Jak mogę poprawnie przetestować antenę PCB mojego urządzenia?

Jestem w trakcie testowania urządzenia Z-Wave , które stworzyłem za pomocą anteny PCB. Chcę się upewnić, że antena ma dobry zasięg, a generowana siła sygnału jest wystarczająco silna i porównywalna z podobnymi urządzeniami w terenie.

Jak mogę prawidłowo przetestować zasięg mojego urządzenia?

zwave testing hardware

— Dom
źródło

Wydaje się, że jest to raczej pytanie z zakresu inżynierii elektrycznej / majsterkowania niż pytanie specyficzne dla Internetu Rzeczy.

— ArtOfCode,

@ArtOfCode, jeśli Twoja antena nie działa, nie masz urządzenia IOT. Cały czas widziałem to w branży. Tak, EE ma się pokrywać, ale jeśli w ogóle chcemy porozmawiać o tworzeniu urządzeń, będą się nakładać.

— Dom,

Dom, w tej witrynie nie chodzi o głębsze wyzwania inżynieryjne związane z projektowaniem i budowaniem tych urządzeń. Ta witryna jest bardziej zorientowana na użytkowników końcowych, którzy mają pytania dotyczące Internetu Rzeczy, rozwiązań, problemów związanych z bezpieczeństwem i działania ich urządzeń. Zawsze znajdzie się kawałek przejechać (problemy przemysł, bezproblemowe fotografowanie, optymalizacji i naprawy, na przykład), ale kwestie techniczne, które po prostu zdarzają się o IoT projektu są lepsze dopasowanie dla ekspertów w naszym Inżynieria / stron elektrycznych .

— Robert Cartaino

@RobertCartaino w fazie definiowania pojawiło się kilka pytań dotyczących rozwoju, takich jak: „Jakie protokoły możemy wykorzystać do komunikacji urządzenie z urządzeniem (D2D) w IOT, oprócz MQTT?” i „Buduję system, który zawiera aplikację mobilną i urządzenie sprzętowe obsługujące technologię Bluetooth. Jak zabezpieczyć komunikację między urządzeniami?”. Jeśli chcemy tylko pytań na poziomie konsumenta, tak, nie ma to tutaj sensu, ale jeśli mamy pytania dotyczące rozwoju i procesu tworzenia urządzenia IOT, potrzebujemy takich pytań.

— Dom,

Dom, patrząc na najlepsze przykładowe pytania (określające odbiorców docelowych dla tej witryny), uważam, że po prostu zadajesz pytania na niewłaściwej arenie - zwłaszcza biorąc pod uwagę, że stworzyliśmy kilka specjalistycznych witryn elektrycznych / inżynieryjnych ukierunkowanych specjalnie na autorytatywną odpowiedź na twoje pytanie.

— Robert Cartaino

Odpowiedzi:

Możesz użyć analizatora widma, aby upewnić się, że:

Antena emituje z prawidłową częstotliwością (zakresem).
Moc wyjściowa jest oczekiwaną (obliczoną teoretycznie) mocą wyjściową (lub jest wystarczająco bliska).

Wyższa wersja analizatora widma (w tym analizator współczynnika błędów bitowych) może pomóc w dalszym upewnieniu się, że nie tylko antena, ale także kodowanie jest prawidłowe.

— 50k4
źródło

Nie całkiem. Charakterystyka anteny ma znacznie więcej niż to.

— Sean Houlihane,

Istnieją dwa główne podejścia do charakteryzowania anteny i jej skuteczności w systemie, free spaceoraz in-situ. Pierwszy zapewni najlepszą linię bazową, jest mniej podatny na szumy pomiarowe (szczególnie jeśli masz dostęp do dużej komory bezechowej) i prawdopodobnie najlepiej sprawdza się przy wybieraniu między potencjalnymi wariantami anteny. In-situpomiary są znacznie mniej jednoznaczne, ale pozwalają sprecyzować możliwy scenariusz działania i wykluczyć głupie błędy (takie jak zapominanie, że końcowe urządzenie ma przewodzącą obudowę).

Oba podejścia wymagają pary nadawczo-odbiorczej. Jedno lub oba mogą być prawdziwymi urządzeniami, propagacja jest przemienna. Zachowaj ostrożność przy stosowaniu reprezentatywnych zasilaczy i autonomicznej pracy na prawdziwym urządzeniu testowym. Jeśli podłączysz kable zasilające lub szeregowe, stają się one częścią systemu antenowego.

Dobrą alternatywą dla analizatora widma jest radio programowane. Niektóre klucze sprzętowe USB-DVBTV mogą być używane przy bardzo niskich kosztach. W tym scenariuszu nie powinieneś się przejmować wiernością sygnału, wystarczy prosta siła sygnału.

Idealnie będziesz wystarczająco blisko, ponieważ nieskorygowany poziom błędu nie jest użyteczną miarą. Niezależnie, powinieneś zrozumieć, w jaki sposób siła sygnału, nieskorygowany poziom błędu i wydajność systemu są powiązane z ustaleniem, do którego punktu operacyjnego dążysz.

W przypadku pomiarów wolnej przestrzeni idealnie byłoby być na otwartym polu, wolnym od linii energetycznych i struktur odblaskowych przez wiele 10 metrów. Umieść tester na drewnianym stojaku i obserwuj go z odległości 5-10 metrów (przynajmniej kilka długości fali). Obróć go we wszystkich kierunkach i zmierz. Powtórz z urządzeniem porównawczym, powtórz z innymi wariantami, na których Ci zależy. Antena kierunkowa o częstotliwości będącej zwykle przedmiotem zainteresowania jest zwykle używana na jednym końcu zakresu testowego, co usuwa pewne zmiany wynikające z lokalizacji testowej (i twojej obecności w pobliżu tego końca)

W przypadku pomiarów in situ ważne jest wypróbowanie jak największej liczby realistycznych wdrożeń. Idealnie byłoby uruchomić urządzenie z urządzeniem, z jakością sygnału rejestrowaną na urządzeniu. Poszukaj najgorszych możliwych scenariuszy - użytkownicy końcowi prawdopodobnie znajdą jeszcze gorsze.

W razie wątpliwości skonsultuj się z placówką testową EMC. Często są w stanie skonsultować, na przykład, weryfikację twojego podejścia za pomocą niektórych pomiarów punktowych. Dzięki niestandardowej antenie zapewne będziesz potrzebować ich usług później.

— Sean Houlihane
źródło

Aby poprawnie przetestować antenę co najmniej, wymagane są następujące elementy

Antena źródłowa o znanym wzorze i nadajnik, taka jak generator sygnału RF, wytwarzają znane sygnały
Antena testowa z systemem odbiornika mierzy i monitoruje odbierany sygnał RF. W takim przypadku można zastosować urządzenie z-wave.
Testowana antena (AUT) musi być testowana jako funkcja kąta. Do obrócenia AUT względem systemu źródłowego należy użyć systemu pozycjonowania.

Poniżej znajduje się prosty schemat ilustrujący powyższe.

_{Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.}

Powyższa konfiguracja pomoże przetestować AUT zarówno nadajnik, jak i odbiornik.

Należy wybrać następny zestaw zakresów odpowiedni dla aplikacji. Najczęstsze z nich to

Zwiększony zasięg (wolna przestrzeń)

Testowanie wolnej przestrzeni dzieli się czasem na testy zewnętrzne i wewnętrzne. Do testów w pomieszczeniach komora bezechowa będzie działać bardzo dobrze.

_{Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.}

Kompaktowe zakresy

Warto rozważyć wstępne testowanie kompaktowego zakresu. W najprostszym z parabolicznych reflektorów służy do stworzenia fali płaskiej odpowiedniej do wykonania niezbędnych pomiarów. Poniżej znajduje się szczegółowy przykład.

_{Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.}

Po określeniu wyposażenia i możliwej konfiguracji testu należy ocenić podstawy anteny. Poniżej znajduje się lista do rozważenia

Wzorce promieniowania (zysk i wydajność)
Impedancji ( V yjście Output Napięcie S tanding W ave R tio)
Pasmo
Polaryzacja

Referencje:

— Mahendra Gunawardena
źródło