نحوه انتخاب آنتن 868 مگاهرتز برای کاربردهای زیر گیگاهرتز

Kinghelm آنتن خارجی KH-(868)-J505-JB با فرکانس 868 مگاهرتز و رابط SMA

فناوری بی‌سیم زیر گیگاهرتز به طور گسترده در کاربردهایی مانند نظارت از راه دور، حسگرهای صنعتی، اندازه‌گیری و دستگاه‌های اینترنت اشیا کم‌مصرف استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها، آنتن نقش مهمی در تعیین میزان اثربخشی ارسال و دریافت سیگنال‌های رادیویی توسط دستگاه ایفا می‌کند. بنابراین، انتخاب آنتن مناسب به چیزی بیش از تطبیق با فرکانس اسمی یا انتخاب کوچکترین قطعه موجود نیاز دارد.

برای طراحی ۸۶۸ مگاهرتز، مهندسان باید پهنای باند عملیاتی، فضای نصب موجود، ساختار آنتن، صفحه زمین PCB و محفظه اطراف آن را در نظر بگیرند. تیم‌های خرید همچنین باید قبل از تأیید یک قطعه، سازگاری مکانیکی، اسناد فنی، در دسترس بودن نمونه و الزامات تأمین را تأیید کنند.

این راهنما نحوه انتخاب آنتن ۸۶۸ مگاهرتز برای کاربردهای زیر گیگاهرتز را از تعریف الزامات طراحی اولیه گرفته تا مقایسه پیکربندی‌های آنتن و اعتبارسنجی عملکرد در دستگاه نهایی توضیح می‌دهد. همچنین موارد زیر را معرفی می‌کند: Kinghelm KH-(868)-J505-JB به عنوان کاندیدای محصول و از آنتن TE Connectivity به عنوان مرجع خارجی برای رویکرد نصب متفاوت استفاده می‌کند.

۱. تعریف باند فرکانسی و الزامات طراحی

اولین قدم در انتخاب آنتن، تأیید محدوده فرکانس کاری دستگاه و الزامات رادیویی در بازار هدف آن است. اگرچه آنتن‌های ۴۳۳ مگاهرتز، ۴۷۰ مگاهرتز، ۸۶۸ مگاهرتز و ۹۱۵ مگاهرتز همگی به دسته وسیع‌تر Sub-GHz تعلق دارند، اما برای محدوده‌های فرکانسی متفاوتی طراحی شده‌اند و نمی‌توان به طور خودکار از آنها به جای یکدیگر استفاده کرد.

کاربرد مورد نظر و منطقه استقرار به تعیین باند مناسب کمک می‌کند. پس از تعیین باند، پهنای باند آنتن، چیدمان نصب و عملکرد RF را می‌توان در مقایسه با الزامات دستگاه ارزیابی کرد.

آنتنی که برای فرکانس ۸۶۸ مگاهرتز مشخص شده است، نباید به طور خودکار فرض شود که ۹۱۵ مگاهرتز را به طور مؤثر پوشش می‌دهد. حتی آنتن‌هایی با ظاهر فیزیکی مشابه می‌توانند رزونانس، تطبیق امپدانس و ویژگی‌های تابشی متفاوتی داشته باشند.

قبل از مقایسه مدل‌های آنتن، چهار الزام اساسی را مستند کنید:

• فرکانس: به جای تکیه صرف بر فرکانس مرکزی اسمی، کل محدوده فرکانسی مورد نیاز سیستم رادیویی را تعریف کنید.
• فضای نصب: مساحت برد مدار چاپی (PCB)، ناحیه‌ی دور از دسترس، ابعاد محفظه و ارتفاع مجاز آنتن را ثبت کنید.
• پیکربندی نصب: مشخص کنید که آیا محصول می‌تواند آنتن نصب‌شده روی برد مدار چاپی، آنتن سوراخ‌دار یا آنتن خارجی را در خود جای دهد یا خیر.
• عملکرد RF: پهنای باند مورد نیاز، تطبیق امپدانس، پوشش تشعشعی و عملکرد ارتباطی را تعیین کنید.

این الزامات، یک نقطه شروع عملی برای محدود کردن گزینه‌های موجود فراهم می‌کنند. با مشخص شدن باند فرکانسی و محدودیت‌های فیزیکی، گام بعدی تعیین این است که کدام ساختار آنتن به بهترین وجه با طراحی محصول مطابقت دارد.

۲. مقایسه پیکربندی‌های آنتن نصب‌شده روی برد مدار چاپی، حلزونی و خارجی

ساختارهای مختلف آنتن، چالش‌های ادغام متفاوتی را برطرف می‌کنند. یک آنتن جمع‌وجور نصب‌شده روی PCB ممکن است برای یک دستگاه با فضای محدود مناسب باشد، در حالی که یک آنتن تک‌قطبی مارپیچی درون‌سوراخ یا یک آنتن خارجی ممکن است زمانی که طرح مکانیکی امکان چیدمان نصب متفاوتی را فراهم می‌کند، مناسب‌تر باشد.

انتخاب باید بر اساس طراحی فیزیکی دستگاه و الزامات RF باشد، نه صرفاً ظاهر آن. مقایسه زیر می‌تواند به مهندسان کمک کند تا قبل از بررسی مشخصات تک تک محصولات، یک لیست کوتاه اولیه ایجاد کنند.

نحوه استفاده از این مقایسه:
آن را به عنوان راهی برای محدود کردن گزینه‌های مکانیکی در نظر بگیرید، نه به عنوان تضمینی برای عملکرد RF. اگر راندمان نصب شده یا حاشیه لینک آن ناکافی باشد، یک آنتن جمع و جور به طور خودکار بهترین انتخاب نیست. به طور مشابه، یک آنتن خارجی ممکن است انعطاف‌پذیری بیشتری در قرارگیری ارائه دهد، اما کانکتور و کابل تغذیه آن بخشی از مسیر RF می‌شوند.

اصطلاحات سرامیکی، وصله‌ای، تراشه‌ای، مارپیچی و شلاقی همگی نوع طبقه‌بندی یکسانی را توصیف نمی‌کنند. برخی به مواد یا فرم‌های بسته‌بندی اشاره دارند، در حالی که برخی دیگر پیکربندی رادیاتور را توصیف می‌کنند. به همین دلیل، دستورالعمل‌های دقیق ساخت و نصب همیشه باید در اسناد سازنده بررسی شود.

آنتن‌های نصب‌شده روی PCB

یک آنتن نصب شده روی برد مدار چاپی (PCB) زمانی ارزش ارزیابی دارد که محفظه آن فشرده باشد و رادیاتور خارجی قابل قبول نباشد. با این حال، بهره و فرکانس مرکزی منتشر شده آن به خودی خود عملکرد نصب شده را پیش‌بینی نمی‌کنند. طرح برد مدار چاپی، صفحه زمین، اجزای تطبیقی ​​و مواد اطراف می‌توانند رزونانس را تغییر دهند یا راندمان تابش را کاهش دهند.

از الگوی زمین، اتصال زمین و دستورالعمل‌های مربوط به دور نگه داشتن آنتن که توسط سازنده ارائه شده است، پیروی کنید. باتری‌ها، براکت‌های فلزی، قاب‌های نمایشگر، سپرها و سایر قطعات رسانا در صورت قرار گرفتن بیش از حد نزدیک به بخش تابش، می‌توانند بر رفتار آنتن تأثیر بگذارند.

برای اطلاعات بیشتر در مورد ملاحظات ادغام، به « از طراحی تا کاربرد: رونمایی از فناوری‌های اصلی آنتن‌های PCB» مراجعه کنید . مقاله «پچ در مقابل تراشه در مقابل آنتن PCB برای دستگاه‌های پوشیدنی BLE» نیز در مورد ادغام دستگاه‌های فشرده بحث می‌کند، اگرچه مفهوم BLE به این معنی نیست که می‌توان این آنتن‌ها را با طراحی 868 مگاهرتز جایگزین کرد.

مونوپل‌های مارپیچی

یک تک‌قطبی مارپیچی از یک هادی سیم‌پیچ برای بسته‌بندی رادیاتور تک‌قطبی به شکلی فشرده‌تر استفاده می‌کند. یک نسخه سوراخ‌دار ممکن است برای طرحی مناسب باشد که بتواند طرح پد، اتصال زمین، فاصله اجزا و ارتفاع نصب آن را در خود جای دهد.

اگرچه آنتن‌های مارپیچی می‌توانند طول فیزیکی رادیاتور را کاهش دهند، اما عملکرد واقعی به طراحی خاص و شرایط نصب بستگی دارد. قبل از تغییر طرح PCB، شماره دقیق قطعه، مساحت، الزامات اتصال زمین و نقشه مکانیکی را تأیید کنید.

آنتن‌های شلاقی و لاستیکی خارجی

یک آنتن شلاقی یا لاستیکی خارجی می‌تواند رادیاتور را در خارج از محفظه قرار دهد و نزدیکی آن را به برخی از منابع داخلی کاهش دهد. این پیکربندی ممکن است برای دروازه‌ها، تجهیزات مانیتورینگ و سایر محصولاتی که در آنها پروفیل بزرگتر قابل قبول است، مناسب باشد.

قبل از انتخاب آنتن خارجی، فرکانس کاری، امپدانس اسمی، بهره منتشر شده، قطبش، رابط نصب و چیدمان تغذیه را بررسی کنید. تلفات کابل و کانکتور نیز باید در نظر گرفته شود و تکیه‌گاه مکانیکی باید برای نصب مورد نظر مناسب باشد.

پس از شناسایی ساختار مناسب، مرحله بعدی بررسی شرایط طراحی RF است که تعیین می‌کند آیا آنتن می‌تواند مطابق انتظار در دستگاه واقعی عمل کند یا خیر.

۳. طول موج، صفحه زمین و تطبیق را درک کنید

انتخاب ساختار آنتن تنها بخشی از فرآیند انتخاب است. حتی یک آنتن که برای فرکانس صحیح طراحی شده است، می‌تواند هنگام نصب روی یک PCB متفاوت یا درون یک محفظه متفاوت، عملکرد متفاوتی داشته باشد. طول موج، طراحی صفحه زمین، تطبیق امپدانس و مواد اطراف، همگی بر نتیجه نهایی تأثیر می‌گذارند.

طول موج در ۸۶۸ مگاهرتز

طول موج نقطه شروع مفیدی برای درک ابعاد آنتن فراهم می‌کند، اما اندازه فیزیکی نهایی هر آنتن کاربردی را تعیین نمی‌کند. بارگذاری، هندسه سیم‌پیچ، مواد دی‌الکتریک، رساناهای مجاور و شبکه تطبیق، همگی بر طراحی تأثیر می‌گذارند.

برای تخمین اولیه، طول موج فضای آزاد را می‌توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

طول موج (λ) بر حسب متر ≈ ۳۰۰ ÷ فرکانس (مگاهرتز)

• در فرکانس ۸۶۸ مگاهرتز: λ ≈ ۳۰۰ ÷ ۸۶۸ ≈ ۰.۳۴۶ متر یا حدود ۳۴۶ میلی‌متر.
• طول موج ربع فضای آزاد: λ/4 ≈ 86.4 میلی‌متر.

معنی تخمین یک چهارم طول موج چیست؟

مقدار ۸۶.۴ میلی‌متر یک مرجع فضای آزاد برای یک تک‌قطبی ربع موج ساده است، نه یک طول فیزیکی مورد نیاز برای هر آنتن ۸۶۸ مگاهرتز. طرح‌های مارپیچی، سرامیکی و بارگذاری‌شده می‌توانند کوتاه‌تر باشند. طول الکتریکی، تطبیق و عملکرد نصب‌شده، معنادارتر از طول مکانیکی به تنهایی هستند.

طرح صفحه زمین و PCB

پیکربندی صفحه زمین مورد نیاز به طراحی آنتن بستگی دارد. طرح‌های مرجع سازنده، راهنمای خاص هر محصول هستند، نه ابعاد جهانی PCB. صفحه زمینی که با تنظیمات مرجع متفاوت باشد، می‌تواند امپدانس ورودی و الگوی تابش را تغییر دهد.

برای مثال، مستندات TE Connectivity برای ANT-868-HETH از یک صفحه زمین مرجع 38 × 84 میلی‌متری استفاده می‌کند. این یک پیکربندی مرجع برای ارزیابی آن محصول است، نه یک الزام اندازه PCB برای هر آنتن 868 مگاهرتز.

در طول طرح بندی PCB، مهندسان باید:

1. از الزامات الگوی زمین، اتصال زمین و فاصله ایمن سازنده پیروی کنید.
2. اشیاء رسانا و اجزای حساس را در جایی که راهنمای طراحی الزام می‌کند، از بخش تابشی دور نگه دارید.
3. شبکه تغذیه و تطبیق را طبق طرح RF توصیه شده قرار دهید.
4. در صورت نیاز به تنظیم امپدانس، فضایی برای قطعات تنظیم‌کننده در نظر بگیرید.
5. به جای تکیه بر یک برد آزمایشی ساده یا شبیه‌سازی، آنتن را در محصول مونتاژ شده اندازه‌گیری کنید.

برای راهنمایی بیشتر در مورد طراحی، به «طراحی آنتن RF: راهنمای عملی برای مهندسان سطح متوسط» مراجعه کنید.

تطبیق امپدانس و اندازه‌گیری

مشخصات ۵۰ اهم، رابط RF اسمی را توصیف می‌کند؛ این مشخصات تضمین نمی‌کند که پس از نصب، ورودی ۵۰ اهمی با آن مطابقت داشته باشد. آنتن، برد مدار چاپی، شبکه تطبیق و مواد اطراف آن باید به عنوان یک سیستم RF واحد در نظر گرفته شوند.

می‌توان از یک تحلیلگر شبکه برداری (VNA) برای اندازه‌گیری تطبیق ورودی در باند مورد نیاز استفاده کرد. S11 و VSWR به شناسایی تغییرات رزونانس و مشکلات تطبیق کمک می‌کنند. برای جزئیات بیشتر، به « چگونه می‌توانیم در طراحی آنتن PCB به تطبیق امپدانس 50 اهم دست یابیم؟» مراجعه کنید.

با این حال، یک نتیجه خوب در S11، راندمان بالای تابش یا برد ارتباطی مورد انتظار را تضمین نمی‌کند. تلفات رسانایی، تلفات دی‌الکتریک، محفظه، جهت آنتن و محیط گیرنده، همگی بر عملکرد دنیای واقعی تأثیر می‌گذارند. به همین دلیل است که اندازه‌گیری‌های الکتریکی باید با اعتبارسنجی در دستگاه نهایی دنبال شوند.

۴. ارزیابی کاندیداهای آنتن ۸۶۸ مگاهرتز برای الزامات مختلف یکپارچه‌سازی

پس از تعریف باند عملیاتی، انتخاب ساختار آنتن مناسب و بررسی محدودیت‌های طراحی RF، گام بعدی ارزیابی محصولات خاص است. مقایسه محصولات باید به جای تکیه بر یک پارامتر واحد، سبک نصب، رابط کاربری، مشخصات منتشر شده و الزامات ادغام را در نظر بگیرد.

La Kinghelm KH-(868)-J505-JB محصول ویژه است. Kinghelm محصول موجود در این راهنما. TE Connectivity ANT-868-HETH به عنوان یک مرجع خارجی برای پیکربندی آنتن متفاوت گنجانده شده است. این محصولات از ساختارهای فیزیکی و روش‌های نصب متفاوتی استفاده می‌کنند، بنابراین این مقایسه به منظور روشن شدن الزامات انتخاب انجام شده است تا رتبه‌بندی مستقیم عملکرد آنها.

چگونه ارزیابی کنیم Kinghelm KH-(868)-J505-JB

La Kinghelm KH-(868)-J505-JB ممکن است ارزش ارزیابی داشته باشد که دستگاه بتواند یک آنتن لاستیکی خارجی و رابط SMA آن را در خود جای دهد. قبل از انتخاب آن، تأیید کنید که کانکتور، چیدمان نصب، فضای خالی موجود و باند عملیاتی مورد نظر با الزامات دستگاه مطابقت دارد.

مشخصات RF منتشر شده آن، مبنای اولیه‌ای برای غربالگری فراهم می‌کند، اما نباید آنها را به عنوان تضمین عملکرد در هر نصب در نظر گرفت. نتیجه نهایی به چیدمان تغذیه، ساختارهای رسانای اطراف، جهت آنتن و محیط استقرار بستگی دارد. مستندات فعلی محصول را تأیید کنید و آنتن را تحت شرایط عملیاتی نماینده ارزیابی کنید.

استفاده از یک محصول مرجع خارجی

TE Connectivity ANT-868-HETH رویکرد یکپارچه‌سازی متفاوتی را ارائه می‌دهد: یک تک‌قطبی مارپیچی نصب‌شده از طریق سوراخ/زبانه. این رویکرد زمانی می‌تواند مرتبط باشد که طرح PCB برای آن سبک نصب طراحی شده باشد و پیکربندی صفحه زمین مورد نیاز قابل تطبیق باشد.

نباید فرض شود که اندازه و روش نصب آن با ... مطابقت دارد. Kinghelm آنتن SMA خارجی. محصول TE برای نشان دادن چگونگی تفاوت ساختارهای آنتن ارائه شده است، نه به این معنی که این دو محصول جایگزین مستقیم یکدیگر هستند.

قبل از تعویض آنتن موجود، چه مواردی را باید بررسی کرد؟

هنگام ارزیابی یک آنتن جایگزین، مهندسان و تیم‌های خرید باید قبل از تأیید تغییر، سه مورد را بررسی کنند:

• سازگاری مکانیکی: کانکتور، روش نصب، فضای موجود، ارتفاع آنتن و فاصله از سطح زمین.
• سازگاری الکتریکی: محدوده فرکانس کاری، امپدانس اسمی، آرایش تغذیه و الزامات تطبیق.
• عملکرد در سطح سیستم: تطبیق، عملکرد تابشی و عملکرد ارتباطی در دستگاه نهایی.

همچنین تأیید کنید که برگه اطلاعات فنی فعلی، نقشه مکانیکی و اطلاعات انطباق مربوطه با شماره قطعه دقیق ذکر شده مطابقت دارند. آنتن‌هایی با ساختارها یا رابط‌های متفاوت نباید بدون تأیید به عنوان جایگزین مستقیم در نظر گرفته شوند.

پس از اینکه یک کاندیدا بررسی‌های اولیه مشخصات و سازگاری را با موفقیت پشت سر گذاشت، گام بعدی تأیید رفتار آن در کل دستگاه است، نه اینکه صرفاً به ارقام منتشر شده تکیه شود.

۵. اعتبارسنجی عملکرد آنتن در دستگاه نهایی

مشخصات منتشر شده برای انتخاب آنتن‌ها مفید هستند، اما نمی‌توانند عملکرد پس از نصب را به طور کامل پیش‌بینی کنند. یک محفظه فلزی، باتری، صفحه نمایش، کابل یا براکت نصب ممکن است امپدانس و رفتار تابشی را تغییر دهد. به همین دلیل، اعتبارسنجی آنتن باید بخشی از توسعه محصول باشد، نه یک بررسی نهایی که تا زمان تأیید تولید باقی بماند.

۱. بررسی الکتریکی

باند عملیاتی، S11 و VSWR را با یک تنظیم RF مناسب اندازه‌گیری کنید، سپس نتایج را با مشخصات آنتن مقایسه کنید. اگر رزونانس تغییر کرد یا تطابق خارج از محدوده مورد نیاز قرار گرفت، طرح، شبکه تطبیق و شرایط نصب را بررسی کنید.

۲. بررسی ادغام

اندازه‌گیری را با نصب نهایی PCB، صفحه زمین، محفظه، باتری، نمایشگر و قطعات رسانای اصلی تکرار کنید. پیکربندی مونتاژ شده مرجع مربوطه است زیرا ساختار اطراف می‌تواند بر رفتار آنتن تأثیر بگذارد.

۳. آزمایش تشعشع و پیوند

عملکرد تابشی و لینک ارتباطی واقعی را در جهت‌گیری‌ها و شرایط استقرار نمونه ارزیابی کنید. دستگاهی که در یک جهت‌گیری یا محیط آزمایش عملکرد خوبی دارد، ممکن است در نصب مورد نظر رفتار متفاوتی داشته باشد.

۴. آمادگی تولید

قبل از عرضه، الزامات زیست‌محیطی، مکانیکی و نظارتی را با مستندات محصول مطابقت دهید. در صورت لزوم، در مورد معیارهای پذیرش توافق کنید و نتایج آزمایش را برای تغییرات طراحی یا تأمین منابع در آینده نگه دارید.

این بررسی‌ها اهداف متفاوتی را دنبال می‌کنند. اندازه‌گیری VNA تطبیق ورودی را ارزیابی می‌کند، آزمایش عملکرد تابشی رفتار تابش را ارزیابی می‌کند و آزمایش پیوند، ارتباط را تحت شرایط نماینده بررسی می‌کند. هیچ‌کدام نمی‌توانند جایگزین دیگری شوند.

پس از بررسی آنتن انتخاب شده با توجه به طراحی مکانیکی و الزامات RF، وظیفه باقی مانده تأیید مناسب بودن محصول و ترتیبات تأمین آن برای پروژه است.

۶. چک لیست نهایی انتخاب آنتن ۸۶۸ مگاهرتز

قبل از تأیید آنتن، موارد زیر را با تیم‌های مهندسی و خرید بررسی کنید. این کار به اطمینان از این که قطعه انتخاب شده هم الزامات فنی دستگاه و هم نیازهای تدارکاتی پروژه را برآورده می‌کند، کمک می‌کند.

اطلاعاتی که باید قبل از درخواست پیش‌فاکتور یا نمونه آماده کنید

تهیه اطلاعات زیر می‌تواند ارزیابی محصول و ارتباط با تأمین‌کننده را کارآمدتر کند:

• محدوده فرکانس هدف و منطقه استفاده.
• فضای موجود برای PCB و محفظه، محدودیت ارتفاع آنتن و سبک نصب ترجیحی.
• کانکتور یا رابط تغذیه مورد نیاز، در صورت وجود.
• مدل آنتن فعلی و دلیل ارزیابی یک جایگزین، در صورتی که این یک پروژه جایگزینی باشد.
• کاربرد مورد انتظار، محیط نصب و معیارهای تست RF یا ارتباطات تعریف شده.
• مقدار مورد نیاز، زمان نمونه‌برداری، برنامه تولید هدف و الزامات مستندسازی.

این جزئیات به تعیین اینکه آیا یک کاندیدا از نظر مکانیکی مناسب است یا خیر و چه اطلاعات یا آزمایش‌هایی قبل از تأیید مورد نیاز است، کمک می‌کند. انتخاب نهایی همچنان باید بر اساس مستندات رسمی فعلی و اعتبارسنجی در دستگاه نهایی باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد Kinghelm KH-(868)-J505-JB، بررسی کنید صفحه محصول و اسناد فنی موجود. اگر نیاز به بحث در مورد نیاز به آنتن ۸۶۸ مگاهرتز، تأیید جزئیات محصول یا ارزیابی مناسب بودن برای یک کاربرد خاص دارید، به [لینک] مراجعه کنید. تماس با ما در Kinghelm وب سایت.