Como posso testar adequadamente a antena PCB do meu dispositivo?

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Estou testando um dispositivo Z-Wave que criei com uma antena PCB. Quero garantir que a antena tenha um bom alcance e a intensidade do sinal gerada seja forte o suficiente e comparável a dispositivos similares no campo.

Como posso testar o meu dispositivo corretamente?

Dom
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Parece mais uma questão de engenharia elétrica / DIY do que uma questão específica para a IoT.
ArtOfCode 06/12/19
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@ArtOfCode se sua antena não funcionar, você não possui um dispositivo IOT. Eu já vi isso surgir na indústria o tempo todo. Sim, há sobreposição com o EE, mas se quisermos falar sobre a criação de dispositivos, haverá sobreposição.
Dom
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Dom, este site não trata tanto dos desafios mais profundos de engenharia que envolvem o design e a construção desses dispositivos. Este site é mais voltado para usuários finais com perguntas sobre IoT, soluções, preocupações com segurança e como fazer com que seus dispositivos funcionem. Sempre haverá um cruzamento (problemas da indústria, solução de problemas, otimização e reparo, por exemplo), mas as questões de engenharia que acontecem sobre o design da IoT são mais adequadas para os especialistas em nossas instalações elétricas / de engenharia .
Robert Cartaino
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@RobertCartaino, a fase de definição teve várias perguntas focadas no desenvolvimento, como "Quais protocolos podemos usar para comunicação dispositivo a dispositivo (D2D) no IOT, além do MQTT?" e "Estou construindo um sistema que inclui um aplicativo móvel e um dispositivo de hardware habilitado para Bluetooth. Como faço para proteger a comunicação entre os dispositivos?". Se queremos apenas perguntas no nível do consumidor, sim, isso não faz sentido aqui, mas se tivermos perguntas sobre o desenvolvimento e o processo de criação de um dispositivo IOT, precisaremos de perguntas como esta.
Dom
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Dom, Examinando as principais perguntas de exemplo (definindo o público- alvo para este site), acredito que você está simplesmente perguntando na arena errada - especialmente considerando que criamos vários sites especializados em engenharia / elétrica direcionados especificamente para responder sua pergunta com autoridade.
Robert Cartaino

Respostas:

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Você pode usar um analisador de espectro para garantir que:

  • A antena está emitindo na frequência correta (faixa).
  • A potência de saída é a potência de saída esperada (teoricamente calculada) (ou está próxima o suficiente).

Uma versão final mais alta de um analisador de espectro (incluindo o analisador de taxa de erro de bits) pode ajudá-lo a garantir que não apenas a antena, mas também a codificação esteja correta.

50k4
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Na verdade não. Há muito mais na caracterização da antena do que isso.
Sean Houlihane
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Existem duas abordagens principais para caracterizar uma antena e sua eficácia no sistema, free spacee in-situ. O primeiro fornece uma linha de base da melhor das hipóteses, é menos suscetível ao ruído de medição (especialmente se você tiver acesso a uma grande câmara anecóica) e provavelmente funciona melhor para selecionar entre variações de antena candidatas. In-situas medidas são muito menos definitivas, mas permitem que você seja específico sobre um possível cenário de trabalho e descarte erros tolos (como esquecer que o dispositivo final tem uma avaliação condutiva).

Ambas as abordagens requerem um par de transmissão-recebimento. Um ou ambos podem ser dispositivos reais, a propagação é comutativa. Tome cuidado para usar fontes de alimentação representativas e operação autônoma em dispositivos de teste reais. Se você conectar cabos de alimentação ou serial, eles se tornarão parte do sistema de antena.

Uma boa alternativa para um analisador de espectro é um rádio definido por software. Certos dongles USB-DVBTV podem ser usados ​​a um custo muito baixo. Você não deve estar tão preocupado com a fidelidade do sinal neste cenário, a força do sinal simples deve ser suficiente.

Idealmente, você estará próximo o suficiente, pois a taxa de erro não corrigida não é uma métrica útil. Independentemente, você deve entender como a força do sinal, a taxa de erros não corrigida e o desempenho do sistema estão relacionados para determinar qual ponto de operação você está buscando.

Para medições de espaço livre, idealmente você estará em um campo aberto, livre de linhas de energia e estruturas refletivas por muitos 10s de metros. Coloque o DUT em um suporte de madeira e observe-o a uma distância de 5 a 10 metros (pelo menos vários comprimentos de onda). Gire-o em todas as direções e meça. Repita com um dispositivo comparativo, repita com quaisquer outras variações importantes. Uma antena direcional na frequência de interesse é normalmente usada em uma extremidade da faixa de teste, isso remove algumas variações devido à localização do teste (e sua presença perto dessa extremidade)

Para medições no local, é importante testar o maior número possível de implantações realistas. Idealmente, você executaria dispositivo a dispositivo, com a qualidade do sinal sendo registrada no dispositivo. Procure os piores cenários possíveis - os usuários finais provavelmente encontrarão os piores.

Em caso de dúvida, consulte uma instalação de teste da EMC. Eles geralmente podem consultar, por exemplo, validando sua abordagem com algumas medições pontuais. Com uma antena personalizada, você provavelmente precisará dos serviços deles mais tarde.

Sean Houlihane
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Para testar adequadamente a antena, no mínimo, são necessários os seguintes itens

  • Uma antena de origem com o padrão conhecido e transmissor, como um gerador de sinal de RF, cria sinais conhecidos
  • A antena de teste com um sistema receptor mede e monitora o sinal de RF recebido. Nesse caso, o dispositivo de onda z pode ser usado no sistema receptor.
  • A antena em teste (AUT) precisa ser testada em função do ângulo. É necessário usar um sistema de posicionamento para girar o AUT em relação ao sistema de origem.

Abaixo está um diagrama simples para ilustrar o acima.

Configuração da antena de teste
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A configuração acima ajudará a testar o AUT, tanto um transmissor quanto um receptor.

O próximo conjunto de intervalos apropriado para o aplicativo precisa ser selecionado. Os mais comuns são

Faixa Elevada (Espaço Livre)

Às vezes, os testes de espaço livre são divididos em testes externos e internos. Para testes internos, uma câmara anecóica funcionará muito bem.

Faixa Elevada
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Escalas compactas

É bom considerar a realização de testes de faixa compacta. No mais simples de um refletor parabólico é usado para criar uma onda plana apropriada para fazer as medições necessárias. Abaixo está um exemplo elaborado.

Gama compacta
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Após o equipamento e a possível configuração de teste terem sido determinados, os fundamentos da antena precisam ser avaliados. A seguir, é apresentada uma lista a considerar

  • Padrões de radiação (ganho e eficiência)
  • Impedância ( V oltage S tanding W av R acio)
  • Largura de banda
  • Polarização

Referências:

Mahendra Gunawardena
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