Une antenne est un convertisseur d'énergie qui transforme les ondes guidées se propageant sur une ligne de transmission en ondes électromagnétiques se propageant dans un milieu non limité, ou vice versa. En ce qui concerne la conception d'un émetteur-récepteur sans fil de faible puissance et de courte portée à 2,4 GHz utilisé dans un système de radiofréquences, la conception et la sélection de l'antenne constituent un élément important. Un excellent système d'antenne peut optimiser la distance de communication. Il existe de nombreux types d'antennes 2,4 GHz, et différentes applications nécessitent différentes antennes.
Introduction aux antennes
Pour garantir la puissance de transmission de l'antenne, la longueur de l'antenne est approximativement égale à 1/4 de la longueur d'onde de l'onde électromagnétique. Par conséquent, plus la fréquence du signal est basse, plus la longueur d'onde est grande et plus la longueur de l'antenne est importante ; plus la fréquence du signal est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus la longueur de l'antenne est faible. La bande de fréquences 2,4 GHz couramment utilisée a une fréquence élevée, une longueur d'onde courte et une longueur d'antenne courte. Des antennes internes ou externes peuvent être utilisées. Les antennes plus courtes, telles que 1/8 de longueur d'onde ou 1/16 de longueur d'onde, peuvent également être utilisées normalement, mais la puissance sera réduite. Certains appareils utilisent la méthode "antenne courte LNA", qui permet également d'obtenir l'effet de réception d'une antenne longue. Toutefois, pour qu'une antenne courte ait le même effet d'émission qu'une antenne longue, la puissance d'émission doit être augmentée. Par conséquent, les talkies-walkies doivent émettre des signaux, qui sont tous des antennes externes longues, alors que les radios FM ne font que recevoir et non émettre, et sont dotées d'antennes de réception intégrées. Par exemple, 2G (900MHz), 4G (700-2600MHz), WIFI et Bluetooth (2.4GHz), GPS (1.5GHz), ces méthodes de communication IoT courantes peuvent être utilisées comme antennes intégrées.
Pour les produits de petite taille tels que les appareils portables, les vêtements et les maisons intelligentes, les antennes externes sont rarement utilisées et les antennes intégrées le sont couramment. Le niveau d'intégration est élevé, l'apparence du produit est plus belle, et la fonction est légèrement plus faible que celle de l'antenne externe. L'internet des objets et les produits matériels intelligents nécessitent des antennes pour transmettre des données sur l'internet. Plus l'espace est réduit et plus il y a de bandes de fréquences, plus la conception de l'antenne est complexe. Les antennes externes sont généralement des produits standard. Si vous en achetez une avec la bande de fréquence appropriée, aucun débogage n'est nécessaire, il suffit de la brancher et de la faire fonctionner. Par exemple, les cabines express et les distributeurs automatiques utilisent généralement des antennes externes magnétiques, qui peuvent être fixées à la coque en fer. Ces antennes ne peuvent pas être placées à l'intérieur d'une armoire métallique. Le métal bloque le signal de l'antenne, de sorte qu'elles ne peuvent être placées qu'à l'extérieur. L'avantage de ce système est qu'il est facile à utiliser et bon marché, mais l'inconvénient est qu'il ne peut pas être utilisé pour des produits à petite échelle.
Catégorie d'antenne
Comment choisir l'antenne 2.4GHz qui convient le mieux à votre équipement émetteur-récepteur sans fil parmi les nombreuses antennes 2.4GHz ? Ensuite, nous allons présenter comment sélectionner correctement une antenne 2,4GHz à travers la classification et la comparaison de la classification des antennes 2,4GHz. Les antennes utilisées dans la bande de fréquence 2,4GHz comprennent principalement les antennes en céramique, les antennes PCB et les antennes à ressort. Les antennes en céramique et les antennes PCB sont des antennes internes, et les antennes à ressort sont des antennes externes.
(1) Antenne en céramique
Le principe de fonctionnement des antennes céramiques est d'utiliser les satellites GPS pour compléter la navigation et le positionnement, et la tâche principale du récepteur de l'utilisateur est d'extraire les codes de bruit pseudo-aléatoire et les codes de données dans les signaux satellites pour calculer la position, la vitesse et l'heure de la porteuse du récepteur (PVT) et d'autres informations de navigation, le principe de l'antenne céramique peut être divisé en deux parties : l'une est l'antenne émettrice, l'autre l'antenne réceptrice. Les antennes générales sont réversibles et peuvent être utilisées à la fois comme antenne d'émission et comme antenne de réception. En termes simples, l'antenne d'émission en céramique convertit le champ électrique à haute fréquence formé entre l'antenne et le sol en ondes électromagnétiques par l'intermédiaire d'une électrode appelée "antenne", de sorte qu'elle peut être émise et transmise à un endroit éloigné. Pour simplifier, l'antenne réceptrice en céramique utilise une électrode appelée "antenne" pour induire les ondes électromagnétiques de l'air en un champ électrique, générer un signal haute fréquence et l'envoyer au récepteur pour le traitement du signal. Un amplificateur haute fréquence à faible bruit est utilisé dans la conception de l'unité d'antenne en céramique afin d'atténuer l'impact du bruit thermique de l'antenne et des circuits de l'unité précédente sur les performances du récepteur. La fonction de l'antenne en céramique est de transformer l'énergie des ondes électromagnétiques du signal radio transmis par le satellite. Les dispositifs électroniques de remplacement peuvent absorber le courant utilisé, c'est pourquoi la taille et la forme de l'antenne sont très importantes, car elles déterminent la capacité de l'antenne céramique à obtenir des signaux d'ondes électromagnétiques puissants.
L'antenne céramique est une antenne miniaturisée adaptée aux dispositifs Bluetooth. Les antennes céramiques les plus couramment utilisées dans les produits IoT sont les antennes céramiques GPS, Bluetooth et GSM. Les antennes céramiques sont divisées en antennes céramiques à blocs et en antennes céramiques multicouches. L'antenne bloc utilise une température élevée pour fritter l'ensemble du corps en céramique en une seule fois, puis la partie métallique de l'antenne est imprimée sur la surface du bloc en céramique. L'antenne multicouche utilise une méthode de co-cuisson à basse température. Les céramiques multicouches sont empilées et alignées, puis frittées à haute température. Par conséquent, le conducteur métallique de l'antenne peut être imprimé avec précision sur chaque couche diélectrique en céramique en fonction des exigences de conception. Il est ainsi possible de réduire efficacement la taille de l'antenne et d'atteindre l'objectif de dissimulation de l'antenne.
La constante diélectrique de la céramique étant plus élevée que celle des circuits imprimés, l'utilisation d'une antenne en céramique permet de réduire efficacement la taille de l'antenne. En termes de perte diélectrique, le support céramique est également plus petit que la perte diélectrique des cartes de circuits imprimés, de sorte qu'il convient parfaitement à une utilisation dans des modules Bluetooth à faible consommation d'énergie. La taille de l'antenne céramique est généralement de 1210 et l'emballage est approprié, et l'effet est plus fort que l'antenne embarquée. Elle est également plus pratique à utiliser. Elle possède généralement des broches d'accès ANT et des broches de mise à la terre. Lors de la conception du circuit imprimé, il faut prévoir un espace libre autour de l'antenne et veiller à ne pas appliquer de cuivre. Par ailleurs, lorsque vous utilisez des antennes en céramique, vous devez également faire attention au problème d'adaptation du circuit d'équilibrage. Si un circuit intégré dédié est utilisé, il est préférable de laisser le fabricant tester l'adaptation du circuit équilibré et de l'antenne en céramique. Si l'adaptation n'est pas bonne, cela affectera également la fonction de l'antenne.
Les avantages des antennes en céramique sont qu'elles prennent très peu de place et qu'elles ont des fonctions relativement bonnes. L'inconvénient est qu'il est difficile d'obtenir plusieurs bandes de fréquences, et donc d'utiliser les antennes dans les produits 4G. Les exigences en matière de dégagement du circuit imprimé sont relativement élevées et ne conviennent pas aux produits particulièrement compacts.
(2) Antenne PCB
L'antenne PCB désigne la partie du PCB utilisée pour la réception et la transmission sans fil. Lors de la transmission, elle convertit le courant haute fréquence de l'émetteur en ondes électromagnétiques spatiales ; lors de la réception, elle convertit les ondes électromagnétiques obtenues dans l'espace en courant haute fréquence et l'introduit dans le récepteur. Lors de l'utilisation d'une antenne PCB, vous devez également faire attention à l'adaptation du circuit balun. Si un circuit intégré dédié est utilisé, il est préférable de demander au fabricant de tester l'adaptation du circuit symétrique et de l'antenne PCB. Si l'adaptation n'est pas bonne, cela affectera également l'antenne. Fonctionnel.
De nombreuses antennes PCB sont utilisées sur les cartes de circuits imprimés de modules à bande unique tels que les modules Bluetooth, les modules WIFI et les modules ZIGBEE.
Il présente l'avantage de prendre moins de place, d'être peu coûteux, de ne pas devoir être assemblé séparément et de ne pas être susceptible d'être endommagé par contact. L'ensemble de la machine est facile à assembler, mais les performances sont sacrifiées. L'inconvénient est qu'un modèle de champ d'antenne unique est difficile à arrondir, que la perte d'insertion est élevée, que la puissance est relativement faible et qu'elle est facilement perturbée par la carte mère ; en même temps, elle ne convient qu'à une seule bande de fréquence, telle que Bluetooth et WiFi ; la performance de différents lots d'antennes PCB variera de manière erronée.
(3) Antenne externe
L'antenne externe est principalement connectée à l'antenne externe en soudant directement sur la broche de l'antenne (ANT), l'interface IPEX ou l'interface SMA. L'interface d'antenne IPEX et l'interface d'antenne SMA sont des interfaces utilisées comme circuits de radiofréquence et antennes et sont largement utilisées sur la carte unique des produits liés au réseau local sans fil.
Il existe de nombreux types d'antennes externes, telles que les antennes à ressort, les antennes FPC, les antennes courtes à coller, les antennes longues à plier, les antennes à ventouse et d'autres antennes externes. Les avantages des antennes externes sont un meilleur contrôle du champ, une faible perte d'insertion, une bonne directionnalité du signal, une puissance élevée, une forte capacité anti-interférence, ce qui peut réduire l'interférence de la carte mère, et ne nécessite pas trop de débogage et de mise en correspondance. En cas d'inadéquation entre l'émetteur-récepteur sans fil et l'antenne externe, il est également possible de remplacer directement l'antenne externe sans remplacer la carte de circuits imprimés ; l'inconvénient est que le coût est plus élevé et que l'assemblage est plus difficile.
Mots clés apparentés : Terminal de mesure et de contrôle à distance
