如何實現(xiàn)良好的RF性能與基本認證

天線設(shè)計似乎與科學(xué)一樣藝術(shù)，但通過遵循一些簡單的設(shè)計規(guī)則，您可以可靠地達到您的性能和批準目標(biāo)。

在選擇天線或天線設(shè)計并定義機械規(guī)格之前無線產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計師必須清楚地了解產(chǎn)品必須達到的RF性能目標(biāo)，以便：在現(xiàn)場實現(xiàn)良好的RF性能，以確保市場成功。通過所有監(jiān)管和運營商審批。性能?；靖拍?- TRP，TIS和RSE

對于GSM或CDMA等蜂窩應(yīng)用，基本的RF性能是根據(jù)產(chǎn)品來衡量的。能夠在網(wǎng)絡(luò)上可靠地傳輸和接收。測量性能的科學(xué)方法是在消聲室中。

使用的測量數(shù)字概述如下：

TRP - 總輻射功率

這定義了從輻射功率中輻射的功率。器件，以dBm為單位。該數(shù)字越高，設(shè)備能夠傳輸越好。

TIS - 總各向同性靈敏度

TIS - 總各向同性靈敏度這定義了設(shè)備可以接收和解調(diào)的信號有多低。這個數(shù)字越低（減去數(shù)字），設(shè)備在弱信號環(huán)境中運行得越好。

RSE - 輻射雜散發(fā)射

實際上這是蜂窩產(chǎn)品通過的最困難的測試，來自Taoglas的經(jīng)歷。這些是由設(shè)備輸出的無線電波，其高于監(jiān)管機構(gòu)設(shè)定的功率限制以避免干擾。當(dāng)測試確認輻射雜散發(fā)射超過限制時，必須修改設(shè)備或天線以使其低于限值并通過認證。否則該設(shè)備不能在該國家/地區(qū)銷售。

不同的運營商，尤其是美國的運營商（如AT＆amp; T，Sprint等）具有設(shè)備必須達到的TRP和TIS的特定號碼。被他們的網(wǎng)絡(luò)接受。其他運營商沒有具體設(shè)定任何要求。無論是否強制，我們的經(jīng)驗是具有最佳TRP和TIS值的無線產(chǎn)品在市場上取得成功。對于需要PTCRB或型號認證的任何操作員，必須通過RSE。優(yōu)化TRP/TIS的設(shè)計通常會在第一次嘗試時通過RSE。

無線產(chǎn)品在每個國家都受到略微不同標(biāo)準的監(jiān)管。 Taoglas與經(jīng)過認證的測試實驗室合作，可以就產(chǎn)品必須符合的確切規(guī)定提供建議并提供測試計劃。

表1列出了通過大多數(shù)但不是所有操作員TRP/TIS認證的目標(biāo)。某些運營商針對某些產(chǎn)品或應(yīng)用具有特定目標(biāo)，因此您需要單獨確認。在任何情況下，這些都是設(shè)計師應(yīng)該為其設(shè)備定位的數(shù)字。

最大值

功率TRP最大值

傳導(dǎo)靈敏度TIS GSM 850 33 22 -109 -99 GSM 900 33 23 -109 -100 GSM 1800 30 24 -109 -101 GSM 1900 30 24.5 -109 -101 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 850 23 13 -109 -97 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 1700 23 18.5 -109 -101 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 1900 23 18.5 -109 -101 UMTS/HSPA/HSPA +/WCDMA 2100 23 18.5 -109 -101

表1：TRP和TIS性能指標(biāo)（所有數(shù)字均以dBm為單位）。

如果您的運營商沒有規(guī)定的標(biāo)準，或者他們的標(biāo)準不是強制性的，建議針對這些或更高的數(shù)字為了達到最佳的行業(yè)標(biāo)準。

在許多情況下，您的產(chǎn)品在這些值以下仍然可以正常運行，沒有工業(yè)設(shè)置的截止操作。這將取決于實際應(yīng)用環(huán)境和您自己的可靠性和您自己的產(chǎn)品現(xiàn)場測試結(jié)果可接受的條件。

如何計算這些TRP和TIS數(shù)量？

TRP

For TRP我們必須從RF模塊允許的最大功率向后工作。對于大多數(shù)蜂窩模塊，它受到FCC的限制，對于GSM 850為33 dBm，對于GSM 1900為30 dBm。讓我們舉一個具體的例子。通常，模塊的額定功率應(yīng)略低于允許的最大功率。這意味著GSM 850的功率水平為32 dBm，這使得設(shè)備損耗10 dB仍然可以通過22 dBm目標(biāo)。這聽起來有很多余量，但系統(tǒng)中存在很多損失。

當(dāng)RF信號通過設(shè)備板上的電纜或傳輸線時，它很容易損失4 dB或更多。 4 dB損耗是模塊原始功率損耗的一半以上。

當(dāng)信號到達天線并輻射到空中時，它也不可避免地會損失更多。

所以32 dBm - 4 dB = 28 dBm，意味著我們需要將天線側(cè)的損耗降低到-6 dB或更低。

這個-6 dB的損失相當(dāng)于說天線的平均增益為-6 dB。

因此，我們需要設(shè)計一種平均增益高于-6 dB的天線，以使設(shè)備達到所需的TRP性能。

TIS

對于TIS，可以進行類似的計算。例如，知道GSM 850的網(wǎng)絡(luò)運營商已經(jīng)設(shè)置了大于-99 dBm的信號強度，我們可以倒退到設(shè)備中允許的設(shè)備仍然可以在網(wǎng)絡(luò)上運行的損耗。

大多數(shù)蜂窩模塊的靈敏度約為-109 dBM，因此該設(shè)備可以在天線和傳輸線/電纜上再承受10 dB的損耗，并且仍能滿足運營商的要求。

這意味著理論上我們可以再次例如在傳輸線中的-4 dB損耗預(yù)算（可能更少或更多）。

天線損耗為-6 dB。

這相當(dāng)于天線平均增益為-6 dB，這通?？晒┨炀€設(shè)計人員使用。

然而，在現(xiàn)實生活中，TIS受電路板噪聲的影響最大。在許多情況下，這種噪聲將完全壓倒底層的GSM信號。必須將此噪音從系統(tǒng)中移除，或?qū)⑻炀€放置在遠離它的位置，以免撿起它。當(dāng)然，當(dāng)設(shè)計完成時，任何一種方法都很難實現(xiàn)Taoglas可以提供哪些幫助？

設(shè)計優(yōu)化的RF設(shè)備取決于許多電氣和機械參數(shù)。幸運的是，Taoglas可以利用我們經(jīng)驗豐富的工程師，無與倫比的天線和真正的行業(yè)經(jīng)驗，提供可靠的流程，使客戶的產(chǎn)品取得成功。

天線類型，布局和設(shè)計

下面是一些產(chǎn)品機械尺寸遵循的簡單規(guī)則，可以通過最嚴格的操作員TRP/TIS要求。我相信你在問自己 - 我為什么使用明顯違反這些指導(dǎo)原則的手機？首先，他們可能沒有針對設(shè)備效率的上述數(shù)據(jù)，但如果仔細觀察，大多數(shù)手機都遵循以下指南。某些運營商根據(jù)具體情況直接與移動電話公司就其設(shè)備上較低的TRP/TIS標(biāo)準進行談判。這些選項不太可能用于M2M設(shè)備。

（A）地平面《65 mm長》對于長度小于65 mm（和40 mm寬）的地平面，唯一的解決方案是完整的定制天線。天線材料和設(shè)計的類型因設(shè)備而異，并且該過程應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計過程開始時開始。 （B）接地層》 65 mm長（i）板載天線解決方案 - 最小寬度需要為40 mm。

PA-25a陶瓷天線

清理區(qū)域需要一直穿過電路板的短邊。

從模塊側(cè)到天線，需要10 mm間隙

其他面必須完全沒有金屬。

圖1：PA-25a陶瓷天線。

定制金屬PIFA天線

可直接在PCB中心邊緣的地平面上工作，最小高度為10 mm，長度為60 mm，寬度為25 mm。

與其他金屬部件的間隙理想情況下，所有方向均為20 mm或更大。

圖2：定制金屬PIFA天線。

（ii）板外天線解決方案 - 地平面寬度設(shè)備需要大于20毫米。一個經(jīng)過驗證的例子是80 mm x 40 mm的接地平面和20 mm的從天線到金屬的間隙，但理論上，器件的接地平面可以更小。

柔性電路天線 - FXP14

可以安裝在設(shè)備的內(nèi)部塑料外殼上。

各個方向與金屬的最小間隙為20 mm。

與任何主板成直角（垂直）安裝。

電纜應(yīng)短于150 mm，但不得小于80 mm。

將天線放置在遠離主板的位置。噪音/活動來源。

圖3：柔性電路天線 - FXP14。

外殼上的PIFA

尺寸約為60 mm x 20 mm x 10 mm。

與金屬間隙為20 mm。

彈簧觸點可用于連接。

圖4：外殼上的PIFA。

剛性PCB FR4天線 - PC.30

可以安裝在設(shè)備的內(nèi)部塑料外殼上。

在所有方向上與金屬之間的最小間隙為20 mm。

以直角安裝（垂直）

電纜長度應(yīng)小于150 mm，但不得小于80 mm。

將天線放置在遠離噪聲/活動源的地方。

圖5：剛性PCB FR4天線 - PC.30。