Alegerea antenei pentru aplicații celulare

6 NOIEMBRIE 2017

Selectarea celei mai bune antene înseamnă dispozitive mai bune. După selectarea furnizorului de module și a rețelei purtătoare, urmează selectarea antenei potrivite pentru aplicație.

Antenă – 900 MHz, Yagi, 8.1 dBi, N-female. Cod Digi: A09-Y8NF, utilizată cu familia de produse 9XTend, 9XStream și XBee-PRO XSC (900 MHz).

Firmele implicate în aplicații celulare nu dispun, în majoritatea cazurilor, de resursele necesare pentru a face optimizarea pe cont propriu și sunt obligate să aleagă partenerii antenei care o pot face pentru ei. Se pot comanda pentru aplicațiile specifice, antene custom design, la Digi International: www.digi.com/pdf/wds-antenna-design-ant108.pdf
Cum ar trebui aleasă antena potrivită pentru aplicația celulară? Ce factori trebuie luați în considerare și care sunt greșelile care trebuie evitate? Iată câteva puncte de luat în considerare:

Compatibilitate în rețea
Proiectați harta rețelei și alegeți tehnologia de rețea /comunicație cu care se va lucra. Majoritatea aplicațiilor includ una sau o combinație de: Celular (GSM/TDMA/CDMA), 4G LTE (GSM/EDGE, UMTS / HSPA), 802.11 Wi-Fi, 802.15.4 (ZigBee, Thread, WirelessHART, 6LoWPAN, LPWA), Bluetooth și BLE (Bluetooth Low Energy), tehnologii GNSS pentru servicii de localizare și timing; sau rețelele de tip satelit, cum ar fi Iridium sau Orbcomm https://www.orbcomm.com. Toate rețelele fără fir utilizează o gamă de frecvențe dedicată, pe care antena trebuie să o acopere. Verificați specificațiile antenei pentru a vă asigura că antena acoperă frecvențele modemului. Consultați experții: de rețea purtătoare, furnizorul de module, furnizorul de antenă, laboratoarele de testare.

O reprezentare abstractă a relației dintre câștig și mo­de­lul de radiație 3D. Modelul de radiație pentru o antenă verticală e, în esență, o formă de gogoașă de energie în jurul antenei. Secțiunile transversale pentru 3 dB, 6 dB și 9 dB arată că, cu cât câștigul este mai mare, modelul de radiație se aplatizează într-un disc (antena de câștig 9 dB).

Câștigul antenei
Se referă la capacitatea antenei de a se concentra pe semnalul radiat, pentru a crește acoperirea rețelei.

Relația dintre câștig și modelul de radiație 3D pentru o antenă Yagi.

Acest lucru este deosebit de relevant pentru rețelele celulare și tehnologiile de scurtă distanță, cum ar fi WiFi sau Zigbee, unde gama de emisii este limitată. (Spre deosebire de rețelele de satelit cu acoperire globală). Cu cât câștigul antenei este mai mare, cu atât distanța față de sursa de emisie este mai mare. Rețineți însă că acest câștig nu este singurul factor care influențează perfor­manța antenei. Modelul 3D al recepției (determinat de forma antenei) este alt factor important – prin urmare, testați pe teren câteva tipuri de antene. Performanța antenei este, de asemenea, extrem de dependentă de condițiile de mediu, deci ar fi bine să testați în diverse condiții!

Forma corpului / opțiune de montare
Calitățile fizice ale antenei, cum ar fi forma corpului și opțiunile de montare pot părea superficiale, dar ele au repercusiuni importante asupra performanței aplicației și pot să se traducă în supra costuri.
Dimensiunea contează. Cu cât antena este mai mare, cu atât antena este mai bună. Dimensiunea permite antenei să aibă o lărgime de bandă mai mare, un câștig mai mare și o eficiență mai bună. Rețineți că fiecare rețea are proprietățile sale și acestea vor afecta funcția antenei.

Mediul de lucru și modul de montare: antena se poate monta în exterior (expusă la umezeală, variații de temperatură) sau în interior. Montarea se poate face: cu adeziv pe o suprafață, direct prin conector, integrare pe un PCB sau în carcasa unui aparat, magnetic pe un acoperiș, într-o stație de bază dintr-o clădire sau pe birou, cu șurub pe o caroserie, pe o clădire sau stâlp.

Antenă – 900 MHz, Yagi, 11.1 dBi, N-female. Cod Digi: A09-Y11NF, utilizată cu familia de produse 9XTend, 9XStream și XBee-PRO XSC (900 MHz).

Model constructiv: Bracket mount, Ceramic path, Dielectric, Dipole, Low Profile, Panel, Parabolic, Patch, PCB, PIFA, Puck, Shark Fin, Stubby, T-Bar, Whip, Yagi.

Conector, tip: male / female din tipurile BNC, Fakra, FME, GSC, Ipex, MCD, MCX, MMCX, N-Type, SMA, SMB, Solder, Stripped and Tinned, TNC, uFL.

Câteva opțiuni pe care trebuie să le rețineți:
Antenele cu unghi drept sunt antene mici, simplu de montat, prin înșurubare direct în modem. Sunt o opțiune excelentă pentru utilizarea internă, acolo unde recepția nu este o problemă.

Antenele cu profil redus ca un puc de hochei sunt adesea folosite pentru aplicații în vehicule și în zonele publice ocupate (cum ar fi soluțiile digitale de semnalizare și chioșcurile) în cazul în care antena ar putea fi expusă la deteriorare. Se fixează ușor cu plăcuțe adezive magnetice, securizate suficient pentru a fi utilizate pe vehicule, fie opțiuni de montare mai sigură cu șurub (necesită găurirea carcasei).

Antenele de tip vergea sau tijă (whip) vor oferi, în general, cea mai mare performanță și nu necesită montarea pe o suprafață plană pentru a funcționa corespunzător. Oferă o mai mare flexibilitate atunci când lucrați în medii dificile, cum ar fi bărcile și stâlpii electrici.

Bază Antenă – conector SMA Cod Digi: 76000955, cablu RG58, 3m, montare magnetică.

Antene cu alte forme includ antenele montate pe panouri (plate și proiectate pentru a fi montate pe un perete orizontal) sau dom (carcasă din material transparent la unde radio) proiectate pentru apli­cații specifice. Luați în considerare ce se utilizează în alte aplicații similare pentru a vă ajuta în alegere.

Cablul se alege cât mai scurt posibil. Cu cât conducția este mai lungă, cu atât se pierde mai mult semnal. Evitați extinderea cablurilor prin conectarea unui cablu prelungitor, deoarece conectoarele reprezintă o altă cauză de pierdere de semnal.

Caracteristicile antenei
Impedanța antenei. Impedanța unei antene este rezistența reală plus reactanța care apar la bornele antenei. Capacitatea și inductanța sunt hotărâte de dimensiunile și forma antenei. Transferul de putere maximă va avea loc atunci când impedanțele sursei și antenei se potrivesc. Semnalele de frecvență radio sunt conduse de cabluri electrice între emițătoare / receptoare și antenele respective. Dacă impedanțele sunt diferite (nepotrivite), atunci o parte din puterea trimisă antenei va fi reflectată înapoi în sarcină sau pierdută prin căldură.
Antena RF, în industrie, are impedanța de 50Ω. Majoritatea circuitelor integrate sunt concepute pentru o sarcină de 50Ω.
Producătorii de antene proiectează și caracterizează frecvent antenele la 50Ω.

Stânga: Antenă Cellular, 3G/4G/LTE, 3dBi, SMA male. Cod Digi: 76000926. Dreapta: Antenă 868 MHz half wave, 2.1 dBi, RPSMA male. Cod Digi: A08-HASM-560

Eficiența. O parte din puterea capturată sau emisă se pierde datorită componentei rezistive a antenei. De aceea se aleg materiale cu rezistență cât mai mică. Eficiența este măsurată prin cantitatea de ener­gie introdusă în antenă, care devine radiată în spațiu liber. O parte din semnalul trimis de emițător antenei este radiat sub forma de unde radio – unde directe. Diferența ce nu este radiată și se întoarce înapoi către emițător reprezintă undele reflectate.

Cu cât apar mai multe unde reflectate, cu atât eficiența e mai mică. Undele reflectate încarcă suplimentar finalul emițătorului ce se poate distruge. În plus, undele staționare pot produce perturbații (interferențe) altor servicii radio. Undele reflectate apar datorită neadaptării impedanței (emițător-cablu-antenă), materialelor de calitate proastă (conductoare, dielectric), nesimetrie, influența solului sau a cupolei vehiculului (la stații auto), temperatura mediului, cablu coaxial turtit, antenă de lungime incorectă. Impedanța antenei și parametrul VSWR (ce indică numeric efectul semnalului reflectat înapoi, dar și cât de bine este potrivită impedanța antenei la emițător sau linia de transmisie la care este conectată) la frecvența centrală joacă un rol important în măsurare eficienței.
www.antenna-theory.com/definitions/vswr.php

Rezonanța antenei. Punctul de rezonanță al antenei (frecvența centrală de operare) și lărgimea de bandă sunt doi factori importanți și sunt menționați pentru orice antenă. Punctul de rezonanță este frecvența la care antena apare pur rezistivă (reactanța capacitivă și cea inductivă se anulează reciproc).
Lărgimea de bandă arată cât poate să opereze eficient la un anumit design.

Directivitatea antenei și factorul câștig de putere (Gain). În funcție de formă și de poziționarea elementelor antenei, aceasta poate avea o emisie de radiație specifică de câmp electromagnetic cu componente în trei dimensiuni.
Directivitatea măsoară gradul în care radiația emisă este concentrată într-o singură direcție. O antenă omnidirecțională radiază aproximativ egal în toate direcțiile. Puterea radiată rămasă după disiparea unei părți din putere pe partea rezistivă a antenei se consideră Gain, exprimat în dB. În funcție de design se poate radia un semnal cu putere maximă pe o direcție cerută. Dacă factorul Gain crește, va scădea lărgimea spațială a radiației.

NOTĂ. Directivitatea este o comparație a formei mo­delului de radiație al antenei testate cu un model de radiație de referință. Cel mai frecvent, referința ar fi modelul sferic perfect al modelului izotrop. Unitățile acestei măsurări sunt decibeli relativ la modelul izotrop sau dBi. O antenă dipol este, de asemenea, utilizată ca referință, caz în care unitățile sunt exprimate în dBd (decibeli în raport cu dipolul). Un dipol are un câștig de 2,15dB peste izotrop sau dBi = dBd + 2,15dB. Atunci când se compară câștigurile, este important să notați dacă câștigul este exprimat în dBd sau dBi și convertit corespunzător.

Ecas Electro  |   www.ecas.ro

ECAS Electro ( www.ecas.ro) este distribuitor autorizat al Digi International Inc. ( www.digi.com)

Detalii tehnice și comerciale: birou.vanzari@ecas.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *