Wie kann ich die PCB-Antenne meines Geräts richtig testen?

Ich teste gerade ein Z-Wave- Gerät, das ich mit einer PCB-Antenne erstellt habe. Ich möchte sicherstellen, dass die Antenne eine gute Reichweite hat und die erzeugte Signalstärke stark genug und vergleichbar mit ähnlichen Geräten im Feld ist.

Wie kann ich mein Gerät richtig testen?

Sie können einen Spektrumanalysator verwenden , um Folgendes sicherzustellen:

• Die Antenne sendet mit der richtigen Frequenz (Reichweite) aus.
• Die Ausgangsleistung ist die erwartete (theoretisch berechnete) Ausgangsleistung (oder sie liegt nahe genug).

Eine höhere Version eines Spektrumanalysators (einschließlich eines Bitfehlerratenanalysators) kann Ihnen dabei helfen, sicherzustellen, dass nicht nur die Antenne, sondern auch die Codierung korrekt ist.

Es gibt zwei Hauptansätze zur Charakterisierung einer Antenne und ihrer Wirksamkeit im System free spaceund in-situ. Die erste Methode liefert eine Best-Case-Basislinie, ist weniger anfällig für Messgeräusche (insbesondere, wenn Sie Zugang zu einer großen schalltoten Kammer haben) und eignet sich wahrscheinlich am besten für die Auswahl zwischen möglichen Antennenvarianten. In-situMessungen sind weitaus weniger endgültig, ermöglichen es Ihnen jedoch, ein mögliches Arbeitsszenario genau zu bestimmen und dumme Fehler auszuschließen (z. B. zu vergessen, dass das Endgerät über ein leitfähiges Gehäuse verfügt).

Beide Ansätze erfordern ein Sende-Empfangs-Paar. Entweder eines oder beide können echte Geräte sein, die Ausbreitung erfolgt kommutativ. Achten Sie darauf, repräsentative Netzteile und autonomen Betrieb an realen Testgeräten zu verwenden. Wenn Sie Stromkabel oder serielle Kabel anschließen, werden diese Teil des Antennensystems.

Eine gute Alternative zu einem Spektrumanalysator ist ein Software Defined Radio. Bestimmte USB-DVBTV-Dongles können zu sehr geringen Kosten verwendet werden. In diesem Szenario sollten Sie sich nicht so viele Gedanken über die Signaltreue machen. Eine einfache Signalstärke sollte ausreichen.

Im Idealfall sind Sie der Meinung, dass die nicht korrigierte Fehlerrate keine nützliche Messgröße ist. Unabhängig davon sollten Sie verstehen, wie sich die Signalstärke, die nicht korrigierte Fehlerrate und die Systemleistung darauf auswirken, welchen Betriebspunkt Sie anstreben.

Für Freiraummessungen befinden Sie sich idealerweise für viele Zehntel Meter auf freiem Feld, frei von Stromleitungen und reflektierenden Strukturen. Stellen Sie den Prüfling auf einen Holzständer und beobachten Sie ihn aus einer Entfernung von 5 bis 10 Metern (mindestens mehrere Wellenlängen). In alle Richtungen drehen und messen. Wiederholen Sie dies mit einem Vergleichsgerät und mit allen anderen Variationen, die Sie interessieren. Eine Richtantenne mit der Frequenz von Interesse wird normalerweise an einem Ende des Testbereichs verwendet. Dadurch werden Abweichungen aufgrund des Testorts (und Ihrer Anwesenheit in der Nähe dieses Endes) beseitigt.

Für In-situ-Messungen ist es wichtig, so viele realistische Bereitstellungen wie möglich zu testen. Idealerweise würden Sie Geräte-zu-Geräte ausführen, wobei die Signalqualität auf dem Gerät protokolliert wird. Suchen Sie nach den Worst-Case-Szenarien, die Sie finden können - Endbenutzer werden wahrscheinlich noch schlechtere finden.

Wenden Sie sich im Zweifelsfall an eine EMV-Prüfstelle. Sie können sich häufig beraten lassen, um beispielsweise Ihren Ansatz anhand einiger Punktmessungen zu validieren. Mit einer benutzerdefinierten Antenne werden Sie deren Dienste wahrscheinlich sowieso später benötigen.

Um die Antenne mindestens richtig zu testen, sind die folgenden Punkte erforderlich

• Eine Quellantenne mit dem bekannten Muster und ein Sender wie ein HF-Signalgenerator erzeugen bekannte Signale
• Die Testantenne mit einem Empfängersystem misst und überwacht das empfangene HF-Signal. In diesem Fall könnte das Z-Wave-Gerät ein Empfängersystem sein.
• Die zu testende Antenne (AUT) muss als Funktion des Winkels getestet werden. Ein Positionierungssystem muss verwendet werden, um den AUT in Bezug auf das Quellensystem zu drehen.

Unten ist ein einfaches Diagramm, um das Obige zu veranschaulichen.

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Das obige Setup hilft dabei, den AUT sowohl als Sender als auch als Empfänger zu testen.

Der nächste Satz von Bereichen, der für die Anwendung geeignet ist, muss ausgewählt werden. Die häufigsten sind

Erhöhte Reichweite (Freier Speicherplatz)

Das Testen von freiem Speicherplatz wird manchmal weiter unterteilt in Tests im Freien und in Tests in Innenräumen. Für Indoor-Tests eignet sich eine schalldichte Kammer sehr gut.

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Kompakte Bereiche

Es empfiehlt sich, die Durchführung von Kompaktbereichstests in Betracht zu ziehen. Im einfachsten Fall wird aus einem Parabolreflektor eine geeignete ebene Welle erzeugt, um die erforderlichen Messungen vorzunehmen. Unten finden Sie ein ausführliches Beispiel.

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Nachdem die Ausrüstung und der mögliche Testaufbau ermittelt wurden, müssen die Grundlagen der Antenne bewertet werden. Es folgt eine zu berücksichtigende Liste

• Strahlungsmuster (Verstärkung und Effizienz)
• Impedanz ( V oltage S tanding W ave R atio)
• Bandbreite
• Polarisation

Verweise:

• Einführung in die Antennenmessung
• Design und Bewertung der Antennenreichweite
• Antennenmessungen
• Anleitung zur Antennenauswahl
• Testverfahren für die Implementierung von Dynamic Frequency Selection (DFS) im 5-GHz-Band