Projeto rastreador cães localização GPS Bluetooth, interface para Iphone e Android, rastrea GSM, GPS, AGPS, GNSS, triangulação de antenas.
A antena…..
Veja nossas dicas de projetos e teste com antenas em pequenos espaços
Antenas talvez sejam os elementos mais críticos de um projeto e, portanto, demandam maior dedicação do projetista.
A ECK desenvolveu diversas soluções de IOT, rastreadores e iscas de cargas, portanto usamos muitas antenas projetadas em PCB ou mesmo antenas desenvolvidas em chips.
Um dos desenvolvimentos mais difíceis que tivemos que integrar 3 antenas, sendo que uma era para uso de duas frequências (WIFI e GPS) em um espaço do tamanho de um cartão de crédito.
O que é uma antena?
A antena serve para transformar campos eletromagnéticos em sinais elétricos e vice-versa.
O que voce deve considerar na escolha de uma antena?
- A eficiência da antena, geralmente compara-se a antena a uma antena linear, mas também é importante verificar a direcionalidade, se você precisa de uma antena de ganho linear uma patch de gps não vai servir;
- Mecânica da caixa, por exemplo: materiais como ABS e partes de fixação metálica (parafusos) próximos a antena tendem a alterar a frequência de ressonância, portanto se não puder evitar antenas que não tiverem banda passante mais larga podem não funcionar, no caso abaixo a antena permite uma variação de 1575 até 1605 Mhz;
- Distribuição de componentes, uma boa regra é não colocar componentes altos ou com partes metálicas perto das antenas, se não for possível melhor escolher uma antena do tipo etiqueta e grudá-la em um ponto melhor;
- Algumas antenas são projetadas para estarem na ponta da pcb e outras no meio, geralmente o fabricante fornece um arquivo com vários exemplos de uso e a eficiência;
- O ambiente de uso, por exemplo: algumas antenas saem de sintonia quando perto do corpo humano;
- Tamanho da placa de circuito impresso, muitas antenas alteram sua característica com o tamanho do plano terra.
A escolha da antena quase sempre é uma questão de balancear entre os ganhos e as perdas de cada característica da antena e do produto alinhado ao custo final, as vezes uma antena melhor pode garantir uma vantagem competitiva em termos de menor consumo e maior alcance.
Não é nada simples principalmente se voce levar em consideração que muitas vezes o processo produtivo e os insumos influenciam no resultado, uma antena PIFA em pcb depende da capacidade de quem produz a placa de circuito impresso, o fornecedor da pcb e seu processo repetitivo e vai requer um sistema de avaliação de fornecedor para garantir que o lote não apresenta problema.
O mesmo ocorre com componentes, geralmente recomendamos o uso de fornecedores de qualidade tipo Murata e no projeto escolhemos componentes para uso em RF, um capacitor para uso em RF construtivamente e diferente de um capacitor genérico, mesmo com o mesmo fator de precisão e estabilidade térmica.
Podemos dividir o projeto de um sistema de antena em duas partes:
-
O sinal que chega ou sai do gerador/receptor, caminha pelas trilhas e chega/sai da antena, nesse caso é um sinal elétrico;
-
A transformação desse sinal elétrico em ondas eletromagnéticas e vice-versa.
Analisando o sinal elétrico de uma antena e suas perdas
O gerador/receptor é projetado para uma impedância baixa, a trilhas ou se achar melhor para entender linhas de transmissão devem ser de 50R também e as antenas são de 50R.
Nesse mundo maravilhoso de 50R chegará somente metade da potência na antena, mas o mundo não é maravilhoso então vão ocorrer diferenças de impedância e com isso vai ser necessário um circuito de tuning, geralmente um circuito pi para compensar as perdas.
Como se mede a perda de uma eletrica antena?
Geralmente se usa um analisador de impedância que meça o VSWR.
O VSWR é a relação entre a tensão máxima e mínima que aparece na linha de transmissão, essas tensões surgem devido a reflexão do sinal que não consegue ser absorvido pela antena, se o casamento for perfeito o VSWR é igual a 1, as vezes representado de 1:1.
Na prática se voce obter um valor abaixo de 1,5, 1,5:1, voce terá uma perda de 4% que é bastante aceitável nesse tipo de projeto.
Abaixo você vê o teste que fizemos na antena da Johanson 1575 A do nosso projeto:
Nesse caso obtivemos o melhor ponto em 1637Mhz, mas a frequência de operação esta dentro de um VSWR abaixo de 1,5, nesse caso quando o cliente entregar a caixa definitiva faremos um tuning da antena, nesse momento o R10 é um curto e C6 e C10 do circuito acima não foram montado.
Como conseguir um baixo VSWR e melhorar o desempenho da sua antena?
Voce precisa construir uma guia de onda compatível com para isso existem vários aplicativos na internet que fazem esse cálculo. https://chemandy.com/calculators/coplanar-waveguide-with-ground-calculator.htm
Geralmente usamos componentes SMD do tamanho 0402 para ajuste do circuito de tuning, então é muito interessante voce usar a largura da trilha compatível com o tamanho 0402, ou seja, 0,67 mm dessa forma manterá o mesmo padrão do início ao fim na espessura da trilha/componente.
Veja nesse exemplo de Lora que a trilha da antena vai a um conector UFL, de forma reta e sem vias, isso diminui muito as perdas e, portanto, melhora o VSWR.
Existem várias vias atravessando os layers em volta da trilha da antena, isso serve para reduzir a emissão de campos elétricos que possam surgir entre o cobre dos dos layers.
A transformação desse sinal elétrico em ondas eletromagnéticas e vice-versa.
Como testar a eficiência de uma antena.
Esse sempre foi um problema pois tem muitas variáveis envolvidas e o correto é usar uma camera anecoica nas medições para evitar interferência externa, mas sabemos que isso muitas vezes é inviável.
Uma forma simples é usar um gerador de frequência e um medidor de intensidade de campo, voce vai gerar o sinal em uma antena linear e fazer a medição da intensidade de campo no medidor a uma distância de alguns metros, repetir o mesmo processo na sua antena montada na sua pcb, dentro da caixa de forma mais fiel a como será usada.
Alguns fabricantes fornecem a eficiência da antena em relação a uma antena linear em determinadas condições dessa forma voce poderá avaliar a eficiência do seu sistema, comparando o resultado obtido com o esperado, embora muitas vezes é difícil repetir as mesmas condições ou faltam informações.
Se o VSWR da antena estiver correto e mesmo assim voce tiver problemas com a eficiência pode ser o material da caixa plástica possa estar afetando ou algum componente metálico próximo.
Um SDR como o HackRf One é um investimento bastante interessante e ajuda na análise.
Esse assunto é muito extenso e buscamos trazer um pouco da nossa experiencia nessa area.
Esperamos que essas dicas de projetos e teste com antenas em pequenos espaços possam lhe ajudar em seus projetos.
Dicas de projetos e teste com antenas em pequenos espaços
Veja outros projetos da ECK
Projeto eletrônico trava de container com rastreador GPRS
Desenvolvemos projeto de uma trava eletrônica de container com GPRS, GPS, AGPS, GNSS, Lora e WIFI para controle logistico de mercadorias
Projeto eletrônico ESP32, GPS L80 RFM95 LoraWam MPU6060
Projeto desenvolvido para um cliente com ESP32 controlando um GPS (L80), um rádio LoraWam (RFM95) e um giroscópio MPU6060, podendo funcionar com e sem bateria. Esse é um projeto…
Sistema Controle IOT LoraWAN WIFI Avicultura
Sistema Controle IOT LoraWAN produção de Aves – Avicultura. Desenvolvemos sistema controle de produção de aves com ESP32 (Wifi) e dispositivos LoraWan (RFM95). O sistema faz leitura variáveis peso,…
Projeto sistema de gerenciamento recursos hídricos
Desenvolvemos Gerenciamento recursos hídricos ARM M4 da ST. Gerenciador recursos hídricos tem um sistema de logs de eventos PSD-Card e monitora dados poços artesianos por ate 60 dias exportando…
Desenvolvimento rastreador moto sem custo mensal
Rastreador moto sem custo mensal. Esse projeto foi desenvolvido visando não ter taxas mensais, o rastreador lê o GPS envia por SMS para o usuário, que pode bloquear a…
Projeto Balança Industrial Modbus com CS5530
Automação Projeto balança industrial Modbus usando CS5530. Desenvolvemos uma balança industrial usando o conversor AD CS5530 de baixo custo com interface Modbus e usando processador ARM M0 STM32F030. Requisitos3D cad…
Projeto balança de tronco para gado bovinos
Automação Projeto Balança de Gado com processador ARM e AD 24 bits. Esse foi um projeto que atuamos junto a engenharia do cliente de maneira a treiná-los para usar técnicas…
Sistema de controle GPRS e Bluetooth poço artesiano
Sistema de controle GPRS Bluetooth poço artesiano. Nesse desenvolvimento usamos modem M95 e dois processadores ARM para gerir consumo de água , bem como parâmetros de temperatura, PH, consumo…
Chave Comutadora Combustível Líquido Gasoso
Chave Comutadora Combustível Liquido Gasoso Requisitos: O cliente nos solicitou um projeto de uma chave comutadora de combustível liquido para gasoso. A chave deve monitorar o nível de combustível…