Для всех частот, протоколов и дальностей: антенны Molex

10 июля

системы безопасностиучёт ресурсовмедицинаавтоматизацияинтернет вещейуниверсальное применениеMolexстатьябеспроводные технологиипассивные ЭК и электромеханикаWiFiLTEGPSGLONASSInternet-of-ThingsNFCantennaCharging coilsPCB antennachip antennaMID-LDSFlexible antennaMIMO antenna

Вера Ефремова (г. Екатеринбург)

Несмотря на то, что антенны появились в номенклатуре известного производителя разъемов, компании Molex, не так давно, в ассортименте имеется полный спектр этих изделий: для протокола NFC, для беспроводной зарядки аккумуляторов; для протоколов связи 10-200 м. – Wi-Fi, Bluetooth, BLE, ZigBee, WirelessHART, Tread; для связи дальнего радиуса действия (сети LPWAN и ZWave); а также гибкие и керамические антенны для сетей сотовой связи и комбинированные антенны.

Внедрение беспроводных технологий во все сферы жизни и развитие рынка беспроводных гаджетов привело к значительному увеличению количества устройств, работающих в одном и том же диапазоне частот, а значительное расширение их функционала вызвало потребность в увеличении объемов и скорости передаваемых и принимаемых данных. Использование различных протоколов передачи данных в одном устройстве вынуждает размещать в корпусе несколько антенн разного типа либо комбинированную антенну.

В 2019 году началось активное развитие технологии 5G. Ее применение требует наличия нескольких высокооптимизированных антенн в одном устройстве для поддержки тактики передачи и обеспечения стабильной связи.

Все вышеперечисленное, наряду с тенденцией уменьшения размеров, веса и энергопотребления устройств, определяет потребность в более сложных, миниатюрных и прецизионных антеннах.

Компания Molex имеет большой опыт в производстве высококачественных ВЧ-разъемов. Не так давно в ассортименте компании появились также и антенны, при изготовлении которых используется современное производственное оборудование и технологии.

Сейчас компания усиленно инвестирует в исследования и разработки, касающиеся технологии 5G, активно сотрудничает с производителями устройств и предоставляет им поддержку в интеграции антенн 5G и согласующих компонентов.

Существует множество систем беспроводной связи для разных сфер применения. Несмотря на существенные различия используемых протоколов, в качестве одной из ключевых характеристик можно выделить дальность связи, которая в значительной мере определяется используемым частотным диапазоном и, как следствие, влияет на выбор применяемых антенн.

В разных странах для систем связи, использующих одни и те же протоколы, могут использоваться разные полосы частот. Это вызвано различиями в законодательстве по регулированию радиочастот. В России за распределение радиочастотного спектра отвечает Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ).

Рассмотрим системы связи ближнего радиуса действия (10…20 см), среднего радиуса действия (до 200 м), дальнего радиуса действия (до 50 км), а также глобальные системы связи.

Ближний радиус действия (10…20 см)

Протокол NFC

Устройства, поддерживающие протокол NFC, способны устанавливать связь на расстоянии до 20 см на скорости до 6780 бод, при этом время установления соединения не превышает 0,1 с.

Передача данных осуществляется между двумя рамочными антеннами посредством магнитной индукции в полосе частот 13,56…15,56 МГц (рисунок 1). Протокол NFC широко используется при проведении бесконтактных платежей, создании меток и идентификаторов, а также может применяться для передачи файлов между двумя устройствами.

Рис. 1. Антенны NFC производства компании Molex

Рис. 1. Антенны NFC производства компании Molex

Для связи по протоколу NFC компания Molex производит гибкие, снабженные адгезивным слоем антенны серии 146236. Если поверхность, на которую устанавливается антенна, является проводящей, необходимо использовать антенны с ферритовым слоем, позволяющим устранить возникающие эффекты интерференции.

Мощность антенн данной серии составляет 2 Вт, а диапазон рабочих температур -30…85°С.

Более подробно характеристики антенн разных серий рассмотрены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики антенн NFC производства компании Molex

Наличие ферритового слоя Наименование Размеры, ДхШхВ, мм Индуктивность
С ферритовым слоем 1462360151 15,00х15,00х0,27 2,10
1462360101 15,00х25,00х0,27 3,10
1462360111 23,00х27,00х0,27 3,00
1462360121 34,00х46,00х0,27 3,80
1462360131 45,00х55,00х0,27 3,50
Без ферритового слоя 1462360051 15,00х15,00х0,17 1,40
1462360001 15,00х25,00х0,17 2,00
1462360011 23,00х27,00х0,17 2,00
1462360021 34,00х46,00х0,17 2,60
1462360031 45,00х55,00х0,17 2,40
С ферритовым слоем и витой парой 1462362151 15,00х15,00х0,27 2,40
1462362101 15,00х25,00х0,27 3,30
1462362111 23,00х27,00х0,27 3,30
1462362121 34,00х46,00х0,27 4,20
1462362131 45,00х55,00х0,27 4,10

Системы беспроводной подзарядки аккумуляторов

Конечно, системы беспроводного заряда к системам связи можно отнести с большой натяжкой, однако они используют тот же принцип электромагнитной индукции, что и устройства NFC.

Компания Molex производит компактные катушки для беспроводной подзарядки аккумуляторов с самой высокой добротностью в отрасли, что означает ускоренное время заряда аккумулятора и меньший нагрев устройства (рисунок 2). Катушки выдерживают воздействия повышенной вибрации, влажности и температуры и могут применяться там, где использование традиционного зарядного устройства затруднительно.

Рис. 2. Катушки Molex для беспроводного заряда аккумуляторов

Рис. 2. Катушки Molex для беспроводного заряда аккумуляторов

В таблице 2 приведены некоторые характеристики катушек производства Molex. Более полные данные о характеристиках, а также особенности применения можно узнать из технической документации на конкретную катушку.

Таблица 2. Катушки для беспроводной зарядки аккумуляторов

Наименование Частоты Индуктивность, мкГн Размеры, мм
1461790001 100…300 кГц 17,3 Ширина: 50,0
Длина: 43,0
1461794011 Передатчик: 5,6
Приемник: 9,6
Диаметр передатчика: 27,0
Диаметр приемника: 25,1
1461794001 8,9 Ширина: 48,4
Длина: 65,5
1461791011 9,9 Ширина: 47,0
Длина: 40,0
1461791001 11,6 Ширина: 31,0
Длина: 43,0
1461798011 6,78 МГц 2,6 Диаметр: 26,5
1461798021 4,0 Диаметр: 35,02
1461798001 2,9 Ширина: 71,51
Длина: 56,30
1461792001 200 кГц 10,6 Ширина: 53,60
Длина: 64,70
6,78 МГц 1,3

Системы связи с радиусом действия 10…200 м

Системы связи с радиусом действия до нескольких сот метров чаще всего используются для построения так называемых сетей PAN (Personal Area Network), объединяющих в себе персональные устройства пользователя: телефоны, смартфоны, ноутбуки, различные гаджеты. Также сюда относятся системы связи, созданные в рамках концепции умного дома, используемые для подключения различных датчиков, измерителей и бытовых приборов.

Для построения сетей среднего радиуса действия используются такие протоколы как Wi-Fi, Bluetooth и Bluetooth Low Energy, ZigBee, WirelessHART, Tread. Рассмотрим их более подробно.

  • Технология Wi-Fi объединяет в себе несколько стандартов семейства IEEE11 и чаще всего используется для организации подключения беспроводных устройств к сети Ethernet. Для сетей стандарта IEEE 802.11 в России выделены 3 полосы частот: 2400…2483,5 МГц, 5150…5350 МГц, 5650…6425 МГц.
  • Технологии Bluetooth и Bluetooth Low Energy, ZigBee, WirelessHART, Tread основаны на семействе стандартов IEEE15 и работают в полосе частот 2400…2483,5 МГц. Протокол ZigBee может также работать на частотах субгигагерцевого диапазона. Разрешенные полосы частот различаются для разных стран. В России используется две полосы: 868,0…868,6 МГц и 870…876 МГц, а также полоса 433,05…434,79 МГц.
  • Bluetooth (BT) и Bluetooth Low Energy (BLE) используются для создания соединений топологии «точка-точка» и используются для управления различными гаджетами.
  • ZigBee, WirelessHART и Tread были созданы для реализации концепции умного дома и позволяют поддерживать не только простые топологии сети, такие как «точка-точка», «дерево» и «звезда», но и самоорганизующуюся ячеистую топологию с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений.

Для реализации связи с использованием вышеперечисленных технологий в каталоге компании Molex представлены чип-антенны (рисунок 3), гибкие и PCB-антенны, предназначенные для монтажа внутри корпуса, а также внешние антенны. Все антенны, приведенные в данном разделе, имеют волновое сопротивление 50 Ом, линейную поляризацию и рассчитаны на мощность 2 Вт.

Рис. 3. Чип-антенны диапазонов 2,4 и 5,15 ГГц

Рис. 3. Чип-антенны диапазонов 2,4 и 5,15 ГГц

Чип-антенны серий 146175 и 47948 изготовлены с применением технологии лазерной гравировки MID-LDS, позволяющей обеспечить высокую точность и повторяемость процессов. Антенны серий 206513, 206514, 211964 и 201932 выполнены из керамики.

Однополосные антенны с полосой частот 2,4..2,5 ГГц представлены сериями 47948 и 206513. Антенны серий 146175, 206514 и 211964 являются двухполосными, они рассчитанны на полосы частот 2,4…2,4835/5,15…5,85 ГГц. Антенны серии 211964 могут работать как в двухполосном режиме, так и в однополосном с лучшими характеристиками по потерям, усилению и КПД.

Характеристики вышеперечисленных антенн приведены в таблице 3.

Таблица 3. Чип-антенны диапазонов 2,4…2,4835/5,15…5,85 ГГц

Наименование 146175 47948 206513 206514 211964 201932
Частоты, ГГц 2,4…2,4835; 5,15…5,85 2,4…2,4835 2,4…2,4835 2,4…2,4835; 5,15…5,85 2,4…2,4835 (однополосный режим) 2,4…2,4835; 5,15…5,85 (двухполосный режим) 0,900…0,924; 2,4…2,4835; 5,15…5,85
Потери, дБ <-6 <-10 <-6 <-8/<-5 <-6 <-5 <-5/<-6/<-5
Усиление, дБи 3,0/4,2 3,3 3,6 3,5/6,2 2,7 2,1/2,2 0,7/4,2/4,5
КПД, % >70 >70 >55 >75 >80 >65/>70 >40/>65/>55
Размер, ДхШхВ, мм 5х3х4 3х3х4 3х3х4 4х3х4 3,2х1,6х1,2 20х5х4
Диапазон рабочих температур, ⁰С -40…125 -40…85 -40…125 -40…85 -40…125

При применении чип-антенн особое внимание нужно уделить соблюдению рекомендаций к трассировке печатной платы, приведенных в технической документации на выбранную антенну, так как от этого напрямую зависят ее итоговые характеристики.

Гибкие и PCB-антенны (рисунок 4, таблица 4) удобны тем, что их можно расположить ближе ко внешней поверхности устройства, а также тем, что они почти не требуют места на печатной плате (за исключением места под разъем). Кроме того, такие антенны, как правило, имеют меньшие обратные потери чем чип-антенны. Гибкие антенны отличаются удобством монтажа, поскольку могут повторять форму корпуса, а также снабжены адгезивным слоем.

Рис. 4. Гибкие и PCB-антенны для диапазонов 2,4 и 5,15 ГГц

Рис. 4. Гибкие и PCB-антенны для диапазонов 2,4 и 5,15 ГГц

Использование MIMO-антенн (рисунок 5) позволяет значительно улучшить качество канала связи. В данном сегменте они представлены сериями двухканальных MIMO-антенн 208482 четырехканальных MIMO-антенн 212330.

Рис. 5. Гибкая MIMO-антенна

Рис. 5. Гибкая MIMO-антенна

Доступны разные длины кабеля для антенн серий 208482, 212330, 204281, 146153, 146187, 47950. При этом все антенны кроме 47950 являются сбалансированными, и их мощность не зависит от длины кабеля.

Антенны серий 146187, 146153 и 204281 имеют независимый земляной полигон, позволяющий значительно уменьшить излучение, наведенное на контур заземления устройства.

Антенна серии 206995 разработана специально для монтажа на металлической поверхности.

Таблица 4. Гибкие и PCB-антенны диапазонов 2,4…2,4835/5,15…5,85 ГГц (начало)

Параметр Наименование
206994 206995 208482 212330
Частоты, ГГц 2,4…2,4835/5,15…5,85
Потери, дБ <-10/<-5 <-10/<-8,5 PORT1: >-8*/>-13* PORT1: >-5*/>-10*
PORT4: >-5*/>-10*
PORT2: >-9*/>-13* PORT2: >-5*/>-9*
PORT3: >-5*/>-9*
Усиление, дБи 3,6 2,6/3,4 PORT1: >2,5*/>4,5* PORT3: >0,1*/>4,3*
PORT2: >1,0*/>2,9*
PORT2: >3,0*/>5,4* PORT1: >1,6*/>2,3*
PORT4: >3,2*/>3,9*
КПД, % >55/>70 >55/>71 PORT1: >60*/>67* PORT3: >40*/>5*
PORT2: >45*/>45*
PORT2: >69*/>62* PORT1: >50*/>45*
PORT2: >65*/>45*
Размер, Д*хШ*хТ, мм 15х6х0,1м 20,5х20,5х3 55,2х19,2х0,16 70х20х4
Тип Гибкая с адгезивным слоем PCB с адгезивным слоем Гибкая с адгезивным слоем MIMO 2х2 Гибкая с адгезивным слоем MIMO 4х4
Вывод кабеля Боковой Центральный Центральный Центральный
Длина кабеля, мм 100 150 100, 150, 200 100, 150, 200
Диапазон рабочих температур, °С -30…85 -40…85 -40…85 -40…85
Особенности Гибкая антенна монопольного типа Антенна, разработанная специально для монтажа на металлические поверхности Двухканальная MIMO-антенна дипольного типа Четырехканальная MIMO-антенна монопольного типа
* – Параметр зависит от выбранной длины кабеля антенны.

Таблица 4. Гибкие и PCB-антенны диапазонов 2,4…2,4835/5,15…5,85 ГГц (окончание)

Параметр Наименование
204281 146153 146187 47950
Частоты, ГГц 2,4…2,4835/5,15…5,85
Потери, дБ <-10 <-10 <-10 <-10
Усиление, дБи 1,2*/2,3* 2,2*/2,8* 2,4*/3,5* 2,27*/4,9*
КПД, % >55*/>60* >63*/>59* >68*/>57* >85*/>85*
Размер, Д*хШ*хТ, мм 35х11х0,1 34,9х9х0,1 40,95х9х0,7 34,9х15,9х0,1
Тип Гибкая с адгезивным слоем Гибкая с адгезивным слоем PCB с креплением под винт Гибкая с адгезивным слоем
Вывод кабеля Боковой Центральный Центральный Центральный
Длина кабеля, мм 50, 100, 150, 200, 250, 300 50, 100, 150, 200, 250, 300 50, 100, 150, 200, 250, 300 100, 150, 200, 300
Диапазон рабочих температур, °С -40…85 -40…85 -30…85 -30…85
Особенности Сбалансированная антенна дипольного типа, независимая от заземляющего контура Сбалансированная антенна дипольного типа, независимая от заземляющего контура Сбалансированная антенна дипольного типа, независимая от заземляющего контура Длина кабеля влияет на баланс передачи; мощность антенны сильно зависит от длины кабеля
* – Параметр зависит от выбранной длины кабеля антенны.

Внешние антенны лишены препятствия в виде корпуса прибора, а также имеют лучший КПД и усиление (рисунок 6). Они применяются там, где достижение высокого качества сигнала является более приоритетной задачей, чем уменьшение веса и габаритов устройства.

Рис. 6. Внешние антенны диапазонов 2,4 и 5,15 ГГц

Рис. 6. Внешние антенны диапазонов 2,4 и 5,15 ГГц

В таблице 5 приведены характеристики внешних антенн производства компании Molex.

Таблица 5. Внешние антенны диапазонов 2,4…2,4835/5,15…5,85 ГГц

Параметр Наименование
214415 212860 214428 214386 214394 214389
Частоты, ГГц 2,4…2,4835 2,4…2,4835; 5,15…5,85 2,4…2,4835 2,4…2,4835; 5,15…5,85 2,4…2,4835; 5,15…5,85 2,4…2,4835 ГГц; 5,15…5,85
Особенности Поворотная Двухканальная MIMO-антенна Высокий коэффициент усиления
Потери, дБ <-10 <-10 >-8 >-10 <-10 <-10
Усиление, дБи 5,3 5,3/4,5 3,1 5,2/3,3 PORT1: 2,5/2,6 5,0/6,0
PORT2: 3,1/3,4
КПД, % >80 >80/>75 >75 >80/>65 >65/>47,5 >85/>80
Размер, ДхШ, мм 108,40х9,35 104,00х9,40 77,00х15,00 275,00х23,00
Диапазон рабочих температур, °С -40…85

Системы связи с радиусом действия до нескольких десятков километров

Технологии с дальним радиусом действия используются для построения сетей LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), применяющихся для сбора данных с таких устройств как счетчики, датчики и сенсоры в системах телеметрии, сигнализации, учета энергоресурсов, межмашинного взаимодействия и других.

Для построения сетей LPWAN используются технология Wi-Fi HaLow, основанная на стандарте IEEE 802.11ah, и применяющаяся для приложений IoT, ZigBee, а также SigFox, LoRa, Weightless, Neul, Symphony Link, NB-Fi и «Стриж», нашедшие применение в системах телеметрии, телеуправления, учета энергоресурсов и тому подобных. Системы связи LPWAN работают на частотах до 1 ГГц (обычно в районе 900 МГц и 430 МГц).

В этих частотах также работают и сети, основанные на технологии Z-Wave, которая предназначена для передачи быстрых команд. Ячеистые сети, построенные по данной технологии, имеют радиус действия до нескольких сот метров, однако поскольку для ее реализации используется только субгигагерцевый диапазон (в России используется частота 869,0 МГц), она приведена в этом разделе.

В России для сетей общего назначения выделены три полосы частот субгигагерцевого диапазона:

  • 864,0…865,0 МГц для передатчиков мощностью до 25 мВт с рабочим циклом до 0,1%;
  • 866,0…868,0 МГц для передатчиков мощностью до 25 мВт с рабочим циклом до 1%;
  • 868,7…869,2 МГц для передатчиков мощностью до 100 мВт с рабочим циклом до 10%.

Полоса частот 430…440 МГц отдана радиолюбителям.

Гибкие антенны для LPWAN-сетей (рисунок 7) представлены сериями 105262, 206764, 211140, 204287. Антенны серии 208142 являются керамическими. Антенны 105262, 206764, 211140 и 208142 рассчитаны на полосы частот 863…870 и 902…928 МГц, а антенна 204287 – на частоту 433 МГц. Характеристики антенн приведены в таблице 6.

Рис. 7. Некоторые антенны Molex для LPWAN-сетей

Рис. 7. Некоторые антенны Molex для LPWAN-сетей

Таблица 6. Антенны для LPWAN-сетей

Параметр Наименование
105262 206764 211140 204287 208142
Частоты, ГГц 863…870;
902…928
863…870;
902…928
863…870;
902…928
433 863…870;
902…928
(в зависимости от трассировки печатной платы)
Тип Гибкая сбалансированная антенна дипольного типа с независимым контуром заземления Гибкая сбалансированная антенна монопольного типа Керамическая антенна
Потери, дБ <-11; <-13 <-9 <-5 <-10 <-10; <-5
Усиление, дБи 0,4/1,4* 1,2* 0,3/1,0 0,8* 1,5/1,8
КПД, % 50/>66* >70* >55/>60 >55* 70/65
Размеры, ДхШхВ, мм 79,00х10,00х0,1 87,40х12,40х0,1 38,00х0,00х0,10 90,00х40,00 9,00х3,00х0,63
Длина кабеля, мм 100, 150, 200 50, 100, 150, 200, 250, 300 100 50, 100, 150, 200, 250, 300
Диапазон рабочих температур, °С -40…85 -40…85 -40…85 -30…85 -40…125
* – Параметр зависит от выбранной длины кабеля антенны.

Глобальные сети

Под глобальными подразумеваются сети государственного и мирового масштаба — сети сотовой связи и системы геопозиционирования.

Сети сотовой связи

Сети сотовой связи в России представлены поколениями 2.5G, 3G и 4G, а в 2020 г. появились первые тестовые зоны 5G.

Для 2.5G  в России выделены частоты в районе 900 и 1800 МГц, для 3G – 900 и 2100 МГц, для 4G – 800, 1800 и 2600 МГц. Процесс согласования полос частот, выделяемых под сети 5G в России, на текущий момент еще не завершен.

Компания Molex производит керамические антенны поверхностного монтажа для сотовой связи (таблица 7), гибкие внутренние, а также внешние антенны.

Компактные керамические антенны не требуют больших зазоров на печатной плате, могут быть установлены в ее углах, а также имеют малую высоту, что позволяет использовать их в даже в самых миниатюрных корпусах (рисунок 8).

Рис. 8. Керамические антенны Molex для сотовой связи

Рис. 8. Керамические антенны Molex для сотовой связи

Таблица 7. Керамические антенны Molex для сотовой связи

Параметр Наименование
204774 206649 206760 146200 208485
Частоты, МГц 790…960; 1710…2170 698…869;
791…862;
824…960;
698…960
698…960; 1700…2700 698…960; 1710…2700 617…894;
1710…2690;
3300…3800
Потери, дБ <-6 <-4/<-6/<-7/<-5 <-5 <-5 <-6/<-4/<-4
Усиление, дБи 0,6/4,8 3 1,3/4,4 1,1/4,5 1,6/4,7/3,6
КПД, % >50/>70 >50/>50/>55/>55 >60/>70 >60/>70 >70/>65/>65
Размеры, ДхШхВ, мм 33,00х6,00х3,00 20,00х10,00х1,20 38,00х8,00х3,00 40,00х5,00х5,00 38,00х8,00х3,00
Диапазон рабочих температур,°С -40…125 -40…85 -40…125

Гибкие антенны сотовой связи (таблица 8) имеют те же преимущества, что и все гибкие антенны производства компании Molex: возможность размещения на корпусе, малую толщину, способность повторять изгибы корпуса, а также удобное крепление с помощью адгезивного слоя.

Таблица 8. Гибкие антенны для сотовой связи (начало)

Параметр Наименование
212570 207235 146185 105263
Частоты, ГГц 0,824…960; 1,7…2,17
Потери, дБ <-4/<-3 <-4/<-6 <-4 <-6
Усиление, дБи -0,45/1,76* 0/4,3* 1,4/3,0* 2,3/3,1*
КПД, % >25/>50* 30/60* >60/>65* >66/>60*
Размеры, ДхШхВ, мм 40,40х15,40х0,10 40,40х15,40х0,10 84,00х15,00х0,10 106,60х13,00х0,10
Длина кабеля, мм 100, 150, 200 100, 150, 200 50, 100, 150, 200, 250, 300 100, 150, 200
Диапазон рабочих температур, °С -40…85
* – Параметр зависит от выбранной длины кабеля антенны.

Таблица 8. Гибкие антенны для сотовой связи (окончание)

Параметр Наименование
209142 146234 207901
Частоты, ГГц 0,698…0,960; 1,5…3; 3…6 0,600…0,960; 1,5…3; 3…6
Потери, дБ <-10/<-5/<-5 <-4/<-5/<-5 <-3/<-5/<-5
Усиление, дБи 1,2/5,2/2,7* 1,7/2,65/4,8* 2,6/4,9/5,4*
КПД, % >45/>55/>55 >69/>68/>67* >70/>65/>70*
Размеры, ДхШхВ, мм 85,00х14,50х0,10 140,00х20,00х0,10 147,00х25,00х0,10
Длина кабеля, мм 180 50, 100, 150, 200, 250, 300 50, 100, 150, 200, 250, 300
Диапазон рабочих температур, °С -40…85
* – Параметр зависит от выбранной длины кабеля антенны.

Компания Molex выпускает всего две серии внешних антенн для сотовой связи: серия 214429 разработана для применения в устройствах 5G, а серия 213523 используется для осуществления связи по протоколу LTE (таблица 9). Антенны обеих серий доступны в двух цветах: черном и белом (рисунок 9).

Рис. 9. 5G и LTE-антенны Molex

Рис. 9. 5G и LTE-антенны Molex

Таблица 9. Внешние антенны для сотовой связи

Параметр Наименование
Внешняя антенна 5G 214429 LTE-антенна 213523
Частоты, ГГц 0,698…0,960; 1,7…2,69; 3,3…4,2; 4,4…5,0 0,698…0,960; 1,7…2,69
Потери, дБ <-5/<-10/<-5/<-5 <-5/<-10
Усиление, дБи 1,6/5,5/3,6/3,5 2,3/4,8
КПД, % >55/>70/>60/>55 >55/>70
Размеры, ДхШ, мм 171,50х19,40 (распрямленное состояние); 151,00х19,40 (согнутое состояние)
Диапазон рабочих температур, °С -40…85

Системы навигации

Глобальные навигационные системы используются для определения местоположения приемника на земной поверхности. Для этого ведется прием сигналов от нескольких спутников. Зная время прохождения сигнала от спутника до приемника и приняв скорость распространения сигнала за константу, можно вычислить расстояние от спутника до приемной антенны. Точное расположение всех спутников известно, и это позволяет вычислить местоположение приемника. К сожалению, на практике скорость распространения сигнала не является константой и зависит от таких факторов как состояние ионосферы и наличие препятствий на пути сигнала. Для того чтобы минимизировать влияние этих факторов, спутники ведут передачу на нескольких частотах.

Сейчас существуют только две глобальные навигационные системы, осуществляющие геопозиционирование по всему земному шару: GPS (США) и GLONASS (РФ). Помимо этого, на этапе развертывания спутниковой группировки находятся системы BEIDOU (Китай) и GALILEO (Европа), которые в ближайшей перспективе тоже могут стать глобальными.

Система GLONASS использует частотное разделение каналов (кодовое разделение находится на стадии испытаний). Спутники GLONASS вещают на частотах L1 = 1602,5625…1615,5 МГц, L2 = 1246,4375…1256,5 МГц, L3 = 1207,2420…1201,7430 МГц.

Системы GPS, BEIDOU и GALILEO используют кодовое разделение каналов.

В системе GPS передача сигналов ведется на частотах L1 = 1575,42 МГц, L2 = 1227,60 МГц и L3 = 1176,45 МГц, BEIDOU использует частоты L1 = 1575,420 и 1561,098 МГц, L2 = 1268,520 и 1207,140 МГц, L3 = 1176,50 МГц, а GALILEO — L1 = 1575,420 МГц, L2 = 1278,750 и 1207,140 МГц, L3 = 1191,795 и 1176,450 МГц.

Максимальная ширина полосы для этих трех систем составляет 20,46 МГц.

Сигнал, излучаемый со спутников, имеет правостороннюю круговую поляризацию (RHCP). Это дает возможность отсекать при приеме переотраженную компоненту сигнала, улучшая таким образом точность геопозиционирования, поскольку при отражении такой сигнал меняет свою поляризацию на противоположную – левую круговую (LHCP). Таким образом, в системах геопозиционирования антенны с RHCP являются более предпочтительными.

Антенны производства компании Molex, предназначенные для систем навигации, представлены следующими сериями:

  • 206560 – гибкая дипольная антенна с линейной поляризацией;
  • 206640 – активная патч-антенна с RHCP и коэффициентом усиления 28 дБи;
  • 146235, 146216 – чип-LDS-антенны с RHCP и эллиптической поляризацией;
  • 146168, 204286, 208890 – керамические патч-антенны с RHCP и эллиптической поляризацией.

Все вышеприведенные антенны можно использовать в системах геопозиционирования GPS, BEIDOU и GALILEO для приема сигнала на частотах L1. Антенны 206560, 206640, 146235 и 204286 также могут работать с системами GLONASS.

Характеристики этих антенн приведены в таблице 10.

Таблица 10. Антенны для систем навигации (начало)

Параметр Наименование
206560 206640 146235 146216
Частоты, МГц 1561…1602 1561…1602 1561…1602 1575
Тип Гибкая дипольная антенна Активная патч-антенна Чип-LDS-монопольная антенна Чип-LDS PIFA
Поляризация Линейная RHCP Эллиптическая RHCP
Потери, дБ <-8 <-8 <-8 <-10
Усиление, дБи 1,5  28  1,1 1
КПД, % >74
(кабель 50 мм)
>50 >55
Размеры, ДхШхВ, мм 40,40х15,40 25,00х25,00х6,50 3,00х5,00х4,00 11,80х11,55х6,00
Диапазон рабочих температур, °С -40…85 -40…125

Таблица 10. Антенны для систем навигации (окончание)

Параметр Наименование
146168 204286 208890
Частоты, МГц 1575 1561…1602 1575
Тип Керамическая патч-антенна
Поляризация RHCP Эллиптическая RHCP
Потери, дБ <-15 <-10 <-15
Усиление, дБи 5,5 5,5 2,6
КПД, % >75 >70 >45
Размеры, ДхШхВ, мм 25,00х25,00х4,00 25,00х25,00х4,00 18,00х18,00х2,00
Диапазон рабочих температур, °С -40…125 -30…85

Комбинированные антенны

Комбинированные антенны представляют собой удобное решение для случаев, когда в одном устройстве используются несколько различных протоколов связи. В ассортименте компании Molex представлены как внешние, так и внутренние комбинированные антенны, предназначенные для применения в сотовой связи, системах геопозиционирования и сетях PAN. Характеристики комбинированных антенн представлены в таблицах 11 и 12.

Таблица 11. Комбинированные антенны для внутреннего монтажа

Параметр Наименование
47948 213353 206513 201932
Тип антенны Гибкая антенна для Wi-Fi/GNSS с линейной поляризацией Гибкая антенна с двумя выходами для LTE/GPS с линейной поляризацией PCB-антенна для GNSS/Wi-Fi с линейной поляризацией Керамическая антенна для Wi-Fi/сотовой связи/ISM с линейной поляризацией
Частоты, МГц 1575,42…1602;
2400…2483,5;
5150…5850;
3000…6000
698…960; 1400…1500;
1500…1700; 1700…2700;
3300…4200; 4400…5000;
5900…8500; 1558…1563;
1573…1576; 1598…1606
1575,42…1602;
2400…2483,5;
5150…5850;
3000…6000
900…924;
2400…2483,5;
5150…5850
Потери, дБ <-10 <-10, <-5 <-8 <-5/<-6/<-5
Усиление, дБи 3,0 @ 1575 МГц;
3,0 @ 2,4 ГГц;
4,0 @ 5 ГГц;
4,7 @ 3 ГГц*
2,3 @ 1400 МГц;
2,3 @ 1500 МГц;
2,5 @ 698 МГц;
4,5 @ 4400 МГц;
5,4 @ 1700 МГц;
5,4 @ 3300 МГц;
7,0 @ 5900 МГц*
2,4 @ 1575 МГц;
2,9 @ 2,4 ГГц;
3,5 @ 3 ГГц;
3,8 @ 5 ГГц*
0,7/4,2/4,5
КПД, % >70 @ 1575 МГц;
>70 @ 5 ГГЦ;
>75 @ 2,4 ГГц;
>80 @ 3 ГГц*
>45 @ 1558 МГц;
>50 @ 1573 МГц;
>50 @ 1598 МГц;
>60 @ 1400 МГц;
>60 @ 1500 МГц;
>60 @ 1700 МГц;
>60 @ 3300 МГц;
>60 @ 4400 МГц*
>78 @ 3 ГГЦ;
>80 @ 2,4 ГГц;
>82 @ 1575 МГц;
>83 @ 5 ГГц*
>40/>65/>55
Размер, ДхШхТ, мм 53х18х0,1 119,4х19,4х0,1 53,5х16,6х0,81 20х5х4
Длины кабеля, мм 50, 100, 150, 200, 250, 300 100, 150, 200 50, 100, 150, 200, 250, 300
Диапазон рабочих температур, °С -30…85 -40…85 -30…85 -40…125
* – Указано для антенн с длиной кабеля 100 мм.

Таблица 12. Внешние комбинированные антенны

Параметр Наименование
206866 211297 213500
Тип антенны Внешняя 4G/Wi-Fi/GPS-антенна с линейной и RHCP-поляризацией Внешняя 4G/GPS-антенна с линейной и RHCP-поляризацией Внешняя LTE/GPS-антенна с линейной и RHCP-поляризацией
Частоты, МГц 824…960;
575,42…1602;
1710…2690;
2400…2483,5
824…960;
1561,098…1575,42;
1710…2690
824…960;
1574,39…1576,44;
1710…2690
Потери, дБ <-6; <-10 <-8; <-10 <-5; <1,5
Усиление, дБи -0,5 @ 824 МГц;
-2,7 @ 2,4 ГГц;
0 @ 1710 МГц;
3,0 @ 1575 МГц
-0,8 @ 824 МГц;
-2,1 @ 1561 МГц;
-2,1 @ 1575 МГц;
0,4 @ 1710 МГц
0,77 @ 1575 МГц;
0,77 @ 824 МГц;
3,73 @ 1710 МГц
КПД, % 21,6 @ 824 МГц;
23,3 @ 2,4 ГГц;
26,2 @ 1575 МГц;
27,2 @ 1710 МГц
22,1 @ 1575 МГц;
22,3 @ 1561 МГц;
26,8 @1710 МГц;
33,6 @ 824 МГц
>40 @ 1575 МГц;
>55 @ 824 МГц;
>60 @ 1710 МГц
Размер, ДхВ, мм 77х15 75х14,9
Длины кабеля, м 3 0,5
Диапазон рабочих температур, °С -40…85

Компания Molex уделяет большое внимание оформлению документации на свою продукцию, поэтому на каждую антенну существует краткое описание – Part Details, в котором можно найти всю основную информацию об интересующей антенне: полосы частот, усиление, потери, КПД, размеры, и прочее. Помимо этого, приводится документ Product Specification, в котором содержится развернутое описание технических характеристик антенны.

Рассмотрим в качестве примера Product Specification на гибкие антенны серии 146153.

В разделе «Description» дается характеристика антенны, а в разделе «Features» описываются ее ключевые особенности: независимая от контура заземления, сбалансированная, оснащенная разъемом IPEX MHF, исполняемая с длинами кабелей 50, 100, 150, 200, 250, 300 мм, и другие.

Раздел «General specification» содержит такие характеристики как мощность антенны, поляризация, импеданс, диапазон рабочих температур, а также тип коннектора и длину кабеля с привязкой к конкретным артикулам.

Подробный чертеж со всеми необходимыми размерами антенны приводится в разделе «Product structure information».

В разделе «Antenna specification» содержатся электромагнитные характеристики в зависимости от длины кабеля антенны, диапазоны частот, пиковое усиление, обратные потери, КПД.

Раздел «Mechanical specification» описывает устойчивость антенны к механическим воздействиям, а раздел «Environmental specification» – к воздействиям окружающей среды.

Application Specification содержит рекомендации к применению, диаграммы направленности, графики зависимости потерь, КПД, усиления антенны от частоты. Этот документ будет интересно рассмотреть на примере чип-антенны 146175 (рисунок 10).

Рис. 10. Устройство антенны 146175, приведенное в Application Specification

Рис. 10. Устройство антенны 146175, приведенное в Application Specification

В подразделе «Definitions of terms» раздела «Product description» дается определение терминов, используемых в рекомендациях по применению антенны. Для этого приведено строение антенны с указанием всех основных элементов, например, отмечено, что у антенны две фиксирующих контактных площадки, одна питающая и одна площадка для подключения к заземляющему контуру.

В подразделе «Reference implementation» даны подробные рекомендации по размещению антенны и трассировке печатной платы (рисунок 11).

Рис. 11. Рекомендации по трассировке печатной платы для антенны 146175

Рис. 11. Рекомендации по трассировке печатной платы для антенны 146175

Также в документе приведены графики обратных потерь и КПД в зависимости от местоположения антенны на печатной плате, от размещения экранирующего слоя и батареи вблизи антенны.

Раздел «Matching network desсription» содержит описание согласующих цепей, а в разделе «Radiation pattern» приведены диаграммы направленности антенны в зависимости от ее местоположения на плате.

Рекомендации по установке, в том числе футпринт и температурный профиль для пайки, приведены в разделе «Assembly instructions».

Таким образом, в документации на антенны Molex содержится вся необходимая разработчику информация.

Заключение

Антенны, представленные в ассортименте компании Molex, покрывают наиболее распространенные области применения беспроводной связи. Качественное оборудование и применение новых высокотехнологичных решений позволяет добиваться высоких характеристик антенн при малых габаритах.

Также стоит отметить, что Molex занимается разработкой антенн и антенных узлов по техническим условиям заказчика.

Все это позволяет найти качественное решение для практически любого случая.

Компания КОМПЭЛ – официальный дистрибьютер продукции Molex на территории РФ – развивает складскую программу по рассмотренным в статье продуктам, делая наиболее востребованные из них доступными отечественному разработчику.

Литература

•••

Наши информационные каналы

О компании Molex

Molex (дочерняя компания Koch Industries) – всемирно признанный поставщик электронных решений для систем передачи данных, бытовой электроники, промышленной, автомобильной, коммерческой, медицинской техники и других отраслей. Девиз компании: “Вместе мы воплотим ваши идеи в жизнь (Together, we can turn your vision into reality)”. Обладая более чем 75-летним опытом, Molex органично соединяет компетенции инженеров, проектировщиков и производственные мощности для обеспечения регулярного вывода ...читать далее

Товары
Наименование
1462360001 (MOLEX)
1462360021 (MOLEX)
1462360031 (MOLEX)
1462360151 (MOLEX)
1461798021 (MOLEX)
1461790001 (MOLEX)
1461792001 (MOLEX)
1461798001 (MOLEX)