Antena – mała rzecz o dużym znaczeniu

Brak doświadczenia w realizacji projektów z antenami umieszczonymi wewnątrz obudowy urządzenia może być zniechęcający i prowadzić do braku optymalnych rezultatów. Niestety w tym zakresie często nie ma szybkich ani łatwych rozwiązań, ponieważ problemy z wydajnością mogą nie dotyczyć samego elementu antenowego, tylko całego środowiska. Ta niepewność co do powiązania działań i wyników oznacza, że anteny są często pomijane w rozważaniach i pozostawiane "na później" w procesie projektowania. Jednak, aby osiągnąć najlepszą wydajność projektu, wybór anteny i jej położenie w urządzeniu powinno być realizowane jako zadanie na samym początku pracy.

Anteny działają dobrze tylko w określonych pozycjach, dlatego podczas planowania rozkładu podzespołów należy nadać im priorytet nad resztą. Jeśli są źle umieszczone, natychmiast negatywnie wpływa to na wydajność komunikacji, a poza tym może dojść jeszcze do innych niekorzystnych korelacji.

Urządzenia komunikacji bezprzewodowej stale ewoluują i z każdą generacją stają się bardziej złożone i mniejsze. Obecnie wiele urządzeń jest wielkości smartfona lub mniejszych i ich tor radiowy działa z użyciem kilku zakresów częstotliwości i standardów komunikacji. Nakłada to jeszcze większą presję na konstrukcję anteny, która musi zapewnić wystarczającą izolację między każdym pasmem/kanałem komunikacyjnym i radzić sobie ze stale malejącą powierzchnią przeciwwagi dla radiatora anteny, której funkcję pełni powierzchnia masy na płytce drukowanej.

Stale rosnące wymagania

Objętość zajmowana przez podzespoły elektroniczne i moduły komunikacji bezprzewodowej w ostatnich latach znacznie się zmniejszyła, a jednocześnie zwiększyła się ich wydajność. Miniaturyzacja nie dotyczy anten w równie dużym stopniu ze względu na ich ograniczenia fizyczne. Oczywiście każdy producent oczekuje, aby najnowszy produkt był jednocześnie mały i wydajny w zakresie komunikacji bezprzewodowej na rynku. Dla projektantów jest to wielkie wyzwanie, gdyż na przekór tym oczekiwaniom stają zależności fizyczne związane z zagadnieniami propagacji fal radiowych.

Antena dipolowa, która jest coraz częściej stosowana w urządzeniach IoT, w celu zapewnienia optymalnej komunikacji ma dwa promienniki, podczas gdy większość anten dotychczas używanych wewnątrz obudowy ma zwykle konstrukcję monopolową (z jednym promiennikiem). W tym przypadku drugi element promieniujący stanowi płaszczyzna masy na PCB (nazywana też przeciwwagą) i ten element konstrukcyjny (mozaika projektu) ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajności anteny monopolowej i często bywa przyczyną słabych rezultatów i licznych niepowodzeń. Ważne jest to, że niewłaściwy projekt płytki i umiejscowienie promiennika nie są możliwe do poprawy później, po etapie projektowania. Właśnie dlatego firma Quectel oferuje klientom konsultacje dotyczące realizacji części wejściowej toru radiowego (RF front-end, RFFE) projektów na etapie kompozycji systemu, dostarczając szczegółowe informacje zwrotne na temat tego, czego można się spodziewać po danym układzie i wyborze oraz pomagając ograniczyć negatywne skutki i koszty związane z koniecznością przeprojektowania całej płytki na późnym etapie cyklu rozwojowego.

Dla zapewnienia dobrego działania antena i dołączony do niej układ dopasowania impedancji muszą zgodne ze specyfikacją transceivera. Korzystając z jednego dostawcy zarówno dla anteny, jak i modułu RF, ryzyko niepowodzenia można zmniejszyć, bo w dużej mierze będą to komponenty ze sobą zgodne.

Terminem RFFE (RF front end) określa się grupę elementów wejściowych toru w.cz. odbiornika, a więc antenę, układ dopasowujący oraz komponenty odpowiedzialne za obróbkę sygnału w.cz., takie jak wzmacniacz LNA i filtr pasmowo- przepustowy. Wszystkie one są istotne dla zapewnienia dobrego działania komunikacji, ale także połączenia między nimi muszą zostać poprawnie wykonane, tj. z dopasowaniem impedancji falowej. Nawet najlepsza antena, która zostanie źle podłączona, stworzy niewydajny tor radiowy. W przypadku korzystania z wielu dostawców (każdy element od innego producenta), pojawiają się problemy z zapewnieniem poprawnej pracy całości, a gdy problemy się pojawią, także z ustaleniem, kto jest za nie odpowiedzialny. Każdy producent może wskazać drugiego jako przyczynę wszelkich kłopotów.

Współpracując z jednym dostawcą, takim jak firma Quectel, projektant zyskuje pewność, że firma wie, w jaki sposób zbudować poprawnie działający tor radiowy i otrzyma kompetentną pomoc techniczną bez przerzucania odpowiedzialności na innych. Dodatkową korzyścią jest to, że jeśli budowane urządzenie wymaga uzyskania certyfikacji, to w tym przypadku nie jest to problem. Antena, moduł i połączenia między nimi odgrywają kluczową rolę w uzyskaniu takiej aprobaty. Ponownie, korzystanie z jednego dostawcy jest sposobem na szybkie pokonanie takich trudności, a także na uzyskanie dodatkowej pomocy w postaci wstępnych (tzw. pre-compliance) testów zgodności w laboratorium Quectela.

Ponieważ sukces rynkowy w świecie IoT jest często wynikiem szybkiego wprowadzenia na rynek produktu, który nagle stał się poszukiwany, oraz wynikiem optymalizacji kosztów, takie podejście jest korzystnym sposobem zapewnienia szybkiego rozwoju, jak i efektywności ekonomicznej. Ponadto budowanie bliższej współpracy partnerskiej z dostawcą oznacza, że można osiągnąć większą wydajność w porównaniu do pracy z dwoma oddzielnymi firmami, być może w różnych częściach świata.

O tym, czy projektowane urządzenie bezprzewodowe działa poprawnie, projektant dowiaduje się dopiero po zakończeniu projektu i przetestowaniu prototypów, stąd wszelkie problemy z torem radiowym lub niepowodzenie w uzyskaniu certyfikacji sieci muszą być rozwiązywane szybko i przy minimalnych modyfikacjach części sprzętowej. Ograniczenie dodatkowych kosztów pracy inżynierskiej i skrócenie czasu realizacji dzięki pracy z jednym zespołem wsparcia inżynierskiego, który dostarcza tutaj kluczowe komponenty, jest dużą pomocą.

Z punktu widzenia ekonomicznego im mniejsza liczba dostawców, tym mniej firma ma transakcji finansowych i spraw do zarządzania przy jednoczesnej maksymalizacji wolumenu i minimalizacji wydatków. Lepsza kontrola zapasów oraz jakość produktów i usług pomagają również usprawnić procesy i być bardziej wydajnym.

W fazie rozwoju mniejsza liczba dostawców pomaga nawiązać bliższą współpracę oraz budować zaufanie i lojalność, które mogą być szczególnie cenne w czasach problemów z alokacją komponentów. Obejmuje to także wczesny dostęp do informacji o nowych produktach i planach, dzięki czemu można szybciej wprowadzać na rynek nowości.

Sprawdzony dostawca

Soyter Components jest długoletnim partnerem firmy Quectel Wireless w Polsce, oferując rozwiązania dla komunikacji w sieciach komórkowych na lokalnym rynku od ponad 10 lat. Wysoka jakość rozwiązań, ich mnogość w portfelu produktowym oraz znakomite wsparcie techniczne przekonały już rzeszę zadowolonych klientów. Od ponad roku Quectel i Soyter wspólnie oferują rozwiązania antenowe, zarówno standardowe, jak i "customizowane". Na stronie internetowej Soyter.pl w szybki i wygodny sposób można zakupić anteny Quectel do testów. Dostępne są dla różnych technologii, zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne, z wieloma sposobami montażu. Specjaliści firmy upewnią się, czy produkt spełnia oczekiwania, a projekt przebiega bezproblemowo.

Soyter Components
tel. 22 752 82 55
www.soyter.pl