد يناسب الهوائي المدمج المثبت على لوحة الدوائر المطبوعة جهازًا محدود المساحة، بينما قد يكون الهوائي أحادي القطب الحلزوني المثبت عبر الثقوب أو الهوائي الخارجي أكثر ملاءمة عندما يسمح التصميم الميكانيكي بترتيب تثبيت مختلف.

ينبغي أن يستند الاختيار إلى التصميم المادي للجهاز ومتطلبات الترددات اللاسلكية، وليس إلى المظهر فقط. يمكن للمقارنة التالية أن تساعد المهندسين في وضع قائمة أولية مختصرة قبل مراجعة مواصفات كل منتج على حدة.

كيفية استخدام هذه المقارنة:
تعامل مع الأمر كوسيلة لتضييق نطاق الخيارات الميكانيكية، وليس كضمان لأداء الترددات اللاسلكية. فالهوائي الصغير ليس بالضرورة الخيار الأمثل إذا كانت كفاءته عند التركيب أو هامش الربط غير كافٍ. وبالمثل، قد يوفر الهوائي الخارجي مرونة أكبر في التثبيت، لكن موصله وكابل التغذية يصبحان جزءًا من مسار الترددات اللاسلكية.

لا تُشير المصطلحات "سيراميك" و"رقعة" و"شريحة" و"حلزوني" و"سوط" جميعها إلى نفس نوع التصنيف. فبعضها يُشير إلى المواد أو أشكال التغليف، بينما يُشير البعض الآخر إلى تكوينات المشعات. ولذلك، يجب دائمًا مراجعة تعليمات التركيب والتثبيت الدقيقة في وثائق الشركة المصنعة.

هوائيات مثبتة على لوحة الدوائر المطبوعة

يُعدّ الهوائي المُثبّت على لوحة الدوائر المطبوعة خيارًا جديرًا بالدراسة عندما يكون الغلاف صغيرًا ولا يُناسب استخدام مُشعّ خارجي. مع ذلك، فإنّ كسبه المُعلن عنه وتردده المركزي لا يُنبئان وحدهما بالأداء بعد التركيب. إذ يُمكن لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة، والسطح الأرضي، ومكونات المطابقة، والمواد المُحيطة أن تُغيّر الرنين أو تُقلّل من كفاءة الإشعاع.

اتبع إرشادات الشركة المصنعة بشأن نمط التوصيل الأرضي، والتوصيل الأرضي، ومناطق التباعد. قد تؤثر البطاريات، والأقواس المعدنية، وإطارات العرض، والدروع، والأجزاء الموصلة الأخرى على أداء الهوائي إذا وُضعت بالقرب من الجزء المُشع.

للحصول على مزيد من المعلومات حول اعتبارات التكامل، راجع " من التصميم إلى التطبيق: الكشف عن التقنيات الأساسية لهوائيات لوحات الدوائر المطبوعة" . كما تتناول مقالة " هوائي الرقعة مقابل هوائي الشريحة مقابل هوائي لوحة الدوائر المطبوعة للأجهزة القابلة للارتداء بتقنية بلوتوث منخفضة الطاقة" تكامل الأجهزة صغيرة الحجم، مع العلم أن سياق تقنية بلوتوث منخفضة الطاقة لا يعني إمكانية استبدال هذه الهوائيات بتصميم بتردد 868 ميجاهرتز.

أحاديات الأقطاب الحلزونية

يستخدم الهوائي أحادي القطب الحلزوني موصلًا ملفوفًا لتجميع مشع أحادي القطب في شكل أكثر إحكامًا. وقد يناسب الإصدار ذو الثقوب تصميمًا يستوعب تخطيط نقاط التوصيل، والتأريض، والمسافة بين المكونات، وارتفاع التركيب.

على الرغم من أن الهوائيات الحلزونية قد تُقلل من الطول الفعلي للمشع، إلا أن الأداء الفعلي يعتمد على التصميم المحدد وظروف التركيب. تأكد من رقم القطعة، ومساحة القاعدة، ومتطلبات التأريض، والرسم الميكانيكي قبل تغيير تصميم لوحة الدوائر المطبوعة.

هوائيات خارجية من نوع السوط والمطاط

يمكن استخدام هوائي خارجي، سواءً كان هوائيًا سوطيًا أو هوائيًا مطاطيًا، لوضع المشع خارج الغلاف، مما يقلل من قربه من بعض مصادر التشويش الداخلية. قد يناسب هذا التكوين البوابات، وأجهزة المراقبة، وغيرها من المنتجات التي يكون فيها الحجم الأكبر مقبولًا.

قبل اختيار هوائي خارجي، تحقق من تردد التشغيل، والمعاوقة الاسمية، والكسب المعلن، والاستقطاب، وواجهة التركيب، وترتيب التغذية. يجب أيضًا مراعاة فقد الطاقة في الكابلات والموصلات، ويجب أن يكون الدعم الميكانيكي مناسبًا للتركيب المقصود.

بمجرد تحديد بنية مناسبة، تتمثل الخطوة التالية في فحص شروط تصميم الترددات الراديوية التي تحدد ما إذا كان الهوائي يمكن أن يعمل كما هو متوقع في الجهاز الفعلي.

3. فهم الطول الموجي، والمستوى الأرضي، والمطابقة

إن اختيار بنية الهوائي ليس سوى جزء من عملية الاختيار. فحتى الهوائي المصمم للتردد الصحيح قد يختلف أداؤه عند تركيبه على لوحة دوائر مطبوعة مختلفة أو داخل غلاف مختلف. ويؤثر كل من الطول الموجي، وتصميم المستوى الأرضي، ومطابقة المعاوقة، والمواد المحيطة على النتيجة النهائية.

الطول الموجي عند 868 ميجاهرتز

يُعدّ الطول الموجي نقطة انطلاق مفيدة لفهم أبعاد الهوائي، ولكنه لا يُحدد الحجم المادي النهائي لكل هوائي عملي. فالحمل، وهندسة الملف، والمواد العازلة، والموصلات المجاورة، وشبكة المطابقة، كلها عوامل تؤثر في التصميم.

للحصول على تقدير أولي، يمكن حساب الطول الموجي في الفضاء الحر باستخدام الصيغة التالية:

الطول الموجي (λ) بالأمتار ≈ 300 ÷ التردد (ميجاهرتز)

• عند 868 ميجاهرتز: λ ≈ 300 ÷ 868 ≈ 0.346 متر، أو حوالي 346 ملم.
• ربع الطول الموجي في الفضاء الحر: λ/4 ≈ 86.4 مم.

ماذا يعني تقدير ربع الطول الموجي

تمثل قيمة 86.4 مم قيمة مرجعية في الفضاء الحر لهوائي أحادي القطب بسيط بربع موجة، وليست طولًا فعليًا مطلوبًا لكل هوائي بتردد 868 ميجاهرتز. يمكن أن تكون التصاميم الحلزونية والخزفية والمحملة أقصر. يُعد الطول الكهربائي والمطابقة وأداء التركيب أكثر أهمية من الطول الميكانيكي وحده.

تخطيط لوحة الأرضية ولوحة الدوائر المطبوعة

يعتمد تكوين سطح الأرض المطلوب على تصميم الهوائي. تُعدّ مخططات الشركة المصنّعة المرجعية إرشادات خاصة بالمنتج، وليست أبعادًا عامة للوحة الدوائر المطبوعة. قد يؤدي اختلاف سطح الأرض عن الإعداد المرجعي إلى تغيير مقاومة الإدخال ونمط الإشعاع.

على سبيل المثال، تستخدم وثائق شركة TE Connectivity الخاصة بهوائي ANT-868-HETH لوحة أرضية مرجعية بأبعاد 38 × 84 مم. هذا مجرد تكوين مرجعي لتقييم هذا المنتج، وليس شرطًا لحجم لوحة الدوائر المطبوعة لكل هوائي بتردد 868 ميجاهرتز.

أثناء تصميم لوحة الدوائر المطبوعة، ينبغي على المهندسين ما يلي:

1. اتبع متطلبات الشركة المصنعة فيما يتعلق بنمط الأرض، والتوصيل الأرضي، ومناطق الحظر.
2. أبقِ الأجسام الموصلة والمكونات الحساسة بعيدة عن قسم الإشعاع حيثما تتطلب إرشادات التصميم ذلك.
3. قم بوضع شبكة التغذية والمطابقة وفقًا لتصميم الترددات اللاسلكية الموصى به.
4. اترك مساحة لضبط المكونات إذا لزم تعديل المعاوقة.
5. قم بقياس الهوائي في المنتج المُجمّع بدلاً من الاعتماد فقط على لوحة اختبار عارية أو محاكاة.

للحصول على إرشادات تصميم إضافية، انظر تصميم هوائي الترددات الراديوية: دليل عملي للمهندسين المتوسطين.

مطابقة المعاوقة وقياسها

تُحدد مواصفات 50 أوم واجهة الترددات اللاسلكية الاسمية، لكنها لا تضمن مطابقة الإدخال عند 50 أوم بعد التركيب. يجب التعامل مع الهوائي ولوحة الدوائر المطبوعة وشبكة المطابقة والمواد المحيطة بها كنظام ترددات لاسلكية واحد.

يمكن استخدام محلل الشبكة الاتجاهية (VNA) لقياس مطابقة الإدخال عبر النطاق المطلوب. يساعد كل من S11 وVSWR في تحديد انزياحات الرنين ومشاكل المطابقة. لمزيد من التفاصيل، راجع: كيف يمكننا تحقيق مطابقة معاوقة 50 أوم في تصميم هوائي لوحة الدوائر المطبوعة ؟

مع ذلك، لا تضمن نتيجة S11 الجيدة كفاءة إشعاع عالية أو مدى اتصال مُتوقع. فالفقدان التوصيلي، والفقدان العازل، والهيكل، واتجاه الهوائي، وبيئة جهاز الاستقبال، كلها عوامل تؤثر على الأداء الفعلي. لذا، يجب إجراء قياسات كهربائية متبوعة بالتحقق من صحتها في الجهاز النهائي.

4. تقييم هوائيات بتردد 868 ميجاهرتز وفقًا لمتطلبات التكامل المختلفة

بعد تحديد نطاق التشغيل، واختيار بنية هوائي مناسبة، ومراجعة قيود تصميم الترددات اللاسلكية، تتمثل الخطوة التالية في تقييم منتجات محددة. ينبغي أن تراعي مقارنات المنتجات أسلوب التركيب، والواجهة، والمواصفات المنشورة، ومتطلبات التكامل، بدلاً من الاعتماد على معيار واحد فقط.

استخدم Kinghelm KH-(868)-J505-JB هو المنتج المميز Kinghelm المنتج المذكور في هذا الدليل. تم إدراج هوائي TE Connectivity ANT-868-HETH كمرجع خارجي لتكوين هوائي مختلف. تستخدم هذه المنتجات هياكل مادية وطرق تركيب مختلفة، لذا فإن المقارنة تهدف إلى توضيح متطلبات الاختيار بدلاً من ترتيب أدائها بشكل مباشر.

كيفية التقييم Kinghelm KH-(868)-J505-JB

استخدم Kinghelm KH-(868)-J505-JB قد يكون من المفيد تقييم إمكانية تركيب هوائي مطاطي خارجي وواجهة SMA الخاصة به على الجهاز. قبل اختياره، تأكد من أن الموصل، وطريقة التركيب، والمساحة المتاحة، ونطاق التشغيل المقصود تتوافق مع متطلبات الجهاز.

توفر مواصفات الترددات اللاسلكية المنشورة أساسًا أوليًا للفحص، ولكن لا ينبغي اعتبارها ضمانًا للأداء في جميع عمليات التركيب. تعتمد النتيجة النهائية على ترتيب التغذية، والهياكل الموصلة المحيطة، واتجاه الهوائي، وبيئة النشر. تحقق من وثائق المنتج الحالية وقيم أداء الهوائي في ظل ظروف تشغيل نموذجية.

استخدام منتج مرجعي خارجي

يمثل جهاز TE Connectivity ANT-868-HETH نهجًا مختلفًا للتكامل: وهو عبارة عن هوائي أحادي القطب حلزوني مثبت عبر فتحة/طرف. قد يكون هذا النهج مناسبًا عندما يكون تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) متوافقًا مع هذا النمط من التثبيت، وعندما يكون تكوين مستوى الأرض المطلوب متوافقًا.

لا ينبغي افتراض أن حجمها وطريقة تركيبها تتطابق مع Kinghelm هوائي SMA خارجي. تم تضمين منتج TE لتوضيح كيف يمكن أن تختلف هياكل الهوائيات، وليس للإشارة إلى أن المنتجين بديلان مباشرين.

ما يجب فحصه قبل استبدال الهوائي الحالي

عند تقييم هوائي بديل، يجب على المهندسين وفرق المشتريات التحقق من ثلاثة جوانب قبل الموافقة على التغيير:

• التوافق الميكانيكي: الموصل، وطريقة التركيب، والمساحة المتاحة، وارتفاع الهوائي، والمسافة الفاصلة.
• التوافق الكهربائي: نطاق تردد التشغيل، والمعاوقة الاسمية، وترتيب التغذية، ومتطلبات المطابقة.
• الأداء على مستوى النظام: المطابقة، وأداء الإشعاع، وأداء الاتصال في الجهاز النهائي.

تأكد أيضًا من أن ورقة البيانات الحالية، والرسم الميكانيكي، ومعلومات الامتثال ذات الصلة تتطابق مع رقم القطعة المذكور. لا ينبغي اعتبار الهوائيات ذات الهياكل أو الواجهات المختلفة بدائل مباشرة دون التحقق من ذلك.

بعد أن يجتاز المرشح فحوصات المواصفات والتوافق الأولية، فإن الخطوة التالية هي التحقق من سلوكه في الجهاز الكامل بدلاً من الاعتماد على الأرقام المنشورة فقط.

5. التحقق من أداء الهوائي في الجهاز النهائي

تُعدّ المواصفات المنشورة مفيدةً لاختيار الهوائيات، لكنها لا تُمكن من التنبؤ الكامل بالأداء بعد التركيب. فقد يُغيّر الغلاف المعدني أو البطارية أو الشاشة أو الكابل أو دعامة التثبيت من المعاوقة وسلوك الإشعاع. لذا، ينبغي أن يكون التحقق من صحة الهوائي جزءًا من عملية تطوير المنتج، وليس مجرد فحص نهائي يُترك حتى الموافقة على الإنتاج.

1. الفحص الكهربائي

قم بقياس نطاق التشغيل، وS11، وVSWR باستخدام إعداد ترددات لاسلكية مناسب، ثم قارن النتائج بمواصفات الهوائي. إذا انزاح الرنين أو خرج التوافق عن النطاق المطلوب، فراجع تصميم الهوائي، وشبكة المطابقة، وظروف التركيب.

2. فحص التكامل

أعد القياس بعد تركيب لوحة الدوائر المطبوعة النهائية، واللوحة الأرضية، والعلبة، والبطارية، والشاشة، والأجزاء الموصلة الرئيسية. يُعدّ التكوين المُجمّع هو المرجع المناسب لأن الهيكل المحيط قد يؤثر على أداء الهوائي.

3. اختبار الإشعاع والوصلة

قم بتقييم أداء الإشعاع ورابط الاتصال الفعلي في أوضاع وظروف نشر نموذجية. قد يتصرف الجهاز الذي يعمل بشكل جيد في وضع أو بيئة اختبار معينة بشكل مختلف في التركيب المقصود.

4. جاهزية الإنتاج

تأكد من استيفاء المتطلبات البيئية والميكانيكية والتنظيمية وفقًا لوثائق المنتج قبل طرحه في السوق. وعند الاقتضاء، اتفق على معايير القبول واحتفظ بنتائج الاختبارات لاستخدامها في تغييرات التصميم أو التوريد المستقبلية.

تخدم هذه الفحوصات أغراضًا مختلفة. يقيس قياس محلل الشبكة الاتجاهي مدى تطابق المدخلات، ويقيس اختبار الأداء الإشعاعي سلوك الإشعاع، ويتحقق اختبار الوصلة من الاتصال في ظل ظروف نموذجية. لا يمكن لأي منها أن يحل محل الآخر.

بمجرد التحقق من الهوائي المختار مقابل التصميم الميكانيكي ومتطلبات الترددات اللاسلكية، فإن المهمة المتبقية هي التأكد من أن المنتج وترتيبات توريده مناسبة للمشروع.

6. قائمة التحقق النهائية لاختيار هوائي بتردد 868 ميجاهرتز

قبل الموافقة على الهوائي، يُرجى مراجعة البنود التالية مع فريقي الهندسة والمشتريات. يساعد ذلك على ضمان أن الجزء المُختار يُلبي المتطلبات الفنية للجهاز واحتياجات المشروع من حيث التوريد.

معلومات يجب تحضيرها قبل طلب عرض سعر أو عينة

يمكن أن يؤدي إعداد المعلومات التالية إلى جعل تقييم المنتج والتواصل مع الموردين أكثر كفاءة:

• نطاق التردد المستهدف ومنطقة الاستخدام.
• المساحة المتاحة للوحة الدوائر المطبوعة والعلبة، والحد الأقصى لارتفاع الهوائي، وأسلوب التركيب المفضل.
• الموصل أو واجهة التغذية المطلوبة، إن وجدت.
• نموذج الهوائي الحالي وسبب تقييم بديل، إذا كان هذا مشروع استبدال.
• التطبيق المتوقع، وبيئة التركيب، ومعايير اختبار الترددات اللاسلكية أو الاتصالات المحددة.
• الكمية المطلوبة، وتوقيت أخذ العينات، وجدول الإنتاج المستهدف، ومتطلبات التوثيق.

تساعد هذه التفاصيل في تحديد مدى ملاءمة المرشح من الناحية الميكانيكية، وما هي المعلومات أو الاختبارات المطلوبة قبل الموافقة. ويجب أن يستند الاختيار النهائي إلى الوثائق الرسمية الحالية والتحقق من صحة الجهاز النهائي.

لمزيد من المعلومات حول Kinghelm KH-(868)-J505-JB، راجع صفحة المنتج والوثائق التقنية المتاحة. إذا كنت بحاجة إلى مناقشة متطلبات هوائي بتردد 868 ميجاهرتز، أو تأكيد تفاصيل المنتج، أو تقييم مدى ملاءمته لتطبيق معين، تفضل بزيارة اتصل بنا على Kinghelm موقع الكتروني.