¿Cómo puedo probar correctamente la antena de PCB de mi dispositivo?

Estoy a punto de probar un dispositivo Z-Wave que creé con una antena PCB. Quiero asegurarme de que la antena tenga un buen alcance y que la intensidad de la señal generada sea lo suficientemente fuerte y comparable a dispositivos similares en el campo.

¿Cómo puedo hacer una prueba de alcance de mi dispositivo?

Puede usar un analizador de espectro para asegurarse de que:

• La antena está emitiendo a la frecuencia correcta (rango).
• La potencia de salida es la potencia de salida esperada (calculada teóricamente) (o está lo suficientemente cerca).

Una versión superior de un analizador de espectro (incluido el analizador de tasa de error de bits) podría ayudarlo a asegurarse de que no solo la antena, sino también la codificación sean correctas.

Hay dos enfoques principales para caracterizar una antena y su efectividad en el sistema, free spacey in-situ. El primero le dará una línea base del mejor caso, es menos susceptible al ruido de medición (especialmente si tiene acceso a una cámara anecoica grande) y probablemente funcione mejor para seleccionar entre las variaciones de antena candidatas. In-situlas mediciones son mucho menos definitivas, pero le permiten ser específico sobre un posible escenario de trabajo y descartar errores tontos (como olvidar que el dispositivo final tiene un trabajo de casos conductivo).

Ambos enfoques requieren un par transmisión-recepción. Uno o ambos pueden ser dispositivos reales, la propagación es conmutativa. Tenga cuidado de utilizar fuentes de alimentación representativas y funcionamiento autónomo en un dispositivo de prueba real. Si conecta cables de alimentación o serie, estos se convierten en parte del sistema de antena.

Una buena alternativa a un analizador de espectro es una radio definida por software. Ciertos dongles USB-DVBTV se pueden usar a muy bajo costo. No debería preocuparse tanto por la fidelidad de la señal en este escenario, la intensidad de la señal simple debería ser suficiente.

Idealmente, estará lo suficientemente cerca como para que la tasa de error no corregida no sea una métrica útil. Independientemente, debe comprender cómo la intensidad de la señal, la tasa de error no corregida y el rendimiento del sistema están relacionados con el punto de operación al que apunta.

Para mediciones de espacio libre, idealmente estará en un campo abierto, libre de líneas eléctricas y estructuras reflectantes durante muchos 10s de metros. Coloque el DUT en un soporte de madera y obsérvelo desde una distancia de 5-10 metros (varias longitudes de onda al menos). Rótelo en todas las direcciones y mida. Repita con un dispositivo comparativo, repita con cualquier otra variación que le interese. Normalmente se usa una antena direccional a la frecuencia de interés en un extremo del rango de prueba, esto elimina algunas variaciones debido a la ubicación de la prueba (y su presencia cerca de este extremo)

Para las mediciones in situ, es importante probar tantas implementaciones realistas como sea posible. Lo ideal sería ejecutar dispositivo a dispositivo, con la calidad de la señal registrada en el dispositivo. Busque los peores escenarios que pueda encontrar: es probable que los usuarios finales encuentren los peores.

En caso de duda, consulte a un centro de pruebas de EMC. A menudo pueden consultar, por ejemplo, la validación de su enfoque con algunas mediciones puntuales. Con una antena personalizada, probablemente necesitará sus servicios más adelante de todos modos.

Para probar adecuadamente la antena como mínimo, se requieren los siguientes elementos

• Una antena fuente con el patrón y el transmisor conocidos, como un generador de señal de RF, crean señales conocidas
• La antena de prueba con un sistema receptor mide y monitorea la señal de RF recibida. En este caso, el dispositivo de onda z podría utilizarse como sistema receptor.
• La antena bajo prueba (AUT) debe probarse en función del ángulo. Es necesario utilizar un sistema de posicionamiento para rotar el AUT con respecto al sistema fuente.

A continuación se muestra un diagrama simple para ilustrar lo anterior.

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La configuración anterior ayudará a probar el AUT tanto en un transmisor como en un receptor.

Se debe seleccionar el siguiente conjunto de rangos apropiados para la aplicación. Los más comunes son

Rango elevado (espacio libre)

Las pruebas de espacio libre a veces se dividen aún más en pruebas exteriores e interiores. Para pruebas en interiores, una cámara anecoica funcionará muy bien.

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Rangos compactos

Es bueno considerar preformar pruebas de rango compacto. En el más simple de un reflector parabólico se utiliza para crear una onda plana apropiada para realizar las mediciones necesarias. A continuación se muestra un ejemplo elaborado.

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Después de que el equipo y la posible configuración de prueba se hayan determinado, se deben evaluar los fundamentos de la antena. La siguiente es una lista para considerar

• Patrones de radiación (ganancia y eficiencia)
• Impedancia ( V ensión S tanding W ave R atio)
• Ancho de banda
• Polarización

Referencias

• Introducción a la medición de antenas
• Diseño y evaluación de alcance de antena
• Mediciones de antena
• Guía de selección de antena
• Procedimientos de prueba para la implementación de la selección de frecuencia dinámica (DFS) en la banda de 5 GHz