Новая маркетинговая политика Quectel: беспроводные модули в комплекте с антеннами.
Часть 1

№ 4’2020
PDF версия
Современные антенны беспроводных систем для приложений IoT и 5G представляют собой сложные электронные устройства. Основные тенденции развития антенн для этих приложений связаны с дальнейшим уменьшением размеров конструкций, увеличением частоты и ширины полосы и специализацией антенн для конкретных устройств. Часто разработчики выбирают антенну на последнем этапе проектирования беспроводного устройства, не уделяя должного внимания поиску специализированной антенны, которая наилучшим образом удовлетворяла бы всем требованиям проекта. Такой подход может вызвать ошибки проектирования и, как следствие, дополнительные затраты. Учитывая важность этой проблемы, концерн Quectel Wireless Solutions анонсировал новую маркетинговую стратегию, в рамках которой покупателю предлагается не только само беспроводное устройство, но также оптимальным образом подобранные антенны и соединительные кабели.

Антенна — это неотъемлемая часть беспроводного устройства, предназначенная для излучения или приема радиоволн. В зависимости от назначения антенны подразделяются на приемные, передающие и приемопередающие. В классическом определении приемная антенна — это устройство, принимающее энергию электромагнитного поля радиоволн и преобразующее ее в электрический сигнал, усиление которого в дальнейшем выполняет радиоприемник. Примерно так же, только наоборот определяется передающая антенна. Таким образом, ни одно беспроводное устройство не может обойтись без определенного типа антенн.

На сегодня существует множество типов антенн, от простейших до крайне сложных. Широко используются комбинированные антенны, состоящие из разных типовых конструкций, размещенных в одном корпусе. Так, в корпусе Samsung Galaxy S8 размещены отдельные миниатюрные антенны Bluetooth, GPS, Wi-Fi, NFC и четыре антенны Cellular LTE. При совместной работе они должны поддерживать передачу данных на гигабитных скоростях. С развитием индустрии активных электронных компонентов интенсивно растет и направление микроантенн. Разрабатываются новые физические принципы резонанса электромагнитных волн, вплоть до самых экзотических. Например, недавно появилось сообщение об антенне для сетей VHF и UHF, в которой для формирования радиосигналов вместо металлического резонатора используется соленая вода и пластик [1]. В последние годы появляются сложные конструкции миниатюрных многофункциональных антенн, размещенных на отдельных гибких и жестких печатных платах или встроенных в микросборки.

Основные тенденции развития антенн, предназначенных для приложений IoT и 5G, связаны с дальнейшим уменьшением размеров конструкций с одновременным увеличением частоты и ширины полосы.

Размеры современных компактных антенн, работающих с резонансом на определенных длинах волн, ограничиваются примерно одной десятой их резонансной длины волны. Новые антенны, созданные в США, могут быть уменьшены до размеров, составляющих всего одну тысячную длины волны, которую они могут принимать и передавать, без какого-либо снижения производительности. Эти новые антенны состоят из тонких мембран, включающих два вида пленок. Пьезомагнитные пленки железо-галлий-бор преобразуют механические колебания в магнитные сигналы и наоборот. Они соединены с пьезоэлектрическими пленками нитрида алюминия, которые преобразуют механические колебания в электрические сигналы [2].

Другая тенденция развития сегмента радио-антенн связана с проектированием специальных типов, предназначенных для конкретных беспроводных устройств. Очень часто разработчики выбирают антенну на последнем этапе проектирования беспроводного устройства, не уделяя должного внимания поиску специализированной антенны, которая наилучшим образом удовлетворяла бы всем требованием проекта. Такой подход не является обоснованно правильным и может вызвать ошибки проектирования и, как следствие, дополнительные затраты.

Например, для стационарных и переносных устройств с аналогичными техническими характеристиками, возможно, придется использовать разные типы антенн. Так, для стационарного устройства наиболее важно направление луча антенны и ее мощность. В то время как для носимого устройства нужно учитывать удельную мощность поглощения излучения (SAR — specific absorption rate), а также то, как антенна расположена по отношению к телу человека. Для аналогичного устройства, установленного на быстро движущемся объекте, при выборе антенны необходимо учитывать удаленность от передатчика, наличие внешних помех, климатические условия и т. д. Эффективность работы встроенной антенны зависит от ее расположения внутри устройства, экранирования различными деталями, а также от внешних и внутренних наводок. Следует обратить внимание, что неправильный выбор антенны и ее расположение могут заметно увеличить энергопотребление устройства. Это особенно важно для IoT, где некоторые устройства LPWA должны работать без замены батареи несколько лет.

Для устройств IoT немаловажное значение имеет себестоимость. Поэтому при производстве в миллиардных количествах акцент будет сделан на автоматизацию производства и упрощение конструкции устройства. С этой точки зрения на первое место выйдут устройства с антеннами для поверхностного монтажа (SMD), а также с антеннами на гибких и твердых печатных платах (FPC/PCB). Эти типы антенн потребуют очень тщательной проработки конструкции, обеспечивающей наибольшую эффективность при наименьшей уязвимости к наводкам.

Учитывая важность этой проблемы, один из ведущих мировых производителей беспроводных модулей и модемов китайский концерн Quectel Wireless Solutions (далее — Quectel) приступил к реализации своей новой маркетинговой стратегии, в рамках которой покупателю предлагается не только само беспроводное устройство, но и оптимальным образом подобранные антенны и соединительные кабели.

На презентации, состоявшейся 8 апреля 2021 года в Шанхае, Quectel представил свою новую линейку антенн для беспроводных IoT-устройств, насчитывающую свыше 250 различных комбинаций внешних и встроенных антенн [3].

 

Антенны Quectel для приложений IoT и 5G

Сегодня Quectel предлагает широкую линейку стандартных и специализированных высокопроизводительных антенн, изготовленных с использованием последних научных и технологических достижений в этой отрасли. Антенны Quectel предназначены для самых разных приложений, среди которых следует отметить антенны для беспроводных устройств стандартов 5G/4G/LTE, NB-IoT. В каталоге этих антенн есть как простые дешевые внешние антенны, так и сложные встроенные антенны в конструктивах для поверхностного монтажа (SMD), на гибких и жестких печатных платах (flexible printer circuit — FPC, printed circuit board — PCB). Кроме того, Quectel поставляет активные, пассивные и комбинированные антенны для систем спутниковой навигации GNSS [4].

В своей презентации Колин Ньюман (Colin Newman), директор департамента антенн Quectel Wireless Solutions, в частности отметил, что особое место в новом направлении фирмы занимают антенны 5G, разработанные специально для последнего поколения модулей New radio — NR. Комплекты этих модулей и соответствующих им антенн производства Quectel позволят существенно увеличить скорости и пропускную способность в сетях 5G на частотах ниже 6 ГГц.

Основные технические характеристики антенн Quectel для сетей 5G и приложений IoT представлены в таблице 1. Поскольку для приложений IoT могут оказаться важными различные направления распространения радиосигналов, в сводной таблице 1 приведены значения пикового усиления (Peak gain, dBi — дБи).

Таблица 1. Основные технические характеристики антенн Quectel для сетей 5G и приложений IoT

Наименование

YB0007AA

YE0001BA

YE0003AA

YE0007AA

YE0011AA

YE00025AA

YFS001

YF0008AA

YP0001AA

YXH001AA

Частотный
диапазон, МГц

700–960,

1710–2690,

3300–5000

600–6000

699–5000

600–5000

824–960, 1710–2170

698–960,

1710–5000

700–960,

1710–2700,

3300–3800,

4400–5000

700–6000

600–6000

700–960,

1710–2690,

3300–5000

Тип антенны

Четыре 5G-антенны
в одном корпусе

 LTE 4G & 5G

 5G

 LTE 4G & 5G

Stubby Antenna

 5G

 5G & LTE 4G

 5G & LTE 4G

 5G (PCB)

 5G & LTE 4G

Пиковое значение усиления, дБи

≥ –0,5

5

2

5

3

2

3

5

2

4,5

Коэффициент стоячей волны по напряжению (VSWR)

≤ 4

≤ 3

≤ 5

≤ 3

≤ 3,5

≤ 5

≤ 4,5

≤ 2,5

≤ 3

≤ 4

Средняя эффективность

700–960 МГц: 30%

600–960 МГц:

40%

699–960 МГц:

40%

600–960 МГц:

40%

824–960 МГц: 20%

698–960 МГц:

38%

700–960 МГц:

40%

700–960 МГц:

30%

600–960 МГц:

30%

700–960 МГц:

35%

1710–2690 МГц: 50%

1710–2690 МГц:

50%

1710–2690 МГц:

50%

1710–2690 МГц:

50%

1710–2170 МГц:

40%

1710–2690 МГц:

45%

1710–2700 МГц:

50%

1710–2690 МГц:

60%

1710–2690 МГц:

50%

 1710–2690 МГц:

30%

3300–5000 МГц: 50%

3000–5900 МГц:

50%

3000–5000 МГц:

45%

3000–5900 МГц:

45%

 

3000–5000 МГц:

35%

3300~3800 МГц; 4400~5000 МГц:

50%

3300–5900 МГц:

50%

3300–6000 МГц:

50%

3300–5000 МГц:

40%

Регулировка наклона

Нет

Шарнирная регулировка наклона

Нет

Область применения

5G/4G/3G/2G GNSS

5G/4G/3G/2G

NB-IoT/3G/2G

5G/4G/3G/2G

Разъем

SMA Male

Type-N connector (male)

IPEX

SMA Male

Импеданс (Ом)

50

Габаритные размеры (мм)

4 антенны
в одном корпусе L 43,
D 120, 4 кабеля 500 мм

Плоская
221×27×14

Плоская
190×16

Плоская
152×22×15

Цилиндр
H 50, D 10

 Плоская
199×22

Цилиндр
H 300, D 22.6

112,5×16,2

(кабель
по заказу)

107,25×14×0,4 (кабель по заказу)

Штыревая

на магните 285×45, кабель 1000 мм

Оптимальный вариант использования
с модулями Quectel

RM500Q-GL RM502Q-GL 5G/LTE -LPWA Standard Queltec Modules

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

BC95-G/

LPWA/ UMTS/

GSM/GPRS

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

5G/LTE-A/

LPWA/LTE-Standard/GSM/

GPRS/Wi-Fi/

Smart Module

RG500Q/

RM500Q/

EM20/EP06/

EG06/EG12/

EG18/EM06/

EM12

Документация

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[4]

[4]

[12]

Это значение определяется как отношение максимальной плотности мощности в направлении пика главного луча при определенной входной мощности по сравнению с плотностью мощности изотропного излучателя. Более подробную информацию можно найти в технической документации на каждую из антенн, ссылки на которые приведены в последней строке таблицы 1.

В основном в этой линейке представлены широкополосные антенны Cellular LTE 5G/4G/3G/2G для частотных диапазонов 700–960, 1710–2700, 3300–3800, 4400–5000 МГц. Эти антенны, поддерживающие несколько беспроводных технологий, разработаны для шлюзов, роутеров и мобильных устройств различных приложений IoT. Они обеспечивают уверенный прием сигналов 5G в диапазонах 3,4–3,8 ГГц, а также в диапазоне около 5 ГГц по всему миру, в том числе и в РФ. Кроме того, они поддерживают работу в сетях 4G LTE. Для случаев резервной связи через точки доступа предусмотрена работа в сетях 3G/2G. Две модели из этого ряда, YE0001BA и YP0001AA, имеют расширенный частотный диапазон 600–6000 МГц.

Антенны 5G Quectel разработаны с учетом последних достижений в этой области электроники. Часть антенн имеет шарнирный механизм, позволяющий фиксировать их в нужном направлении. Внешний вид такой антенны YE0007AA показан на рис. 1.

Внешний вид 5G-антенны Quectel YE0007AA с шарнирным разъемом SMA

Рис. 1. Внешний вид 5G-антенны Quectel YE0007AA с шарнирным разъемом SMA

Антенны типа YE0007AA относятся к общему широкому классу Sleeve antennas, включающему множество разнообразных конструкций. Основным отличительным свойством этого класса антенн является базовая «рукавная» конструкция. В простейшем варианте sleeve-антенна состоит из внутреннего металлического радиатора, отделенного с помощью диэлектрика от внешней металлической втулки (sleeve), окружающей радиатор. Внешняя втулка (sleeve) соединена с «земляной» оплеткой кабеля, центральная жила которого подключена к радиатору антенны. Более сложная конструкция имеет две втулки, размещенные в нижней и в верхней части радиатора. В зависимости от диапазона частот и конкретного назначения Sleeve antennas могут иметь разнообразные конструкции, выполненные по технологиям PCB & FCB. Печатные элементы антенн размещены в герметичном ударопрочном пластмассовом корпусе (ABS). В основном Quectel-антенны оснащены разъемом SMA (Male pin with internal thread), с помощью которого они крепятся на устройстве. Кроме того, есть модели с разъемами Type-N connector (male) и IPEX.

Благодаря уникальным конструкциям антенны Quectel обеспечивают уверенный прием во всех направлениях, что особенно важно для приложений IoT. В качестве примера на рис. 2 показаны диаграммы направленности 5G-антенны Quectel YE0007AA, имеющей линейную поляризацию.

Диаграммы направленности 5G-антенны Quectel YE0007AA на частоте 4,98 ГГц

Рис. 2. Диаграммы направленности 5G-антенны Quectel YE0007AA на частоте 4,98 ГГц

Плоскость H соответствует плоскости XY, когда ордината Z совпадает с направлением антенны. При этом плоскости E1 и E2 соответствуют плоскостям XZ и YZ.

Характерными чертами этих антенн являются широкая полоса рабочих частот, небольшие размеры, многодиапазонность и достаточно большое усиление.

В линейке антенн Quectel есть также антенны с вертикальной поляризацией. Конструктивные особенности таких антенн позволяют получать повышенную избирательность в широком диапазоне частот. Например, 30-см антенна YFS001AA, выполненная в виде фиберглассовой трубки с размещенным внутри медным радиатором сложной формы, имеющая разъем на шарнире N type (Male pin with internal thread), предназначена для работы в диапазонах 700–960, 1710–2700, 3300–3800, 4400–5000 МГц. На рис. 3 показана зависимость VSWR этой антенны YFS001AA от частоты.

Зависимость VSWR антенны YFS001AA от частоты

Рис. 3. Зависимость VSWR антенны YFS001AA от частоты

Как видно на рис. 3, конструкция модели YFS001AA обеспечивает достаточно хорошую избирательность в заявленных режимах за счет подавления приема сигналов в соседних диапазонах. Говоря о преимуществах этой модели, следует обратить внимание и на то, что она имеет аттестат IP67 по классу пыле-, влагозащиты.

Для мобильных устройств IoT большое значение имеют размеры, надежность и стоимость антенны. С этой точки зрения антенны на гибких печатных платах (FPC) имеют неоспоримые преимущества для «Интернета вещей». Современные материалы и технологии позволяют производить уникальные конструкции антенн, сочетающие сложные диаграммы направленности при небольших размерах и невысокой стоимости. Существуют антенны FPC толщиной всего 0,1 мм. Такие антенны можно легко устанавливать непосредственно на печатной плате мобильного устройства. Кроме того, они могут быть использованы в трехмерных антенных сборках. Важно и то, что гибкие печатные платы позволяют придавать антенне желаемую геометрическую форму, например оборачивать антенну вокруг приемника.

В линейке 5G-антенн Quectel, изготовленных в конструктиве FPC, есть две модели — YF0008AA и YP0001AA. Конструкция 5G-модели YF0008AA показана на рис. 4.

Конструкция FPC-антенны YF0008AA

Рис. 4. Конструкция FPC-антенны YF0008AA

Эти антенны с линейной поляризацией характеризуются высокой эффективностью во всем диапазоне рабочих частот. Зависимость эффективности от частоты антенны YF0008AA показана на рис. 5.

Зависимость эффективности от частоты антенны YF0008AA

Рис. 5. Зависимость эффективности от частоты антенны YF0008AA

Наиболее перспективной технологией мобильной связи LPWA лицензируемого диапазона, предназначенной для использования в приложениях IoT, считается NB-IoT. Технология Narrow-Band IoT (NB-IoT) регламентирована наряду с технологиями EC-GSM-IoT, LTE-MTC в стандарте 3GPP Rel 13. Эта технология базируется на так называемом методе узкополосной радиосвязи (narrowband), в котором полоса шириной 180 кГц используется для передачи эпизодических коротких сообщений как от базовой станции к мобильному устройству, так и в обратном направлении.

В стандарте 3GPP Rel 13 рассмотрено три варианта частотных диапазонов для технологии NB-IoT, в зависимости от зоны разрешенных частот стандартных технологий UMTS/LTE:

  • Stand Alone — использование несущей стандартной технологии GSM для полосы NB-IoT;
  • Guard Band — в качестве рабочего диапазона используется защитный интервал стандартного варианта технологии LTE Rel 8;
  • In Band — рабочая полоса частот находится внутри разрешенного спектра стандартного варианта технологии LTE Rel 8.

Например, в режиме Stand Alone устройство NB-IoT работает в диапазоне 945–952 МГЦ при приеме, а в диапазоне 900–907,5 МГц при передаче данных.

Для работы с технологией NB-IoT и модулями BC95-G фирма Quectel рекомендует использовать антенну YE0011AA. Эта антенна предназначена для эксплуатации в двух диапазонах частот: 824–960 МГц и 1710–2170 МГц. Она выполнена в конструктиве, известном во всем мире под сленговым названием rubber ducky, который объединяет целый класс гибких коротких антенн в резиновом корпусе. Благодаря своей компактности и универсальности эти антенны успешно используются для связи беспроводных устройств на небольших расстояниях.

Фактически rubber ducky представляет собой короткую несимметричную штыревую антенну с нагрузочной индуктивной катушкой, размещенной в основании. В четвертьволновой rubber ducky нет штыревой части, а роль индукционной нагрузочной катушки выполняет сама антенна. Конструктивно антенна rubber ducky изготовлена в виде проволочной спирали, которая размещена в резиновой или пластиковой герметичной оболочке. Если витки пружины имеют диаметр, заметно превышающий длину, антенна будет иметь узкую полосу пропускания. И наоборот, если витки пружины существенно меньше длины решетки, то антенна будет иметь максимально возможную ширину полосы пропускания.

В качестве примера антенн этого типа можно привести модель Quectel YE0011A, внешний вид которой показан на рис. 6. Это всенаправленная антенна, с полным круговым покрытием 360° в горизонтальной плоскости, предназначена для устройств NB-IoT в диапазоне 824–960 МГц. Кроме того, антенну можно использовать совместно с устройствами 3G в диапазоне 1710–2170 МГц.

Внешний вид антенны YE0011A (класс stubby)

Рис. 6. Внешний вид антенны YE0011A (класс stubby)

Благодаря индуктивной нагрузке антенны rubber ducky имеют высокую добротность. Поэтому по мере отклонения от центральной частоты антенны ее КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) увеличивается, что, естественно, снижает эффективность использования вне рабочего диапазона. На рис. 7 показана зависимость КСВН антенны YE0011A от частоты.

Зависимость КСВН антенны YE0011A от частоты

Рис. 7. Зависимость КСВН антенны YE0011A от частоты

Ярко выраженные минимумы КСВН на частотах 824 и 960 МГц, а также на частотах 1710 и 1990 МГц указывают на избирательность и высокую эффективность работы этой антенны в частотных диапазонах, занимаемых устройствами NB-IoT в режимах Stand Alone (GSM), Guard Band (LTE), In Band (LTE).

Антенны rubber ducky имеют меньшее усиление, чем полноразмерные четвертьволновые антенны, что снижает радиус их действия. Например, для антенны Quectel YE0011AA значение КСВН (VSWR) в среднем не превышает 3,5, а пиковое усиление находится в районе 3 дБи.

Эти антенны используются для двухсторонней связи между устройствами, для которых максимальная дальность не является основным требованием, — таких, например, как простые устройства IoT и Smart Home. Конструкция rubber ducky — это своего рода компромисс между усилением антенны, небольшими размерами, простотой конструкции и низкой стоимостью.

Следует отметить, что антенны типа rubber ducky могут иметь несколько иную конструкцию, чем простая проволочная спираль. Так, хорошие параметры имеют антенны типа LDS (Laser Direct Structuring) со спиралью, прорезанной лазером в слое металла, напыленного на трубку из диэлектрика. Существует также подкласс антенн этого типа, но с жесткой ударопрочной конструкцией, получившей название stubby antenna. Эти короткие прочные антенны в последние годы стали популярны как замена стандартных штыревых антенн на старых марках автомобилей [13].

Технология LDS используется и при производстве других типов антенн, в которых радиатор изготавливается на автоматизированной линии с помощью прецизионного лазера. Такие антенны отличается очень высокой точностью и воспроизводимостью параметров. В этой технологии лазерную дорожку можно проложить непосредственно на корпусе устройства или на крепежном кронштейне, что позволяет значительно уменьшить габариты антенны [14].

Для автомобильных приложений Quectel предлагает антенну YXH001AA (рис. 8). Эта 5G-антенна выполнена в классическом конструктиве штыревой антенны со спиральной нагрузкой в базе. Магнитная основа диаметром 45 мм и кабель длиной 1 м позволяют легко монтировать ее на крыше автомобиля.

Штыревая антенна 5G YXH001AA

Рис. 8. Штыревая антенна 5G YXH001AA

Современные широкополосные, высокоскоростные модули 5G и LTE используют несколько антенн различных диапазонов. Одна из актуальных задач IoT и интеллектуальных гаджетов заключается в том, как разместить все больше и больше антенн во все уменьшающиеся габариты мобильных устройств. С одной стороны, благодаря новым технологиям эту проблему можно решить за счет снижения размеров самих антенн. Данную тенденцию можно наблюдать в новых моделях сотовых телефонов, которые имеют 6–8 антенн. Такое множество антенн позволяет избегать потери связи при движении объектов. Кроме того, наличие нескольких антенн для одного и того же канала связи разрешает объединять несколько потоков для повышения скорости передачи данных. Особенно это актуально для устройств 5G, работающих в диапазоне частот ниже 6 ГГц.

Однако здесь возникает другая проблема, когда одна антенна может быть заглушена сильным сигналом, исходящим от другой антенны. Поэтому задача ставится следующим образом: имеется небольшое по размерам устройство, в корпусе которого нужно разместить несколько одновременно работающих антенн. Такая задача может быть решена различными способами — например, уменьшением размеров антенны и улучшением направленности, экранированием одних антенн от других, использованием полосовых фильтров, отрезающих сигналы соседних антенн, или антенн с разной поляризацией. В настоящее время антенны становятся все более сложными электронными устройствами, при разработке которых применяются различные современные технологии — такие, например, как PIFA (Planar Inverted F-Antenna), FPC (flexible-printed-circuit antennas), LDS (Laser Direct Structuring) и другие [15, 16].

Эти устройства можно настраивать и регулировать, не изменяя конструкцию. В частности, просто выбирая точку заземления, удается перестраивать полосу пропускания.

В качестве примера такой сложной антенны можно привести модель Quectel YB0007AA. Внешний вид этой антенны показан на рис. 9.

Внешний вид антенны Quectel YB0007AA на магнитном основании

Рис. 9. Внешний вид антенны Quectel YB0007AA на магнитном основании

Внутри герметичного корпуса этой антенной сборки размещены четыре независимые антенны, диапазоны рабочих частот которых приведены в таблице 2. Диаметр корпуса 120 мм, высота 43 мм, класс водостойкости IP67.

Таблица 2. Диапазоны рабочих частот антенной сборки Quectel YB0007AA

Наименование

 

Частота

4G&5G Main Antenna

LMH#

600–5000 МГц

5G-MIMO1 Antenna

*MH

1100–6000 МГц

5G-MIMO2 Antenna

MH

1400–6000 МГц

4G&5G Diversity Antenna

LMH

600–5000 МГц

Эта антенная сборка предназначена для работы в диапазонах частот 5G/4G по всему миру, включая резервные 3G и 2G для точек доступа, терминалов и маршрутизаторов. Кроме того, модель YB0007AA поддерживает диапазоны систем спутниковой навигации GPS, ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo.

Данная модель антенной сборки обеспечивает эффективную работу интеллектуального мобильного устройства с поддержкой MIMO для диапазонов 5G ниже 6 ГГц. Она также охватывает расширенный диапазон LTE и диапазоны частот технологий CAT-M1, NB-IoT.

С развитием беспроводных приложений 5G/4G все больше будут возрастать скорости передачи данных по восходящей и нисходящей линии связи. Для решения этих проблем необходимы антенны MIMO с высокой эффективностью и высоким коэффициентом усиления, позволяющие получить необходимые значения пропускной способности и отношения сигнал/шум.

Для предотвращения наводок и ослабления сигнала в соединениях необходимо использовать специальные кабели с низкими потерями.

В зависимости от модели антенные сборки этой серии поставляются с кабелями разной длины (табл. 3).

Таблица 3. Модели серии YB0007 с разными кабелями

Модель

Длина кабеля

Разъем

YB0007AA

500 мм

SMA male

YB0007BA

1000 мм

SMA male

YB0007CA

2000 мм

SMA male

YB0007DA

3000 мм

SMA male

YB0007EA

5000 мм

SMA male

Антенны серии YB0007 имеют сложную запатентованную конструкцию, благодаря которой удалось получить оптимальные параметры для приема сигналов 5G в различных направлениях. На рис. 10 показаны диаграммы направленности главной антенны (4G&5G Main Antenna LMH#) сборки YB0007AA в различных плоскостях на частоте 5 ГГц.

Диаграммы направленности главной антенны (4G&5G Main Antenna LMH#) сборки YB0007AA в различных плоскостях на частоте 5 ГГц

Рис. 10. Диаграммы направленности главной антенны (4G&5G Main Antenna LMH#) сборки YB0007AA в различных плоскостях на частоте 5 ГГц

В таблице 4 приведена зависимость от частоты эффективности, усиления и КСВН антенн в сборке YB0007A. Как видно из таблицы 4, при комплексном использовании всех антенн, входящих в сборку YB0007AA, эффективность и усиление возрастают, а КСВН падает в рабочих диапазонах 5G и LTE. Вне рабочих диапазонов наблюдается обратная картина. Таким образом, использование антенной сборки серии YB0007 обеспечивает надежную работу во всех диапазонах LTE и 5G ниже 6 ГГц.

Таблица 4. Зависимость от частоты эффективности, усиления и КСВН антенн в сборке YB0007A

Наименование антенны

Частота, МГц

610

700

850

960

1710

2170

2690

3300

4000

5000

6000

LMH#

17,8

37,6

51,3

32,8

53,5

53,9

53,9

53,6

53,5

41,5

19,3

LMH

11,5

27,9

50,3

47,6

37,1

52,9

50,8

46,7

46,5

39,9

30

*MH

нд

нд

49,6 (1100 МГц)

48,9 (1200 МГц)

51,3

57,5

56,4

51,6

45,5

42,6

18,3

MH

нд

нд

55,1 (1400 МГц)

53,5 (1650 МГц)

50,3

58,2

49,1

59,1

49.4

43,3

32

LMH#

–3,87

–0,36

1,07

0,37

2,09

0,97

2,67

0,67

2,37

1,97

0,16

LMH

–4,72

–0,63

1,12

0,57

1,85

2,08

2,83

1,49

1,59

1,95

0,91

*MH

нд

нд

1,48 (1100 МГц)

1,69 (1200 МГц)

1,49

2,53

1,85

2,18

2,78

1,65

–0,11

MH

нд

нд

1,02 (1400 МГц)

1,09 (1650 МГц)

1,58

2,97

1,99

2,03

2,89

1,83

1,39

LMH#

5,3 (617 МГц)

нд

нд

4,09

1,64

1,76

1,38

1,9

1,97

1,78

2,99

LMH

5,63 (617 МГц)

нд

нд

2,55

1,66

1,47

1,53

1,56

2,2

2,19

1,75

*MH

нд

нд

2,19 (1100 МГц)

1,66 (1400 МГц)

2,18

1,6

1,64

1,95

1,22

1,54

3,21

MH

нд

нд

1,57 (1400 МГц)

2,07 (1500 МГц)

1,56

1,88

2,19

1,25

1,5

1,6

2,19

Необходимо особо подчеркнуть, что модули Quectel RM500Q-GL и RM502Q-GL имеют антенные входы, полностью соответствующие антеннам сборки серии YB0007 [17].

В таблицах 5 и 6 приведены результаты измерений полной излучаемой мощности (TRP) и общей изотропной чувствительности (TIS), полученные с помощью пары «модуль RM500Q-GL + антенная сборка YB0007AA».

Таблица 5. Результаты измерений полной излучаемой мощности (TRP) и общей изотропной чувствительности (TIS) для модуля RM500Q-GL с антенной сборкой YB0007AA в диапазонах LTE

Диапазон LTE

Среднее TIS

Среднее TRP

Диапазон LTE

Среднее TIS

Среднее TRP

1 (10 МГц)

–100,5

20,6

17 (10 МГц)

–93,2

19,4

2 (10 МГц)

–100,1

19,6

18 (10 МГц)

–97,6

19,4

3 (10 МГц)

–100,5

20,2

19 (10 МГц)

–97,1

19,5

4 (10 МГц)

–98,1

20

25 (10 МГц)

–99,7

18,9

5 (10 МГц)

–96,9

19,6

26 (10 МГц)

–97,8

19,5

7 (10 МГц)

–99,7

20,7

28 (10 МГц)

–97,6

17,2

8 (10 МГц)

–97,8

19,7

29 (10 МГц)

–95,5

17

20 (10 МГц)

–97,9

19,3

66 (10 МГц)

–99,5

21,3

14 (10 МГц)

–89,1

21,1

71 (10 МГц)

–91,2

15,6

Таблица 6. Результаты измерений полной излучаемой мощности (TRP) и общей изотропной чувствительности (TIS) для модуля RM500Q-GL с антенной сборкой YB0007AA в диапазонах 5G

Диапазоны 5G

Частоты 5G

Среднее TIS

Среднее TRP

N41 (100 МГц)

2496–2690

–86,4

21,1

N77 (100 МГц)

3300–4200

–85,9

21,5

N78 (100 МГц)

3300–3800

–86,7

21,6

N79 (100 МГц)

4400–5000

–85,3

20,2

Измеренные значения TIS и TRP дают возможность оценить реальные величины чувствительности и эффективности системы, состоящей из приемника и антенны. Приведенные в таблицах 5 и 6 цифры показывают, что пара «RM500Q-GL (RM502Q-GL) + антенная сборка YB0007AA» является оптимальным решением для интеллектуальных мобильных устройств, а также шлюзов и роутеров, предназначенных для работы в сетях 5G и LTE. Подробные данные этих измерений приведены в техническом описании на данную модель антенной сборки [5].

Антенная сборка YB0007AA совместно с модулем RM500Q-GL#GNSS может также быть использована в системах спутниковой навигации GNSS. Результаты тестовых испытаний приведены в таблице 7.

Таблица 7. Результаты тестовых испытаний антенной сборки YB0007AA совместно с модулем Quectel RM500Q-GL#GNSS

Обрабатываемые ГНСС -сигналы

GPS NAVSTAR

L1 = 1575,42 МГц

ГЛОНАСС

L1 = 1602,5625–1615,5 МГц

TEN GALILEO

E1 = 1575,42 (L1) МГц

BDS COMPASS

B1 = 1575,42 (L1) МГц

C/N0 — отношение несущая/шум (carrier to noise density ratio)

GPS NAVSTAR

36,1 дБГц

ГЛОНАСС

30,7 дБГц

TEN GALILEO

29,4 дБГц

BDS COMPASS

27,4 дБГц

Подводя итог этому краткому обзору антенн для приложений IoT и 5G производства Quectel, следует отметить, что инженеры этой фирмы, имеющие опыт проектирования самых разных беспроводных устройств и досконально знающие их характерные особенности, окажут техническую поддержку своим клиентам, начиная с самых ранних этапов проекта.

В результате совместной работы инженеров заказчика и инженеров Quectel будет выработано наилучшее решение, учитывающее конструкцию и расположение антенн SMD, FPC, PCB в зависимости от назначения устройства и условий его эксплуатации.

Кроме чисто технических преимуществ, поставка беспроводного модуля (модема) с оптимально подобранным вариантом антенны от одного поставщика дает возможность снизить экономические затраты и существенно сократить время разработки проекта. Целесообразно также учитывать и тот факт, что в случае необходимости получения сертификатов и разрешений, требующихся для использования в конкретных национальных сетях различных государств, процесс получения нормативных документов несколько упрощается, если аттестуемое изделие поставляется одним производителем.

Литература
  1. New Antenna Uses Saltwater and Plastic to Steer Radio Beams
  2. Tiny Membrane-Based Antennas.
  3. Quectel adds extensive antennas portfolio to IoT product range
  4. Quectel Antenna Portfolio
  5. 5G Antenna Box YB0007xx Datasheet.
  6. Antenna YE0001BA Datasheet
  7. Antenna YE0003AA Datasheet
  8. Antenna YE0007AA Datasheet
  9. Antenna YE0011AA Datasheet
  10. Antenna YE0025AA Datasheet.
  11. Antenna YFS001AA Datasheet.
  12. Antenna YXH001AA Datasheet
  13. The Stubby Antenna
  14. LDS Antenna Technology
  15. Antenna Design Note
  16. Integration Tips for FPC Antennas
  17. TI to Buy Micron’s 3D XPoint Memory Chip Fab for $900 Million

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *