L'antenna è un convertitore di energia che converte le onde guidate che si propagano su una linea di trasmissione in onde elettromagnetiche che si propagano in un mezzo non limitato o viceversa. Per quanto riguarda la progettazione di un dispositivo ricetrasmettitore wireless a bassa potenza e a corto raggio a 2,4 GHz utilizzato in un sistema a radiofrequenza, la progettazione e la selezione dell'antenna sono una parte importante. Un sistema di antenna eccellente può ottimizzare la distanza di comunicazione. Esistono molti tipi di antenne a 2,4 GHz e le diverse applicazioni richiedono antenne diverse.
Introduzione all'antenna
Per garantire la potenza di trasmissione dell'antenna, la lunghezza dell'antenna è pari a circa 1/4 della lunghezza d'onda dell'onda elettromagnetica. Pertanto, più bassa è la frequenza del segnale, maggiore è la lunghezza d'onda e maggiore è la lunghezza dell'antenna; più alta è la frequenza del segnale, minore è la lunghezza d'onda e minore è la lunghezza dell'antenna. La banda di frequenza comunemente utilizzata a 2,4 GHz ha una frequenza elevata, una lunghezza d'onda breve e una lunghezza d'antenna ridotta. È possibile utilizzare antenne interne o esterne. È possibile utilizzare anche antenne più corte, come quelle di 1/8 o 1/16 di lunghezza d'onda, ma la potenza sarà ridotta. Alcuni dispositivi utilizzano il metodo dell'"antenna corta LNA", che consente di ottenere l'effetto di ricezione di un'antenna lunga. Tuttavia, affinché un'antenna corta possa ottenere lo stesso effetto di trasmissione di un'antenna lunga, è necessario aumentare la potenza di trasmissione. Pertanto, i walkie-talkie hanno bisogno di trasmettere segnali, e sono tutti dotati di lunghe antenne esterne, mentre le radio FM ricevono soltanto, ma non trasmettono, e sono dotate di antenne riceventi integrate. Ad esempio, 2G (900MHz), 4G (700-2600MHz), WIFI e Bluetooth (2,4GHz), GPS (1,5GHz), questi comuni metodi di comunicazione IoT possono essere utilizzati come antenne integrate.
Per i prodotti di piccole dimensioni, come i dispositivi palmari, i progetti indossabili e le case intelligenti, le antenne esterne sono raramente utilizzate e vengono comunemente impiegate antenne integrate. Il livello di integrazione è elevato, l'aspetto del prodotto è più bello e la funzione è leggermente più debole rispetto all'antenna esterna. L'Internet delle cose e i prodotti hardware intelligenti richiedono antenne per trasmettere dati su Internet. Quanto più piccolo è lo spazio e quanto più numerose sono le bande di frequenza, tanto più complessa sarà la progettazione dell'antenna. Le antenne esterne sono generalmente prodotti standard. Se ne acquistate una con la banda di frequenza appropriata, non è necessario eseguire il debug, ma è sufficiente collegarla. Ad esempio, gli armadietti express e i distributori automatici utilizzano generalmente antenne esterne magnetiche, che possono essere attaccate al guscio di ferro. Queste antenne non possono essere collocate all'interno di un armadio metallico. Il metallo blocca il segnale dell'antenna, quindi possono essere collocate solo all'esterno. Il vantaggio è che è facile da usare e poco costoso, ma lo svantaggio è che non può essere utilizzato in prodotti di piccole dimensioni.
Categoria di antenna
Come scegliere l'antenna a 2,4 GHz più adatta al vostro ricetrasmettitore wireless tra le tante antenne a 2,4 GHz? A seguire, illustreremo come selezionare correttamente un'antenna a 2,4 GHz attraverso la classificazione e il confronto delle antenne a 2,4 GHz. Le antenne utilizzate nella banda di frequenza a 2,4 GHz comprendono principalmente antenne in ceramica, antenne a circuito stampato e antenne a molla. Le antenne in ceramica e le antenne PCB sono antenne interne, mentre le antenne a molla sono antenne esterne.
(1) Antenna in ceramica
Il principio di funzionamento delle antenne in ceramica è quello di utilizzare i satelliti GPS per completare la navigazione e il posizionamento, e il compito principale del ricevitore dell'utente è quello di estrarre i codici di rumore pseudocasuale e i codici di dati nei segnali satellitari per calcolare ulteriormente la posizione, la velocità e il tempo della portante del ricevitore (PVT) e altre informazioni di navigazione, il principio dell'antenna in ceramica può essere diviso in due parti: una è l'antenna di trasmissione e l'altra è l'antenna di ricezione. Le antenne generiche sono reversibili e possono essere utilizzate contemporaneamente come antenna trasmittente e ricevente. In poche parole, l'antenna ceramica trasmittente converte il campo elettrico ad alta frequenza che si forma tra l'antenna e il terreno in onde elettromagnetiche attraverso un elettrodo chiamato "antenna", in modo da poterle emettere e trasmettere a distanza. In parole povere, l'antenna ricevente in ceramica utilizza un elettrodo chiamato "antenna" per indurre le onde elettromagnetiche dell'aria in un campo elettrico, generare una tensione di segnale ad alta frequenza e inviarla al ricevitore per l'elaborazione del segnale. Nella progettazione dell'antenna ceramica si utilizza un amplificatore ad alta frequenza e a basso rumore per ridurre l'impatto del rumore termico dell'antenna e dei circuiti dell'unità precedente sulle prestazioni del ricevitore. La funzione dell'antenna in ceramica è quella di trasformare l'energia delle onde elettromagnetiche del segnale radio trasmesso dal satellite. I dispositivi elettronici di ricambio possono assorbire la corrente utilizzata, quindi le dimensioni e la forma dell'antenna sono molto importanti, perché determinano la capacità dell'antenna ceramica di ottenere forti segnali di onde elettromagnetiche.
L'antenna in ceramica è un'antenna miniaturizzata adatta all'uso nei dispositivi Bluetooth. Le antenne in ceramica più comunemente utilizzate nei prodotti IoT sono le antenne in ceramica GPS, Bluetooth e GSM. Le antenne ceramiche si dividono in antenne ceramiche a blocco e antenne ceramiche multistrato. L'antenna a blocco utilizza l'alta temperatura per sinterizzare l'intero corpo ceramico in una sola volta, quindi la parte metallica dell'antenna viene stampata sulla superficie del blocco ceramico. L'antenna multistrato utilizza un metodo di co-cottura a bassa temperatura. Le ceramiche multistrato vengono impilate e allineate e poi sinterizzate ad alta temperatura. Pertanto, il conduttore metallico dell'antenna può essere stampato con precisione su ogni strato dielettrico ceramico in base ai requisiti di progettazione. In questo modo è possibile ridurre efficacemente le dimensioni dell'antenna e raggiungere lo scopo di nascondere l'antenna.
Poiché la costante dielettrica della ceramica è superiore a quella del circuito stampato, l'uso dell'antenna in ceramica consente di ridurre efficacemente le dimensioni dell'antenna. Anche in termini di perdita dielettrica, il supporto ceramico è più piccolo della perdita dielettrica dei circuiti stampati, quindi è molto adatto all'uso nei moduli Bluetooth a basso consumo. Le dimensioni dell'antenna in ceramica sono generalmente di 1210 e la confezione è appropriata, e l'effetto è maggiore rispetto all'antenna a bordo. È anche più comoda da usare. Di solito è dotata di pin di accesso ANT e di pin di terra. Quando si progetta la scheda, è necessario lasciare uno spazio libero intorno all'antenna e prestare particolare attenzione a non applicare rame. Allo stesso tempo, quando si utilizzano antenne in ceramica, è necessario prestare attenzione al problema dell'accoppiamento del circuito balun. Se si utilizza un circuito integrato dedicato, è meglio lasciare che il produttore verifichi l'abbinamento tra il circuito bilanciato e l'antenna ceramica. Se l'accoppiamento non è buono, anche il funzionamento dell'antenna ne risentirà.
I vantaggi delle antenne in ceramica sono che occupano poco spazio e hanno funzioni relativamente buone. Lo svantaggio è che è difficile ottenere bande di frequenza multiple, quindi è difficile utilizzarle nei prodotti 4G. I requisiti di ingombro del circuito stampato sono relativamente elevati e non sono adatti a prodotti particolarmente compatti.
(2) Antenna PCB
L'antenna PCB si riferisce alla parte del PCB utilizzata per la ricezione e la trasmissione wireless. In trasmissione, converte la corrente ad alta frequenza del trasmettitore in onde elettromagnetiche spaziali; in ricezione, converte le onde elettromagnetiche ottenute dallo spazio in corrente ad alta frequenza e le immette nel ricevitore. Quando si utilizza un'antenna su circuito stampato, è necessario prestare attenzione anche all'abbinamento del circuito balun. Se si utilizza un circuito integrato dedicato, è meglio chiedere al produttore di testare l'abbinamento tra il circuito bilanciato e l'antenna PCB. Se l'accoppiamento non è buono, anche l'antenna ne risentirà. Funzionale.
Molte antenne per circuiti stampati sono utilizzate su circuiti stampati di moduli a banda singola, come moduli Bluetooth, moduli WIFI e moduli ZIGBEE.
I vantaggi sono che occupa meno spazio, è a basso costo, non deve essere assemblato separatamente e non è facile che venga danneggiato dal contatto. L'intera macchina è facile da assemblare, ma sacrifica le prestazioni. Lo svantaggio è che il modello di campo di una singola antenna è difficile da arrotondare, la perdita di inserzione è elevata, la potenza è relativamente bassa ed è facilmente interferita dalla scheda madre; allo stesso tempo, è adatta solo per una singola banda di frequenza, come Bluetooth e WiFi; le prestazioni di diversi lotti di antenne PCB variano per errore.
(3) Antenna esterna
L'antenna esterna è collegata principalmente all'antenna esterna mediante saldatura diretta sul pin dell'antenna (ANT), interfaccia IPEX o interfaccia SMA. L'interfaccia dell'antenna IPEX e l'interfaccia dell'antenna SMA sono interfacce utilizzate come circuiti a radiofrequenza e antenne e sono ampiamente utilizzate. sulla scheda singola dei prodotti correlati alla LAN wireless.
Esistono molti tipi di antenne esterne, come le antenne a molla, le antenne FPC, le antenne corte a colla, le antenne lunghe pieghevoli, le antenne a ventosa e altre antenne esterne. I vantaggi delle antenne esterne sono un migliore controllo del campo, una bassa perdita di inserzione, una buona direzionalità del segnale, un'elevata potenza, una forte capacità anti-interferenza, che può ridurre le interferenze dalla scheda madre e non richiede un'eccessiva attività di debug e matching. In caso di mancata corrispondenza tra il dispositivo ricetrasmettitore wireless e l'antenna esterna, è possibile risolvere il problema sostituendo direttamente l'antenna esterna senza sostituire la scheda PCB; lo svantaggio è che il costo è maggiore e l'assemblaggio è più complicato.
Parole chiave correlate: Terminale di misura e controllo a distanza
