№4 / 2013 / статья 2

Чип- и патч- спешат на помощь: ВЧ-компоненты Yageo для беспроводных систем

Андрей Никитин (г.Минск)

логотип

 

 

Тайваньская компания Yageo Corporation известна главным образом как разработчик и изготовитель пассивных электронных компонентов: резисторов, электролитических и керамических конденсаторов, дросселей. Значительное внимание уделяется элементам для поверхностного монтажа. Однако, тот факт, что Yageo является производителем практически всего спектра высокочастотных компонентов (и, главным образом, антенн) в исполнении «чип», часто остается в тени.

Прежде чем начать рассмотрение конкретных классов антенн, входящих в номенклатуру Yageo, кратко рассмотрим основные характеристики и параметры антенн самого различного назначения.

 

Характеристики и параметры антенн

Частотные параметры и характеристики

Частотный диапазон (Frequency range) диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) антенны достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить прием (передачу) сигнала без существенного искажения его формы. То есть, это тот рабочий диапазон частот, в котором антенна отвечает заявленным электрическим и энергетическим параметрам. Применительно к технологиям беспроводной связи частотный диапазон, как правило, определяют двумя параметрами:

  • Номинальное значение центральной частоты диапазона. Для GPS-антенн, например, оно считается равным 1,575ГГц. Номинальное значение, скорее, характеризует назначение антенны и не обязательно совпадает с реальным значением центральной частоты, однако, в любом случае, номинальное значение попадает в границы полосы пропускания.
  • Ширина полосы пропускания (Band Width)- разность между значениями верхней и нижней граничных частот. Под граничными частотами понимают значения, в которых уровень сигнала снижается на 3дБ от своего максимального значения. Так для конкретных типов GPS-антенн ширина полосы пропускания может быть равной как 5МГц, так и 40МГц при одном и том же значении центральной частоты.

 

Электрические параметры

Коэффициент усиления антенны (Gain) — представляет собой отношение мощности на входе изотропной (идеальной) антенны к мощности, подводимой ко входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности [1]. Измеряется в изотропных децибелах (dBi или dBic — для круговой поляризации).

Входной импеданс (Impedance) — входное сопротивление антенны. Как правило, равно 50 Ом (реже 75).

КСВН (VSWR) — коэффициент стоячей волны по напряжению, равен отношению максимального значения амплитуды напряженности электрического поля стоячей волны в линии передачи к минимальному значению. Определяет степень согласования антенны и фидера. Значение КСВН, равное 1, указывает на то, что тракт полностью согласован и отраженная волна отсутствует. Величина частотнозависимая.

Обратные потери (Return loss) — величина, связанная с КСВН зависимостью:

RL = 20*lg[(VSWR-1)/(VSWR+1)]. Полное согласование тракта дает «отрицательную бесконечность». Значение КСВН приводится чаще, но в материалах компании Yageo обычно приводится график зависимости величины обратных потерь от частоты, что дает более наглядную картину, нежели отдельный числовой параметр. График функции обратных потерь от частоты отчасти несет ту же информацию, что и график АЧХ, то есть иллюстрирует частотные свойстcfва прибора. Например, точки пересечения уровня -10 дБ указывают на границы полосы пропускания.

 

Характеристики диаграммы направленности

Диаграмма направленности антенны — графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны от направления антенны в заданной плоскости [1]. Пример диаграммы направленности для типичной направленной антенны представлен на рисунке 1.

 

Диаграмма направленности типичной направленной антенны

 

Рис. 1. Диаграмма направленности типичной направленной антенны

В диаграмме направленности принято выделять:

  • главный или основной лепесток;
  • боковые лепестки;
  • задние или обратные лепестки.

В соответствии с этим определяют следующие количественные показатели диаграммы направленности:

  • Ширина диаграммы направленности (Beamwidth) — ширина главного лепестка по уровню половинной максимальной мощности (то есть -3дБ от максимума).
  • Уровень боковых лепестков- отношение мощности наибольшего из боковых лепестков к мощности главного лепестка, выраженный в децибелах.
  • Коэффициент обратного излучения или ПЗО (Front to back ratio)- соотношение мощности излучения в направлении противоположного главному лепестку (на рисунке1- 180°) к мощности главного лепестка (0°).

Данные параметры применяются обычно к узконаправленным антеннам, то есть тем, которые имеют явно выраженный максимум в определенном направлении. Узконаправленные антенны применяют для концентрации мощности радиоизлучения в одном направлении для увеличения дальности действия радиоаппаратуры. Широконаправленные антенны хотя бы в одной плоскости имеют диаграмму направленности, по форме близкую к кругу. В документации, в большинстве случаев, направленность представляется в виде двухмерной фигуры. Реже используется представление в виде трехмерной фигуры, раскрашенной в псевдоцвета (именно эта форма представления применяется в материалах компании Yageo). На рисунке 2 приведены примеры двухмерного и трехмерного представления диаграммы направленности.

 

Примеры 2D- и 3D-представления диаграммы направленности типичной широкополосной антенны

 

Рис. 2. Примеры 2D- и 3D-представления диаграммы направленности типичной широкополосной антенны

 

Конструктивное исполнение антенн компании Yageo

Оговоримся сразу: речь пойдет не о классификации по конструктивному исполнению всевозможных антенн самого различного назначения. Мы будем говорить только о той классификации антенн по конструктивному исполнению, которую предлагает компания Yageo для своих изделий [2].

С этой точки зрения выделяют:

  • металлические антенны (Metal Antenna);
  • антенны на печатной плате (PCB Antenna);
  • антенны на гибкой печатной плате (FPCB Antenna);
  • антенны из низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC Antenna);
  • керамические патч-антенны (Patch Antenna).

Под металлическими антеннами можно понимать весьма широкий ряд устройств, начиная от штыревых антенн радиоприемников и заканчивая антеннами-мачтами. В терминах Yageo это достаточно небольшое (менее пяти наименований) количество изделий диапазона GSM и WiFi, в которых в качестве металлического проводящего элемента используется сплошная металлическая деталь. Пример такой антенны приведен на рисунке 3.

 

Конструкция металлической антенны компании Yageo

 

Рис. 3. Конструкция металлической антенны компании Yageo

Антенны на печатной плате. Металлический элемент антенны представляет собой дорожку проводника на печатной плате. Форма (геометрическая траектория, суммарная длина, ширина проводника и т.д.) дорожки является существенным фактором, определяющим параметры антенны. Принципиальным является использование «жестких» печатных плат. Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются стеклотекстолит, гетинакс, фторопласт. Пример PCB-антенны приведен на рисунке 4.

 

Конструкция антенны на печатной плате

 

Рис. 4. Конструкция антенны на печатной плате

Антенны на гибкой печатной плате. Принцип тот же, что и в предыдущем случае. Единственное различие — использование «гибких» печатных плат. Диэлектрическое основание гибких плат делают из полиимидных материалов. Основные достоинства гибких печатных плат: уменьшение массы, уменьшение габаритов, динамическая гибкость. Поскольку гибкие печатные платы могут свободно изгибаться, то появляется возможность оптимальным образом «уложить» плату по форме корпуса изделия. Более подробно преимущества гибких печатных плат рассмотрены в [3]. На рисунке 5 приведены примеры FPCB-антенн и характерный пример компоновки в корпусе изделия.

 

Конструкция антенны на гибкой печатной плате

 

Рис. 5. Конструкция антенны на гибкой печатной плате

Керамические LTCC-антенны или, иначе, керамические чип-антенны — основной для компании Yageo тип антенн. Технология LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) является одной из технологий изготовления многослойных керамических печатных плат. Основные преимущества данной технологии:

  • Очень хорошие электрические характеристики и стабильность до миллиметровых длин волн (то есть, частотный диапазон 30…300ГГц).
  • Превосходная механическая стабильность и сохранение линейных размеров в широком диапазоне температур.
  • Малое значение коэффициента теплового расширения и высокая теплопроводность.
  • Возможность объемной интеграции. Достаточно легко создавать полости, отверстия, ограничители, встраивать пассивные компоненты.
  • Герметичность. Плотная структура LTCC-керамики не пропускает влагу, поэтому корпуса из керамики могут быть использованы в атмосфере с высокой влажностью без дополнительной защиты.

Более подробно преимущества данной технологии рассмотрены в [4]. На рисунке 6 приведены примеры чип-антенн.

 

Конструкция чип-антенн

 

Рис. 6. Конструкция чип-антенн

Особенности керамических патч-антенн будут рассмотрены ниже применительно к антеннам для GPS-аппаратуры, поскольку компания Yageo выпускает их исключительно для навигационных приложений.

 

Частотные диапазоны антенн
из номенклатуры компании Yageo

Частотный диапазон линейки антенн Yageo представлен на рисунке 7.

 

Частотные диапазоны антенн из номенклатуры компании Yageo

 

Рис. 7. Частотные диапазоны антенн из номенклатуры компании Yageo

Зеленым цветом отображены антенны из так называемого Short-Range-диапазона, то есть диапазона радиоустройств ближнего действия. В русскоязычных источниках используется также термин «радиоустройства малой мощности». Применительно к разрешенным для использования на территории Российской Федерации, это два безлицензионных диапазона: 433,05…434,79 и 868,0…869,2 МГц. Первый из них предназначен для устройств охранной сигнализации, а также устройств малого радиуса действия для приложений ISM (индустрия, наука, медицина). Мощность передатчика в этом диапазоне не должна превышать 10 мВт. Диапазон 868 МГц используется для аналогичных целей, но мощность передатчика ограничена величиной 25 мВт.

Синим цветом выделены диапазоны, имеющие отношение к технологиям WWAN (Wireless Wide Area Network) — беспроводным глобальным сетям, в частности, к сотовой телефонной связи (GSM и CDMA) и ее сервисам. В эти же диапазоны попадают частоты радиотелефонов стационарных сетей, использующих технологию DECT.

Оранжевым цветом выделен диапазон систем спутниковой навигации GPS и GLONASS.

И, наконец, коричневым цветом выделены технологии беспроводной связи для частотных диапазонов 2,4 и 5 ГГц. Сюда относятся устройства для беспроводных технологий Bluetooth, WiFi и ZigBee.

Строго говоря, в номенклатуре Yageo есть антенны и для других диапазонов, но они в данном случае не рассмотрены, поскольку эти частоты не разрешены к применению на территории РФ.

 

Антенны для систем спутниковой навигации
(GPS-антенны)

С функциональной точки зрения, антенны для систем спутниковой навигации следует разделять на активные и пассивные. Активная GPS-антенна включает в себя не только непосредственно антенну, но и малошумящий усилитель. Соответственно, GPS-приемник должен выдать в антенную линию напряжение для питания усилителя. Пассивная GPS-антенна включает в себя только саму антенну. В этом случае не играет роли, выдает GPS-приемник в антенную линию напряжение или нет. Таким образом, пассивная антенна может использоваться с любым GPS-приемником, а активная — только с теми моделями, которые выдают в линию питание требуемого номинала. Принято считать, что активные антенны предпочтительны в том случае, если антенна и GPS-приемник соединены протяженным кабелем. Например, антенна установлена на корпусе морского или воздушного судна, железнодорожного вагона и т.д., а GPS-приемник и система обработки — внутри транспортного средства, причем удалены на единицы-десятки метров. Пассивная антенна оптимальна для тех приложений, где антенна, приемник и система обработки интегрированы в единый компактный прибор.

С точки зрения конструктивного исполнения разделяют:

  • чип-антенны для поверхностного монтажа на плату;
  • встраиваемые патч-антенны;
  • внешние конструктивно законченные антенны.

На рисунке 8 представлены изображения всех трех вариантов конструктивного исполнения антенн.

 

Варианты конструктивного исполнения GPS-антенн: чип-антенна, патч-антенна и внешняя законченная антенна

 

Рис. 8. Варианты конструктивного исполнения GPS-антенн: чип-антенна, патч-антенна и внешняя законченная антенна

Чип-антенны используются в малогабаритной мобильной пользовательской аппаратуре, такой как автомобильные и туристские GPS-навигаторы, мобильные телефоны и другие мобильные устройства, в которых навигационная функция добавлена к основной функции прибора. В этом случае чип-антенна, усилитель сигнала и микросхема GPS-приемника смонтированы на одной плате и размещены в одном корпусе.

Патч-антенна — тип узкополосной антенны, состоящей из плоского металлического лепестка, закрепленного на некотором расстоянии параллельно пластине «земли». Обычно эту конструкцию заключают в пластиковый радиопрозрачный кожух, как для защиты от механических повреждений, так и из эстетических соображений. Некоторые патч-антенны предназначены для монтажа на печатную плату, некоторые — имеют штырь для пайки кабельного «хвоста» с разъемом и закрепляются в конструкции чисто механическим способом (крепеж, клей). Пример конструкции патч-антенн представлен на рисунке 9.

 

Конструкция патч-антенн

 

Рис. 9. Конструкция патч-антенн

Патч-антенны устанавливаются либо в корпус конечного изделия, либо в собственный корпус. Во втором случае результатом является внешняя конструктивно законченная антенна.

Внешние законченные антенны обычно предназначены для вполне определенного применения и подразделяются на морские, авиационные, автомобильные и т.д., то есть «упаковка» такой антенны предполагает устойчивость к определенным климатическим и механическим воздействиям. В ряде случаев в корпус внешней антенны встраивается не только непосредственно антенна и малошумящий усилитель, но и GPS-приемник и, возможно, система последующей обработки.

Существенным является также то, что линейка GPS-антенн компании Yageo поддерживает только «гражданский» сегмент пользовательской GPS-аппаратуры. Напомним, что GPS-спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,60 МГц). Аппаратура гражданского назначения использует только диапазон L1. Аппаратура военного назначения — оба диапазона. Центральная частота для антенн Yageo равна 1,575 ГГц (диапазон L1), частота L2 находится за пределами полосы пропускания.

Параметры чип-антенн компании Yageo представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры чип-антенн GPS компании Yageo  

Наименование Ширина полосы
пропускания, МГц
Пиковый коэффициент
усиления, дБи
Обратные потери
на центральной частоте, дБ
Размер, мм
ANT3216LL15R1575A 51 2,01 -20,1 3,2х1,6
ANT5320LL14R1575A 160 3,16 -20,8 5,3х2,0
ANT6230LL01R1575A 55 2,52 -38,3 6,2х3,0

Обратим внимание на следующее: все GPS-антенны в исполнении «чип», во-первых, являются пассивными и, во-вторых, используют линейный тип поляризации сигнала, в то время как патч-антенны и внешние антенны на их основе используют правую круговую поляризацию (RHCP), которая дает существенно лучшие значения основных параметров. В частности, ширина полосы пропускания в чип-антеннах составляет величину 50…160 МГц (для патч-антенн — примерно 5…20 МГц), что, безусловно, сказывается на качестве принимаемого сигнала.

Параметры пассивных патч-антенн представлены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры пассивных патч-антенн GPS компании Yageo  

Наименование Ширина полосы пропускания, МГц Пиковый коэффициент усиления, дБи Обратные потери на центральной частоте, дБ Размер, мм Тип
соединения
ANT1004B000R1575A 20   1,6   -28,6   10х4   Пайка  
ANT1010B00FT1575A   8   -3,0   -45,1   10х10   Штырь  
ANT1212B00BT1575A   6   -1,0   -20,2   12х12   Пайка  
ANT1212B00DT1575A   6   -1,0   -23,4   12х12   Штырь  
ANT1515B00DT1575A   7   1,5   -30,1   15х15   Штырь  
ANT1515B00FT1575A   8   1,5   -30,5   15х15   Штырь  
ANT1606B00DT1575A   8   -0,5   -27,2   16х6   Штырь  
ANT1818B00AT1575A   6   2,0   -32,7   18х18   Пайка  
ANT1818B00BT1575A   10   4,0   -15,6   18х18   Пайка  
ANT1818B00CT1575A   6   2,0   -41,0   18х18   Штырь  
ANT1818B00DT1575A   10   4,0   -32,9   18х18   Штырь  
ANT1818B00ET1575A   6   2,0   -25,3   18х18   Штырь  
ANT2525B00AT1575A   10   5,0   -34,1   25х25   Пайка  
ANT2525B00BT1575A   20   5,5   -39,3   25х25   Пайка  
ANT2525B00CT1575A   10   5,0   -36,2   25х25   Штырь  
ANT2525B00FT1575A   20   5,5   -40,5   25х25   Штырь  

Анализ таблицы позволяет сделать следующий вывод: антенны в исполнении «патч» за счет использования круговой поляризации имеют более узкую полосу пропускания и, следовательно, лучшее качество принимаемого сигнала. В линейке из 16 моделей представлены основные используемые в «квадратных» GPS-антеннах типоразмеры: 10х10, 12х12, 15х15, 18х18 и 25х25 мм. Кроме того, присутствуют две миниатюрные «прямоугольные» модели 10х4 и 16х6 мм. Большинство типоразмеров имеют как SMD-исполнение для распайки на плату, так и исполнение со «штырем» для припаивания кабеля с разъемом. Значения коэффициента усиления антенны и коэффициента КСВН от модели к модели отличаются незначительно, поэтому критерием выбора для разработчика будут служить габаритные размеры и способ монтажа.

Активные патч-антенны представлены четырьмя моделями: типоразмеры 16х6, 12х12, 18х18 и 25х25 мм. Все модели предполагают крепление к несущей поверхности с помощью клея, электрическая связь осуществляется посредством кабельного «хвоста» длиной 60…100 мм с разъемом I-PEX. Питание антенного усилителя для всех моделей 3 В ±10%.

Параметры активных патч-антенн представлены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры активных патч-антенн GPS компании Yageo  

Наименование Ширина полосы пропускания, МГц Пиковый коэффициент усиления, дБи КСВН
(макс)
Пиковый коэффициент усиления, дБи КСВН
(макс)
Ток
потребления, мА
Размер, мм
Антенна МШУ
ANT1212JB27B1575A 12 -4,56 1,5 25 1,5 12,0 12х12
ANT1606JB12B1575A 18 -2,52 2,0 20 2,0 3,6 16х6
ANT1818JB30B1575A 28 -2,67 2,0 25 2,0 10,0 18х18
ANT2525JB08B1575A 10 -5,5 2,0 16 1,5 5,0 25х25

В целом по GPS-антеннам можно сделать следующий вывод: два десятка моделей в линейке компании Yageo позволяют найти приемлемый вариант для любого конструктивного исполнения (способ монтажа, размеры, наличие встроенного антенного усилителя). Количественные параметры изделий выдержаны на достаточно высоком уровне и, как минимум, не уступают средним по отрасли на данное время.

 

Совмещенные антенны GPS/GLONASS
для систем спутниковой навигации

Совмещенные приемники, позволяющие обрабатывать сигналы от американских навигационных спутников созвездия NAVSTAR (GPS) и российских спутников созвездия GLONASS, появились на рынке примерно 15 лет назад. Однако недостаточное число работающих спутников GLONASS препятствовало развитию этого направления — совмещенные приемники рассматривались, скорее, как изделия на перспективу. Примерно с 2005 г. ситуация в сегменте GLONASS стала выправляться и, как следствие, на рынке появилось достаточное число моделей совмещенных приемников. Соответственно, возникла потребность в антеннах, принимающих сигналы обоих частотных диапазонов (в системе GLONASS принято значение центральной частоты, равное 1602 МГц). В настоящее время компания Yageo предлагает только 4 модели пассивных патч-антенн в «больших» габаритных размерах 18х18 и 25х25 мм. В каждом типоразмере есть SMD-исполнение под пайку и исполнение со «штырем».

Параметры совмещенных патч-антенн GPS/GLONASS представлены в таблице 4.

Таблица 4. Параметры совмещенных патч-антенн GPS/GLONASS компании Yageo  

Наименование Пиковый коэффициент усиления GPS, дБи Пиковый коэффициент усиления GLONASS, дБи КСВН (макс) Размер, мм Тип соединения
ANT1818B00BT1516A 1,89 2,59 2,0 18×18 Пайка
ANT1818B00DT1516A 2,65 2,79 2,0 18×18 Штырь
ANT2525B00BT1516A 3,44 4,10 2,0 25×25 Пайка
ANT2525B00DT1516A 3,50 4,10 2,0 25×25 Штырь

Отметим, что если совмещенные антенны диапазонов GPS/GSM или GPS/WiFi представляют собой композицию из двух независимых антенн, размещенных в одном корпусе, то совмещенные антенны GPS/GLONASS представляют собой одну антенну. Но если GPS-антенна представляет собой один полосовой фильтр, то совмещенная антенна GPS/GLONASS представляет собой суперпозицию двух полосовых фильтров с центральными частотами 1575 и 1602 МГц. Иными словами, возможность работы в двух диапазонах обеспечена не за счет простого расширения полосы пропускания GPS-антенны, а за счет параллельного включения еще одного полосового фильтра, в промежутке между частотами 1575 и 1602 МГц принимаемый сигнал подавляется. Сказанное выше иллюстрируется рисунками 10 и 11, на которых представлены графики обратных потерь для GPS-антенны ANT2525B00BT1575A и совмещенной антенны ANT2525B00DT1516A.

 

График обратных потерь для GPS-антенны ANT2525B00BT1575A

 

Рис. 10. График обратных потерь для GPS-антенны ANT2525B00BT1575A

 

 

График обратных потерь для GPS/GLONASS -антенны ANT2525B00DT1516A

 

Рис. 11. График обратных потерь для GPS/GLONASS -антенны ANT2525B00DT1516A

Сравнивая графики, мы видим, что если полосы пропускания антенн примерно равны (24,5 МГц для GPS-антенны и 23,0/21,1 МГц для совмещенной антенны), то качество выделения требуемых частот отличается на 5…6 дБ, то есть в 3…4 раза. Заметим также, что значение порядка 20 МГц для пассивной GPS-антенны в исполнении «патч» — результат далеко не рекордный в своем классе. Вернувшись к таблице 2, мы видим, что нормой для патч-антенн являются величины 8…10 МГц. Таким образом, можно сделать следующий вывод: параметры совмещенных антенн ожидаемо хуже, чем аналогичные параметры одноканальных антенн при прочих равных условиях. Что касается достаточно скромной номенклатуры, то можно предположить, что дальнейшее развитие совмещенных GPS/GLONASS-приемников приведет к появлению антенн малых размеров 15х15, 12х12 и 10х10.

 

Антенны для беспроводной связи
частотного диапазона 2,4 ГГц

Прежде чем рассматривать линейку антенн компании Yageo в данном классе, напомним основные приложения частотного диапазона 2,4 ГГц [5]:

  • Технология Bluetooth, согласно IEEE802.15.1- используемый частотный диапазон 2400…2480МГц.
  • Технология ZigBee, согласно IEEE802.15.4- используемый частотный диапазон 2400…2480МГц.
  • Технология WiFi, согласно IEEE802.11.b и IEEE802.11.g- используемый частотный диапазон 2400…2480МГц.
  • Один из поддиапазонов радиодиапазона ISM (индустриальные, научные и медицинские приложения)- 2400…2500МГц.

Линейка антенн данного класса включает в себя 12 чип-антенн различного размера: 2,0х1,2…12х4 мм. Параметры чип-антенн диапазона 2,4 ГГц приведены в таблице 5.

Таблица 5. Параметры чип-антенн диапазона 2,4 ГГц компании Yageo  

Наименование Ширина полосы
пропускания, МГц
Пиковый коэффициент
усиления, дБи
Обратные потери
на центральной частоте, дБ
Размер, мм
ANT2012LL00R2400A 370 3,77 -28,5 2,0×1,2
ANT2012LL13R2400A 85 2,72 -34,0 2,0×1,2
ANT3012LL04R2400A 140 1,84 -25,9 3,0×1,2
ANT3216A063R2400A 230 1,69 -16,5 3,2×1,6
ANT3216LL00R2400A 160 5,05 -27,3 3,2×1,6
ANT5320LL24R2400A 84 2,78 -19,1 5,3×2,0
ANT5320LL45R2400A 240 5,22 -24,0 5,3×2,0
ANT7020LL05R2400A 420 2,62 -28,3 7,0×2,0
ANT7836A003R2400A 310 3,93 -23,8 7,8×3,6
ANT8010LL04R2400A 170 5,46 -24,9 8,0×1,0
ANT9520LL06R2400A 340 7,36 -20,7 9,5×2,0
ANT1204F001R2400A 190 1,27 -34,0 12,0×4,0

В первую очередь обратим внимание на наиболее миниатюрные антенны (размер 2012, то есть 2,0х1,2 мм) семейства PIFA. Модель ANT2012LL13R2400A имеет наиболее узкую полосу пропускания (по сравнению с остальными моделями — в 2…3 раза), при этом минимальное значение обратных потерь составляет величину -35 дБ. Модель ANT2012LL00R2400A имеет более широкую полосу пропускания и более высокое значение обратных потерь, но при этом — лучшее значение коэффициента усиления. Таким образом, даже в достаточно узкой нише сверхминиатюрных антенн пользователь имеет возможность выбора оптимального варианта по наиболее значимому для его приложения критерию. Следует обратить внимание на модели ANT3216LL00R2400A и ANT8010LL04R2400A — оптимальное сочетание основных параметров: достаточно узкая полоса пропускания, хороший коэффициент усиления и достаточно «глубокий» пик на графике функции обратных потерь. Основное различие между этими моделями — их габаритные размеры: 3,2х1,6 против 8,0х1,0. Однако в отдельных случаях может оказаться оптимальным и вариант с меньшей площадью, и «длинный» вариант с минимальной шириной. Остальные модели демонстрируют достаточно средний, но приемлемый для большинства практических задач, набор параметров.

 

Совмещенные антенны GPS/WiFi

Выше обращалось внимание, что совмещенные антенны для приемников спутниковой навигации представляют собой одну антенну, выделяющую сигналы из двух частотных диапазонов. В данном случае мы имеем две независимые антенны, размещенные в одном конструктивном элементе (в данном случае — в одном чипе). Соответственно, антенна имеет и два выхода: навигационный — для подключения к GPS-приемнику и радио — для подключения к WiFi-приемнику. Стоит выделить, как минимум, несколько областей применения антенн данного типа:

  • Мобильные приборы навигационного назначения, оснащенные каналом Bluetooth.
  • Аппаратура ZigBee, использующая функции привязки к точному времени. Напомним, что помимо географических координат, GPS-приемник получает со спутников сигналы точного времени, имеющие расхождение с эталоном на единицы микросекунд.
  • Устройства мониторинга автотранспортных средств. Заметим, что помимо систем онлайн-мониторинга, в которых с определенным интервалом времени отсылаются SMS-сообщения на диспетчерский пункт, существуют и оффлайн-системы. Втаких системах данные о маршруте накапливаются в памяти трекера и только на диспетчерском пункте пересылаются на компьютер для контроля. Процесс пересылки данных, в зависимости от реализации, может быть реализован, например, по технологии WiFi (IEEE802.11). В таблице 6 представлены параметры совмещенных антенн GPS/WiFi.

Таблица 6. Параметры совмещенных чип-антенн GPS/WiFi компании Yageo  

Наименование Ширина полосы пропускания, МГц Пиковый коэффициент усиления, дБи Обратные потери на центральной частоте , дБ Ширина полосы пропускания, МГц Пиковый коэффициент усиления, дБи Обратные потери на центральной частоте, дБ Размер, мм
GPS WiFi
ANT5320LL17R1524A 50 1,67 -33,0 110 2,05 -21,3 5,3×2,0
ANT1003LL15R1524A 15 1,51 -13,2 84 2,90 -24,9 10,0×3,0
ANT1003LL16R1524A 50 1,50 -20,7 140 2,03 -29,9 10,0×3,0

В первую очередь бросается в глаза тот факт, что параметры каждой из антенн хороши даже для одноканальных антенн своего класса. В этом нет ничего удивительного, поскольку, повторимся, в одном чипе размещены две независимые антенны. Комбинирование GPS/WiFi является достаточно новым техническим решением, поэтому в качестве прототипов производитель выбрал лучшие образцы одноканальных антенн.

 

Чип-антенны для сотовой связи

Линейка изделий компании Yageo в данном классе антенн включает три модели:

  • ANT1204LL00R0918A. Достаточно узкая полоса пропускания по каждому диапазону (20МГц) позволяет использовать данную антенну исключительно в сотовых телефонах, предназначенных для работы в двухдиапазонных сетях 900/1800МГц (регионы Европа, Азия, Африка и Австралия). Диапазоны 850/1900МГц не покрываются данной моделью, поэтому для использования в США и Канаде антенна не предназначена [6].
  • ANT2112A010B0918A. Модель имеет узкую полосу пропускания (30МГц) в диапазоне 900МГц и расширенную полосу (170МГц) в диапазоне 1800МГц. Таким образом, фактически покрываются диапазоны 900/1800/1900МГц, что дает возможность использовать антенну в трехдиапазонных сетях операторов Европы, Азии, Африки и Австралии. Поскольку диапазон 850МГц остается непокрытым, то антенна не может использоваться в телефонах, предназначенных для работы в сетях США и Канады.
  • ANT3505B000TWPENA. Широкие полосы пропускания (140 и 470МГц, соответственно) покрывают два частотных диапазона: 824…960МГц и 1710…2170МГц, что дает возможность использовать антенну в четырехдиапазонных сетях 850/900/1800/1900МГц, то есть, в том числе, в сетях США и Канады. Покрытие диапазона частот 1920…2170МГц позволяет использовать антенну в устройствах, поддерживающих технологии WCDMA [7], UMTS [8] и HSPDA [9].

 

Чип-антенны для других частотных диапазонов

Выше мы рассмотрели антенны для наиболее распространенных применений (спутниковая навигация, беспроводная и сотовая связь). В каждом классе компания Yageo предлагает не менее трех различных моделей. Тем не менее, остаются другие приложения радиосвязи, использующие иные частотные диапазоны, для работы в которых Yageo предлагает не обширную номенклатуру изделий, но, как минимум, по одной модели для каждой области. Перечислим эти модели и кратко обозначим сферы их применения:

  • Антенна ANT1105LF00R0098A для использования в FM-приемниках частотного диапазона 88…108МГц, что полностью закрывает FM-диапазон Европы, СНГ и Америки и, частично, диапазоны других регионов.
  • Антенна ANT8868LL00R1880A используется в радиотелефонах, применяющих технологию DECT. Частотный диапазон- 1880…1900МГц для стран Европы и 1920…1930МГц для США. Антенна покрывает частотный диапазон 1880…2000МГц и может быть применена в обоих регионах.
  • Антенны ANT1204LL20R0433A и ANT1204F002R0433A. Безлицензионный диапазон 433 МГц используется в приложениях ISM (индустрия, наука, медицина). Наиболее знакомая, но не единственная, сфера применения- устройства радиосигнализации для автомобилей.
  • Антенны ANT1204LL17R0870A, ANT7020LL05R0870A и ANT1204LL08R0870A. Еще один безлицензионный диапазон 868…870МГц для ISM-приложений.
  • Антенна ANT3216LL05R5000A для работы в диапазоне 5000…6000МГц. Это, в частности, сети WiFi, соответствующие стандарту IEEE802.11.a. Кроме того, один из диапазонов беспроводных сетей WiMAX, соответствующих IEEE802.16 и один из диапазонов ISM-приложений.

Отметим также, что в номенклатуре компании присутствуют не только чип-антенны, но и несколько моделей так называемых «металлических» антенн. Компания Yageo предлагает одну модель металлической антенны для GSM-приложений и две модели для частотного диапазона 2,4 ГГц.

 

Применение антенн линейки Yageo
в различных приложениях

Любые средства беспроводной связи требуют наличия антенны в том или ином исполнении, поэтому перечислять все возможные приложения для антенн линейки Yageo не имеет смысла — придется перечислять все области приложения беспроводных технологий. Для примера остановимся только на двух, с той лишь целью, чтобы показать, что линейки Yageo достаточно для обеспечения потенциально возможных потребностей в «беспроводке» для этих двух приложений.

 

Автомобильная техника

В современных легковых автомобилях могут найти применение антенны для следующих технологий беспроводной связи:

  • Диапазоны ближнего действия 433 и 868МГц. Традиционное применение- охранная сигнализация (открытие дверей). Кроме того, данный диапазон используется системой TPMS (Tire Pressure Monitoring System)- это система контроля давления и температуры в шинах автомобиля во время движения. Специальный датчик измеряет температуру и давление в колесе и с помощью встроенного радиопередатчика ближнего действия передает информацию на бортовой компьютер. Компьютер обрабатывает полученную информацию и выводит ее на дисплей, либо подает сигнал тревоги иным образом. Существуют системы двух видов: с внутренними и наружными датчиками. Внутренние датчики монтируются внутри колеса, внешние накручиваются на ниппель вместо защитных колпачков.
  • Навигационные диапазоны могут быть использованы автомобильными навигаторами или иными устройствами мониторинга автотранспортных средств, в том числе- с использованием технологий сотовой телефонии.
  • Диапазон FM-радиостанций имеет традиционное назначение, используется в автомобильных радиоприемниках.
  • Диапазоны WWAN- система E-call. Имеется в виду европейская система автоматического оповещения о дорожных условиях для автотранспорта. Предполагается, что к 2015году производители автомобилей будут обязаны устанавливать данную аппаратуру в новые модели автомобилей.
  • Диапазоны Wi-Fi- развлекательно-информационные системы для пассажиров.

 

Интеллектуальные счетчики

На рисунке 12 отображены две основные технологии, которые могут найти применение в системах «умного дома». На уровне «конечный пользователь — концентратор» оптимальной является технология ZigBee и, соответственно, антенны диапазона 2,4 Гц. Использование средств ISM-диапазона на данном уровне не столь привлекательно, но в принципе возможно. Обмен данными на уровне «концентратор — центр контроля» будет оптимальным при использовании средств сотовой телефонии и соответствующих сервисов.

 

Применение антенн линейки Yageo в интеллектуальных счетчиках

 

Рис. 12. Применение антенн линейки Yageo в интеллектуальных счетчиках

 

Заключение

Антенна, безусловно, является одним из наиболее критичных компонентов для высокочастотных приложений, но никак не единственным. Соответственно, компания Yageo предлагает достаточно широкий спектр других высокочастотных компонентов. Среди них можно выделить:

  • Полосовые фильтры. Более 10 наименований для центральных частот 2,4 и 5ГГц с разной полосой пропускания и различным затуханием.
  • Симметрирующие трансформаторы (балуны)- четыре модели для частот 2,4 и 5ГГц.
  • Комбинированные устройства, совмещающие в одном элементе полосовой фильтр и балун
  • Диплексеры- антенные разделительные фильтры или, проще, антенные разветвители.
  • Фильтры нижних частот.

Кроме того, предлагается значительное количество традиционных для Yageo компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, предназначеных для работы в высокочастотных диапазонах. Таким образом, подавляющее большинство электронных компонентов, необходимых для высокочастотных приложений, может быть найдено в номенклатуре изделий, предлагаемых компанией Yageo.

 

Литература

1. ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения.

2. Wireless Components. Материал компании Yageo. Ссылка в Интернете: http://www.yageo.com/exep/pages/download/literatures/Wireless_20130131.pdf  

3. Медведев Аркадий, Мылов Геннадий. Гибкие печатные платы. Преимущества и применение//Компоненты и технологии, 2007, №9.

4. Чигиринский Сергей. Особенности и преимущества производства многослойных структур на основе керамики (LTCC, HTCC, MLCC)//Компоненты и технологии, 2009, №11.

5. Козлов Артем. Антенны Pulse для беспроводных систем связи//Беспроводные технологии, 2010, №1.

6. GSM. Статья в Википедии. Страница в Интернете: http://ru.wikipedia.org/wiki/GSM  

7. W-CDMA. Статья в Википедии. Страница в Интернете: http://ru.wikipedia.org/wiki/WCDMA  

8. UMTS. Статья в Википедии. Страница в Интернете: http://ru.wikipedia.org/wiki/UMTS  

9. HSPDA. Статья в Википедии. Страница в Интернете: http://ru.wikipedia.org/wiki/HSPDA.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: passive.vesti@compel.ru

 

 

 

G3VM — серия твердотельных MOSFET-реле от Omron

В твердотельных MOSFET-реле от Omron объединены достижения нескольких технологий — производства светодиодов, фотодиодных ячеек и МОП-транзисторов. Результатом этого стало уменьшение размеров приборов и рассеяния мощности.

Все модели семейства G3VM содержат на выходе пару встречно включенных транзисторов. Это делает реле G3VM практически полными функциональными аналогами электромеханических реле — позволяют коммутировать сигналы постоянного и переменного тока (вне зависимости от полярности сигнала).

В семействе реле G3VM представлены серии для поверхностного монтажа и для монтажа в отверстия, а также реле в миниатюрных корпусах для основных популярных диапазонов напряжений нагрузки. В серии семейства G3VM входят реле наиболее распространенных типов конфигураций контактов: 1A, 2A, 1B, 2B, 1C.

MOSFET-реле — идеальный выбор для решения таких телекоммуникационных задач как занятие и переключение линии, рычажное переключение, организация доступа к данным, цепи управления линейными трансформаторами. В системах, которые должны обладать высокой надёжностью и долговечностью, например в мини-АТС, G3VM — идеальное решение для использования в интерфейсах абонентской линии, мультиплексорах и маршрутизаторах, в локальных сетях и оконечных сетевых устройствах, включая телеприставки. Отличные рабочие характеристики и меньшая стоимость MOSFET-реле позволяют использовать их в качестве альтернативы герконовым реле в таком оборудовании как охранные детекторы движения и в другом следящем оборудовании систем аварийной сигнализации.

 

Особенности и преимущества

  • Коммутируемые напряжения: до 600В;
  • Напряжение пробоя изоляции: 1500…5000В;
  • Различные конструктивные исполнения: корпуса DIP, SMT, SOP, SSOP, USOP;
  • Длительный срок службы и высокая надежность;
  • Компактные размеры и малый вес;
  • Бесшумная работа.

Наши информационные каналы

Рубрики: