一. 物联网天线的使用环境
1.1 联网天线广泛应用于智能家居领域,比如智能门锁、智能摄像头等设备中,通过天线实现设备与家庭网络的连接,用户可以远程控制和监控家居设备。以智能摄像头为例,它通过天线将拍摄的画面实时传输到用户的手机上,方便用户随时查看家中情况
1.2 在工业自动化场景中,物联网天线用于连接各种工业设备和传感器,实现生产过程的智能化监控和管理。如工厂中的自动化生产线,通过物联网天线将各个设备的数据传输到中央控制系统,以便及时调整生产参数,提高生产效率
1.3 智能交通领域也是物联网天线的重要应用场景之一。例如,车联网中的车辆通过天线与路边基站、其他车辆进行通信,实现自动驾驶、交通信息共享等功能。在智能公交系统中,公交车通过天线与调度中心实时通信,以便合理安排发车时间和路线
二. 恶劣的自然环境考验
2.1 物联网天线常常需要面对极端温度的挑战。在高温环境下,如沙漠地区的物联网设备,天线的材料可能会因为温度过高而性能下降,影响信号传输。在低温环境下,如极地地区,天线可能会出现结冰、脆化等问题,同样会干扰信号的正常收发
2.2 湿度也是影响物联网天线性能的重要因素。在高湿度环境中,如热带雨林地区,天线容易受潮,导致内部电路短路或腐蚀,降低天线的使用寿命和性能
2.3 灰尘和颗粒物也会对物联网天线造成损害。在建筑工地、矿山等多尘环境中,灰尘可能会进入天线内部,覆盖在电路板上,影响电子元件的散热和正常工作,进而影响天线的信号传输质量
三 复杂的电磁环境干扰
3.1 在城市中,大量的电子设备同时运行,产生了复杂的电磁信号 例如,基站、电视台、广播电台等发射的信号,以及手机、电脑、微波炉等日常电子设备产生的电磁辐射,都会对物联网天线的信号产生干扰。当物联网设备靠近这些干扰源时,天线可能会接收到错误的信号,导致数据传输错误或中断
3.2 工业环境中的电磁干扰更为严重 工厂中的大型电机、变压器、电焊机等设备在运行时会产生强烈的电磁干扰,这些干扰信号的频率范围很广,强度也很大,对物联网天线的正常工作构成了巨大威胁。在这种环境下,物联网天线需要具备良好的抗干扰能力,才能保证设备的稳定运行
四 物联网天线行业标准概述
4.1 带宽要求方面,物联网天线需要满足不同通信协议和应用场景的带宽需求。例如,对于高速数据传输的应用,如高清视频监控,天线需要具备较宽的带宽,以确保视频信号的流畅传输。一般来说,4G网络的通信带宽要求在几百MHz到几个GHz之间,5G网络的带宽则更高,这就要求物联网天线能够适应这些不同的带宽要求
4.2 频率范围上,物联网天线要能够工作在特定的频段。不同的物联网应用可能使用不同的频段,如NB - IoT使用的是授权频段,而LoRa则使用的是未授权频段。天线的设计需要根据具体的应用场景和频段要求进行优化,以确保在相应频段上能够高效地收发信号
4.3 辐射性能是衡量物联网天线的重要指标之一,包括天线的增益、辐射图案和辐射效率等。高增益的天线可以提高信号的传输距离和强度,良好的辐射图案可以确保信号在所需的方向上进行传播,而高辐射效率则可以减少能量的损耗,提高天线的性能
五 EMC电磁兼容标准内容
5.1 电磁兼容的基本概念 EMC 即电磁兼容性,是指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。例如,当我们在使用电脑时,旁边的手机来电不会导致电脑屏幕出现闪烁或干扰声音,这就说明电脑和手机都具备一定的电磁兼容性
EMI 是电磁干扰,是指电子设备通过电磁波对其他电子设备产生干扰的现象。比如,当我们看电视时,旁边有人使用电吹风,电视屏幕上出现雪花噪点,这就是电吹风产生的电磁干扰影响了电视的正常接收
5.2 EMS 是电磁敏感度,是指由于电子设备受到外界的电磁能量,造成自身性能下降的容易程度。同样以电视为例,不同品牌的电视在受到相同的电磁干扰时,有些电视可能会出现明显的画面干扰,而有些电视则影响较小,这就反映了它们电磁敏感度的差异
5.3 相关标准与测试项目 空间辐射测试 主要依据EN55011、13、22 、CISPR11、13、22、FCC Part 1518等标准,测试天线在空间中辐射的电磁干扰强度。如果天线的空间辐射超标,可能会对周围的其他电子设备造成干扰,影响其正常工作
5.4 传导干扰测试 参考EN55011、13、14-1、15、22等标准,检测干扰源通过导电介质,如电线,把自身电网络上的信号耦合到另一个电网络的情况。例如,电脑电源如果存在传导干扰,可能会通过电源线对家里的其他电器设备产生影响
5.5 静电放电测试 遵循IEC61000-4-2、EN61000-4-2、GB/T17626.2等标准,模拟设备在使用过程中可能受到的静电放电情况,检验天线及设备的抗静电能力。静电放电可能会瞬间产生高电压,对电子设备的电路造成损坏,因此这项测试对于确保设备的可靠性非常重要
六 物联网天线容易出现的问题
6.1 在物联网设备小型化的趋势下,设备内部空间极为有限,这给天线的集成带来了极大困难 例如:智能手表、蓝牙耳机等小型可穿戴设备,其内部空间要容纳电池、处理器、传感器等众多组件,留给天线的空间非常小;在这种情况下,天线的尺寸不得不被压缩,而天线的性能通常与尺寸相关,尺寸减小往往会导致性能下降
6.2 天线与其他组件的相互干扰也是一个常见问题,当天线靠近电池、处理器等组件时,电池的金属外壳可能会使天线失谐,改变其工作频率;处理器产生的电磁噪声也可能被天线拾取,干扰信号的接收和传输 以智能手机为例,电池和主板上的处理器等组件距离天线较近,如果设计不合理,就会影响手机的信号接收质量
6.3 小型化导致天线谐振效率降低。天线的工作原理是与特定波长谐振,尺寸通常与波长成比例。当天线尺寸减小,其与波长有效谐振的能力会受到影响,导致信号强度降低和传输范围减小。例如,一些小型物联网设备的信号传输距离明显不如大型设备,这很大程度上是因为天线小型化带来的谐振效率降低问题
6.4 天线的阻抗控制和匹配非常关键。射频天线传输的信号属于高速模拟信号,为了保证射频信号无损地从模组天线管脚传输至天线,需要确保模组和天线的射频PCB传输线以及匹配电路的性能良好。根据传输线理论,当负载阻抗与传输线特征阻抗不匹配时,会产生反射,导致传送到负载的功率减小 例如 在4G模组天线设计中,如果阻抗不匹配,可能会导致信号反射,降低信号传输的效率和质量
6.5 天线传输线的设计也会直接影响信号传输性能。连接到模组RF天线焊盘的RF走线必须使用微带线或者其他类型的RF走线,并将阻抗控制在50欧姆左右。在靠近天线的地方预留Π型匹配电路,以便在天线调试时能够进行匹配调整。如果天线走线设计不合理,比如走线过长、过细,或者与周围的地平面距离不合适,都可能会增加信号的损耗和干扰,影响信号的传输
七 使用NRESDTLC5V0D8B物料是解决方案
7.1 它具有极低的电容,仅为0.15pF 在高速率的信号传输中,低电容可以减少信号的失真和衰减,确保信号的完整性和准确性 例如: 在5G通信等高速数据传输场景中,低电容特性使得该物料能够更好地适应高频信号的传输要求,提高数据传输的速率和稳定性
7.2 它具备强静电防护能力,能够有效保护天线等设备免受静电放电的损害,在实际使用过程中,设备不可避免地会受到静电的影响,而静电放电可能会瞬间产生高电压,对电子设备的电路造成损坏 它的强静电防护能力可以为设备提供可靠的保护,降低设备因静电而损坏的风险,提高设备的使用寿命和可靠性
7.3 该物料采用DFN1006封装,体积小巧,非常适合在空间有限的物联网设备中使用。如智能传感器、小型可穿戴设备等,这些设备对元件的体积要求较高,它的小尺寸封装能够满足它们的设计需求,便于在有限的空间内实现高效的电路布局
7.4 双向5V的特性使其适用于多种电压环境,在天线、HDMI等应用中表现出色 以天线应用为例,它可以在不同的电压条件下稳定工作,为天线提供可靠的静电防护和信号传输支持,确保天线在各种复杂的工作环境下都能正常运行