. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Antény pro malé bezdrátové systémy
31. října 2013 - 4:13 | Pandatron | Antény pro malé bezdrátové systémy | Komentářů: 2  

Antény pro malé bezdrátové systémy

Přehled základních typů a vlastností nejčastěji používaných antén pro malé, bateriově napájené bezdrátové systémy, pracující ve frekvenčním pásmu 433 či 866 MHz.

Dalo by se říct, že právě antény jsou tím základním prvkem každého bezdrátově komunikujícího zařízení, které, především v případě malých a bateriově napájených zařízení, jsou tím hlavním prvkem, určujícím jejich akční rádius a další parametry. Obvykle se však při návrhu podobných zařízení setkáváme s dvěma hlavními omezeními – každému je jasné, že bez kvalitní antény není přenos na delší vzdálenosti technicky možný, ale zároveň máme zájem o co nejmenší rozměry, hmotnost a samozřejmě i výrobní cenu celého zařízení. Navíc, u většiny prvků bezdrátových systémů tvoří antény hlavní prvek, který klade nejvyšší důraz na přesné matematické výpočty, modelování a optimalizaci.

Kromě toho jsou však vlastnosti každé antény silně závislé na mnoha dalších faktorech, jako je například dielektrická konstanta použitého materiálu, dostupnost otevřeného prostoru a poloha dalších prvků v daném místě. A konečně i samotné měření parametrů výsledných antén vyžaduje použití složitých a drahých zařízení, které ne vždy máme k dispozici.

Tento článek vychází z aplikační poznámky společnosti TeleControlli - výrobce bezdrátových komunikačních řešení a přináší základní pohled na jednotlivé typy antén, nejčastěji používaných v nízkopříkonových, bateriově napájených systémech.

Prutová anténa – čtvrtka
Snad nejjednodušším typem antén jsou tzv. prutové, nebo také „čtvrtinové“ antény. Tyto antény se zpravidla používají všude tam, kde je hlavním parametrem dosah.

Prutovou anténu obvykle tvoří rovný vodič o čtvrtině vlnové délky použité frekvence (obr. 1), připojené přímo k výstupu komunikačního obvodu (modulu), tedy RX/TX. Rezonanční délku v podobě čtvrtiny vlnové délky lze snadno spočítat podle vzorce:

L(cm) = 7500 / Freq. (MHz)

V případě frekvence 433,92 MHz se tedy jedná o 17 cm


Obr. 1: Prutová nebo také 1/4 anténa

Tento jednoduchý vzorec může sloužit jako výchozí bod pro všechny výpočty, přestože v praxi je optimální délka antény zkrácena v případě kdy se jedná o silnější provedení, nebo má anténa nějakou povrchovou úpravu. A naopak, pokud je na desce k dispozici pouze malá oblast společné zemní plochy, měla by být anténa o něco delší.

V každém případě je použití takové antény velmi snadné a i bez drahých měřicích přístrojů lze mírnou změnou její délky určit nejoptimálnější rozměry.

Pokud se vlastní anténa nachází mimo modul přijímače/vysílače, lze pro její připojení s výhodou použít libovolný koaxiální kabel s typickou impedancí 50 ohmů (obr. 2).


Obr. 2: Připojení prutové antény pomocí koaxiálního kabelu

Vnější stínění použitého koaxiálního kabelu musí být spojené se společnou zemí zařízení co nejblíže k místu, kde se nachází aktivní výstup signálu.

Prutová anténa může být také realizována přímo na desce s plošnými spoji (obr. 3).


Obr. 3: Realizace prutové antény na DPS

Celková délka antény by v tom případě měla být zhruba o 10 – 20 % menší, než vypočtená hodnota čtvrtiny vlnové délky - v závislosti na typu a tloušťce dielektrika DPS. Stejně tak v případě, kdy se jedná o přenosné zařízení, musí být celková délka antény snížena o kompenzaci účinku například ruky obsluhy.

Na DPS musí být anténa umístěna v dostatečné vzdálenosti od ostatních prvků, tedy ve vzdálenosti alespoň 5 mm.

Šroubovicová anténa
Šroubovicové antény jsou obvykle tvořeny navinutým segmentem ocelového, měděného nebo mosazného vodiče (obr. 4).


Obr. 4: Šroubovicová anténa

Vzhledem k poměrně vysoké kvalitě šroubovicových antén – Q, je jejich frekvenční pásmo poměrně úzké a vlastnosti antény jsou silně ovlivněny předměty v těsné blízkosti.

Počet závitů antény je závislý na průměru drátu, průměru antény a samozřejmě také vzdálenosti jednotlivých závitů. Nejjednodušším způsobem, jakým lze požadovaný počet závitů určit, je experimentální výroba antény větší délky a její postupné zkracování až do rezonance na požadované pracovní frekvenci. Jemné doladění antény je pak možné dodatečně provést pouhým stlačením nebo roztažení spirály.

Při prvním návrhu je možné vycházet ze základního provedení šroubovicové antény pro frekvenci 433,92 MHz, která by měla mít zhruba 17 závitů drátu o průměru 1 mm, navinutých na průměru 5 mm a roztažených na délku 30 mm.

Hlavní nevýhodou šroubovicových antén je již zmíněná nízká odolnost na předměty v jejím okolí, zejména ruku obsluhy. Tyto antény tedy nejsou příliš vhodné do přenosných zařízení a své uplatnění naleznou mnohem lépe ve stacionárních zařízeních, jako jsou čidla apod.

Smyčková anténa
Tzv. smyčkové antény se používají především v obvodech vysílačů a speciálně tam, kde je kladen rozhodující důraz na celkové rozměry a hmotnost zařízení. Smyčková anténa je totiž přímo součástí motivu DPS, což zároveň snižuje její výrobní cenu praktici na nulu (pomineme-li cenu DPS). Smyčková anténa je to proto, že jeden její konec je uzemněn a druhý je připojen k výstupu TX/RX (přes kondenzátor), viz. obr. 5. Kondenzátor pak kromě oddělení slouží také k doladění a vhodnému nastavení parametrů antény.


Obr. 5. Smyčková anténa

Další nespornou výhodou smyčkových antén je jejich dobrá odolnost vůči blízkým předmětům, jsou tedy vhodné i do přenosných zařízení a navíc jsou nezávislé na topologii společné země. Z tohoto důvodu jsou také tyto antény hojně využívány především v dálkových ovladačích pro otevírání brány, deaktivaci autoalarmu, atd.

Při návrhu smyčkových antén je však třeba vzít v úvahu především její malé rozměry, nízký zisk a velmi úzkou šířku pásma (anténa se dolaďuje kondenzátorem). V systému je tak velmi důležité především její správné a přesné nastavení. Pro doladění antény se obvykle používají buď pevné kondenzátory, nebo malé kapacitní trimry.

Srovnání různých typů antén:
Pokud bychom měli vše shrnout, můžeme jednoduše říct, že prutové antény mají sice největší fyzické rozměry, ale také zisk. Jejich použití je vhodné všude tam, kde je na prvním místě celkový dosah systému.

Šroubovicové antény představují dobrý kompromis, zejména v případech, kdy jsou pro nás rozhodující celkové rozměry zařízení, neboť jejich konstrukce umožňuje dosažení velmi kompaktního provedení. Jejich instalace a konfigurace je však mnohem náročnější než v případě klasických prutových antén, neboť jejich parametry jsou silně ovlivněny okolními předměty.


Tab. 1: Srovnání základních vlastností uvedených typů antén

Pro přenosné aplikace jsou mnohem vhodnější poslední jmenované, smyčkové antény. Ty však trpí svým poměrně malým výkonem a úzkým frekvenčním rozsahem.

Zdroj: TeleControlli







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (2):

Zobrazit starší 30 dnů (2)...

host
2. Dne 23. 01. 2016 v 14:06 zaslal host
rsa
roll :-P


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PSDR - SDR přijímač, modul
Modul digitálního (SDR) přijímače pro krátkovlnná pásma s výměnným krystalem. Dodáván s krystalem pro pásmo 80m (3,5 MHz)
Skladem od 529 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007