Antennen sind in Unterhaltungselektronik unverzichtbar, selbst in kleinen, tragbaren Geräten, die von einer Energiequelle mit begrenzter Kapazität gespeist werden. Deshalb müssen Antennen so kompakt und energieeffizient wie möglich sein.
Anpassnetzwerk, angeschlossen an R&S®FPC1500 und Antennenkabel
Die Antennenanpassung ist ein wichtiger Aspekt jedes sendenden HF-Systems, um die bestmögliche Abdeckung und die geringste Leistungsaufnahme zu erreichen. Demgegenüber stehen die realen Abmessungen der Antenne. Die kleinen Antennen, die üblicherweise bei IoT-Applikationen erforderlich sind, müssen aufgrund der Größenbeschränkungen Kompromisse bei der Leistung eingehen. Die Ineffizienz kleiner Antennen wird gewöhnlicherweise in der Berechnung der Leistungsübertragungsbilanz berücksichtigt und mit erhöhter Sendeleistung kompensiert. Dies wirkt sich nachteilig auf die Systemperformance aus, beispielsweise auf die Batterielaufzeit. Deshalb ist die Antennenanpassung ein extrem wichtiges Thema, da gut angepasste Antennen die Strahlungseffizienz der eingespeisten Leistung maximieren.
Die Kalibrierung auf Messebene, d. h. die Schnittstelle zwischen Koppelnetzwerk und den Netzwerkanalysatorkabeln, ist ein extrem wichtiger Schritt, um die Einflüsse von Kabeln und Steckern zu kompensieren. Die manuelle Kalibrierung ist fehleranfällig und zeitaufwendig, wenn man von Hand zwischen den Open-, Short- und Load-Normalen umschalten muss. Mit der R&S®ZN-Z103 Kalibriereinheit wird das Umschalten zwischen den Normalen automatisiert. Damit wird die Fehlerhäufigkeit beim Anschließen verringert sowie die Kalibrierzeit auf wenige Sekunden reduziert. Folgende Schritte sind zur Anpassung einer Antenne erforderlich:
Am USB-Port erkannte R&S®ZN-Z103 Kalibriereinheit
Kalibrierung
Stellen Sie als Erstes die Messparameter ein: Frequenzbereich, Auflösebandbreite und Anzahl von Messpunkten nach Bedarf. Anschließend verbinden Sie die R&S®ZN-Z103 mit dem USB-Port des R&S®FPC1500. Das Messgerät erkennt die Kalibriereinheit automatisch. Schrauben Sie als Nächstes ein Ende des Koaxialkabels an das Ausgangstor des R&S®FPC1500 und das andere Ende an die Kalibriereinheit an. Drücken Sie auf „Calibrate → Full 1-port“. Das Messgerät ist nun kalibriert.
Aufzeichnung des Impedanzwerts R + jX
mit mehreren Markern
Messung
Objekte in der Nähe der Antenne wie Gehäuse, Laborausrüstung, Kabel oder Messgeräte beeinflussen das Antennendiagramm und die Eingangsimpedanz. Daher ist es wichtig, die Antenne so zu platzieren, dass das Umfeld, in dem diese später betrieben wird, so gut wie möglich widergespiegelt wird.
Die einfachste Möglichkeit für die Statusvisualisierung der Anpassung ist ein Smith-Diagramm, das mit der Option R&S®FPC-K42 Vektornetzwerkanalyse verfügbar wird. Zeichnen Sie den Impedanzwert R + jX des Markers auf. Dies erledigt man wohl am besten im Mid-Band oder bei mehreren Frequenzen mit mehreren Markern.
Justierung
Es stehen eine Reihe von Simulatoren zur Verfügung, um das erforderliche Anpassnetzwerk zu berechnen. Nach der Berechnung kann man es fertigen und an die Antenne anschließen. Überprüfen Sie die Integration der Antenne, indem Sie diese erneut mit dem Anpassnetzwerk vermessen, um die Qualität der Anpassung zu verifizieren.
Möglicherweise sind geringfügige Nachjustierungen notwendig. Die Nachverfolgung dieser Änderungen ist einfach: Erfassen und vergleichen Sie diese in R&S®InstrumentView, der PC-Software, die dem Messgerät kostenlos beiliegt.
Bei der Antennenanpassung von IoT-Geräten und Geräten mit geringer Leistung geht es um das Finden der richtigen Balance zwischen physischen Abmessungen, Leistungsverbrauch und Signalabdeckung. Der R&S®FPC1500 misst die Antennenreflexionsleistung, mit deren Hilfe Designs im Hinblick auf eine optimale Antennenpassung verbessert werden können, um das beste Benutzererlebnis in Bezug auf Batterielaufzeit und Signalabdeckung bzw. -empfang zu erreichen.
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