Блог

Mar 26, 2023

Рост популярности беспроводной связи подчеркивает важность двойных технологий

В 2021 году стандартно ожидать появления беспроводных технологий в сотовых телефонах.

В 2021 году стандартно ожидать появления беспроводных технологий в сотовых телефонах, компьютерах и аудиоаксессуарах. Однако радиочастотные конструкции также проникают и в промышленные сектора, например, в области автоматизации, профилактического обслуживания и человеко-машинных интерфейсов (HMI).

Эти приложения часто подключаются к ISM-диапазону 2,4 ГГц (промышленному, научному, медицинскому), который является неограниченной, чрезмерно используемой устаревшей областью для Wi-Fi 4. К сожалению, популярность этого региона спектра означает, что устройства, поддерживающие эту устаревшую систему, могут отказаться от преимущества, предлагаемые Wi-Fi 5 ГГц.

На этой неделе компания u-blox анонсировала новую серию радиочипов MAYA-W1, которая решает эти проблемы и обеспечивает монолитное решение с несколькими радиомодулями. Эти чипы включают радиомодуль 2,4 ГГц и 5 ГГц и поддерживают классический режим Bluetooth и BLE (Bluetooth с низким энергопотреблением).

Говорят, что монолитный чип размером 10,4 x 14,3 x 2,5 мм упрощает включение беспроводной связи в приложения благодаря трем вариантам формата интерфейса: встроенная антенна и разъемы U.FL или антенные контакты.

В пресс-релизе Стефан Берггрен, старший менеджер по маркетингу продуктов u-blox, объясняет: «Wi-Fi 4 по-прежнему остается наиболее используемой технологией в наших целевых сегментах, но существуют опасения по поводу перегрузки диапазона 2,4 ГГц». Чтобы решить эту проблему, MAYA-W1 включает в себя двухдиапазонную работу, что делает его претендентом на применение в приложениях Интернета вещей.

Как именно такие устройства, как MAYA-W1, обеспечивают двухдиапазонную работу таких встраиваемых систем? Инженеры могут учитывать три фактора: архитектуру, геометрию антенны и внешние радиочастотные модули.

По сути, двухдиапазонные (или многорежимные) радиостанции могут работать в двух или более различных областях радиочастотного спектра. Работа в обоих регионах возможна либо с помощью обычных супергетеродинных аналоговых приемников, либо путем прямого преобразования в цифровой сигнал собственных частот ГГц.

Чтобы выполнить современную радиочастотную выборку, разработчики должны использовать прямое преобразование полученных частот без преобразования сигнала с помощью гетеродина (супергетеродина).

Чтобы обработать отфильтрованную и усиленную схему с помощью приложений DSP, инженер должен использовать высокопроизводительные АЦП с пропускной способностью в несколько гигагерц. Такая пропускная способность значительно упрощает радиочастотную архитектуру, необходимую для запуска многорежимных радиоприложений, не ограничивая при этом возможную сложность модуляции.

В дополнение к архитектуре проектировщики должны также учитывать, как геометрия антенны может ограничить диапазон когерентно принимаемых энергий. Чтобы преодолеть это ограничение, инженеры могут либо встроить в свое устройство антенну с несколькими геометриями, либо создать «многодиапазонную» антенну, которая приемлемо работает в интересующих диапазонах частот.

Дробная полоса пропускания показывает, насколько широкополосной является антенна по отношению к центральной рабочей частоте. Он варьируется от 0 до 2, в зависимости от степени среза верхней и нижней полосы.

Одной из самых популярных геометрий антенн для беспроводных устройств сегодня является плоская перевернутая F-антенна (PIFA).

PIFA приобрела популярность, поскольку ее можно печатать непосредственно на печатной плате. Кроме того, он хорошо работает в широком спектре радиочастотных приложений, включая GSM, Bluetooth, Wi-Fi и некоторые другие стандарты сотовой связи.

Несмотря на успех антенны PIFA в использовании в сотовом и устаревшем диапазоне ISM, она не подходит для одновременного использования на частотах 5 ГГц и 2,4 ГГц. Разработчики должны использовать две антенны для двухдиапазонного Wi-Fi 4, которые затем можно диплексировать в одну линию передачи 50 Ом на печатной плате для обработки после приема.

Более высокие скорости и пропускная способность Wi-Fi 5 ГГц приводят к более сложной конструкции печатной платы из-за эффектов линии передачи, учитывающих различные подсистемы FEM.

Помимо антенны, внешний радиочастотный модуль (FEM) должен иметь более сложную архитектуру для обеспечения двухдиапазонной работы.