วิธีการรองรับทั้งเครือข่าย IoT แบบไร้สายทั้งแบบเก่าและแบบ 5G โดยใช้เสาอากาศแบบ Wideband

นอกเหนือจากสมาร์ทโฟนสำหรับผู้บริโภคที่เห็นได้ชัดเจนแล้ว ลิงค์ไร้สายบน 5G ยังรองรับการใช้งานแบบฝังตัวที่หลากหลาย เช่น Internet of Things (IoT), ลิงค์ machine-to-machine (MTM), สมาร์ทกริด, ตู้จำหน่ายสินค้าอัตโนมัติ, เกตเวย์, เราเตอร์, ความปลอดภัย และการเชื่อมต่อการตรวจสอบระยะไกล อีกด้วย อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนไปใช้ 5G นี้จะไม่เกิดขึ้นในชั่วข้ามคืน สิ่งนี้ทำให้เกิดความต้องการเสาอากาศที่ส่วนหน้าของลิงค์การสื่อสารไร้สายที่สามารถรองรับ 5G เช่นเดียวกับ 2G, 3G และลิงค์อื่นที่ไม่ใช่ 5G ที่จะคงอยู่ต่อไปในอีกหลายปีข้างหน้า ถึงแม้ว่า 5G จะเพิ่มจำนวนขึ้นก็ตาม

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ วิศวกรจำเป็นต้องออกแบบผลิตภัณฑ์สำหรับย่านความถี่นอกเหนือจากที่รองรับมาตรฐาน 5G แม้ว่า RF front-end หรือเพาเวอร์แอมป์ภายในจะแตกต่างกันไปในแต่ละแบนด์ การมีเสาอากาศแบบไวด์แบนด์เดียวเพื่อรองรับทั้ง 5G และย่านความถี่ดั้งเดิม

บทความนี้กล่าวถึงเสาอากาศแบบไวด์แบนด์ที่ให้บริการคลื่นความถี่ 5G แถบความถี่ต่ำและแบนด์แบบเดิมที่แสดงโดยหน่วยตัวอย่างจาก Abracon LLC บทความแสดงให้เห็นว่าการใช้เสาอากาศประเภทนี้ ไม่ว่าจะเป็นยูนิตภายนอกที่มองเห็นได้หรือแบบฝังภายใน สามารถออกแบบให้ง่ายขึ้น ลดความซับซ้อนของรายการวัสดุ (BOM) และอำนวยความสะดวกในการติดตั้งการอัปเกรดเป็น 5G หากจำเป็น

เริ่มต้นด้วยการกำกับดูแลแบนด์

เสาอากาศเป็นองค์ประกอบสุดท้ายของเส้นทางส่งสัญญาณ RF และเป็นองค์ประกอบแรกในเส้นทางรับสัญญาณเสริม หน้าที่ของเสาอากาศคือการเป็นตัวแปลงสัญญาณระหว่างโลกของกระแสและแรงดันไฟฟ้ากับโลก RF ของพลังงานที่แผ่รังสีและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่อเลือกเสาอากาศสำหรับแอปพลิเคชันเป้าหมาย สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าเสาอากาศทำงานโดยไม่คำนึงถึงประเภทของการมอดูเลตหรือมาตรฐานอุตสาหกรรมที่กำลังใช้งาน ไม่มีพารามิเตอร์ใดที่ใช้สำหรับการเลือกเสาอากาศ เช่น ความถี่กลาง แบนด์วิดท์ อัตราขยาย อัตรากำลัง หรือขนาดจริง จะเป็นหน้าที่ของการใช้เสาอากาศสำหรับแอมพลิจูด ความถี่ หรือการปรับเฟส (AM, FM, PM) สัญญาณหรือ 3G, 4G, 5G หรือแม้แต่รูปแบบสัญญาณที่เป็นกรรมสิทธิ์

แน่นอน การออกแบบระบบสำหรับแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งสนับสนุนมาตรฐาน 5G กำลังได้รับความสนใจอย่างมากในด้านการออกแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับย่านความถี่ 5G ที่ต่ำกว่า 6 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) ซึ่งกิจกรรม 5G ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ สิ่งสำคัญคือต้องแยกความแตกต่างระหว่างมาตรฐานไร้สายที่ระบบรองรับ กับความถี่และสเปกตรัมที่ใช้กำหนดการเลือกเสาอากาศ

มาตรฐาน 5G ใหม่ใช้ประโยชน์จากกลุ่มคลื่นความถี่ที่ไม่พร้อมใช้งานก่อนหน้านี้ ในขณะเดียวกันก็ใช้ประโยชน์จากบางส่วนของสเปกตรัมที่มีการใช้งานอยู่แล้วด้วยการผสมผสานรูปแบบการปรับระดับที่สูงกว่าสำหรับปริมาณงานที่สูงขึ้น ดังนั้นในขณะที่การสนับสนุนของอุตสาหกรรมและผู้ให้บริการสำหรับมาตรฐานที่มีอยู่อาจยุติลง (หรือ "พระอาทิตย์ตก") เช่น 3G ในปี 2565 สเปกตรัมบางส่วนที่ใช้โดย 3G จะยังคงใช้สำหรับ 4G และแม้กระทั่งสำหรับ 5G (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: ความถี่ระหว่าง 600 ถึง 6000 MHz รองรับมาตรฐานที่หลากหลาย เช่น 3G, 4G และ 5G โดยมีคลื่นความถี่บางส่วนคาบเกี่ยวกัน (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

ซึ่งหมายความว่าเสาอากาศที่รองรับคลื่นความถี่ 3G หรือ 4G อาจยังใช้งานได้สำหรับ 5G เช่นกัน และในทางกลับกัน มาตรฐานอาจถูกยกเลิก แต่เสาอากาศไม่ได้ และความเข้ากันได้ของเสาอากาศไปข้างหน้า/ข้างหลังเป็นไปได้ ในแต่ละกรณี การนำเสาอากาศกลับมาใช้ใหม่ซึ่งสนับสนุนหลายมาตรฐานและหลายแถบเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงและมักจะเป็นที่ต้องการ

มาตรฐานที่สำคัญอื่น ๆ ในคลื่นความถี่ RF ตั้งแต่ 600 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ถึง 6 GHz ได้แก่:

• Citizens Broadband Radio Service (CBRS) ซึ่งเป็นกลุ่มกว้าง 150 MHz ที่มีการควบคุมเบาในช่วง 3550 MHz ถึง 3700 MHz (3.5 GHz ถึง 3.7 GHz) ในสหรัฐอเมริกา Federal Communications Commission (FCC) ได้กำหนดบริการนี้สำหรับการแบ่งปันระหว่างผู้ใช้สามระดับ: ผู้ใช้หน้าที่ ผู้ใช้สิทธิ์การเข้าถึงที่มีลำดับความสำคัญ (PAL) และผู้ใช้การเข้าถึงที่ได้รับอนุญาตทั่วไป (GAA)
• LTE-M ตัวย่อสำหรับ LTE Cat-M1 (มักเรียกว่า CAT M) หรือวิวัฒนาการระยะยาว (4G) หมวดหมู่ M1 เทคโนโลยีนี้ช่วยให้อุปกรณ์ IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่มีรอบการทำงานต่ำสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่าย 4G โดยไม่ต้องใช้เกตเวย์
• Narrowband-IoT (NB-IoT) เป็นเทคโนโลยีไร้สายระดับเซลลูลาร์ที่ใช้มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่แบบมุมฉาก (OFDM) ภายในเครือข่าย 3G เป็นความคิดริเริ่มโดย Third Generation Partnership Project (3GPP) ซึ่งเป็นองค์กรที่อยู่เบื้องหลังการกำหนดมาตรฐานของระบบเซลลูลาร์ เพื่อตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ที่มีอัตราข้อมูลต่ำมากซึ่งจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับเครือข่ายมือถือ ซึ่งมักใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เช่นกัน

หมายเหตุเกี่ยวกับคำศัพท์เฉพาะของ Wideband และ multiband เนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความสับสนและความกำกวม “ไวด์แบนด์” หมายถึงเสาอากาศที่มีแบนด์วิดท์ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของความถี่ศูนย์กลาง แม้ว่าจะไม่มีคำจำกัดความที่เป็นทางการของตัวเลขนี้ แต่โดยทั่วไปแล้วอย่างไม่เป็นทางการจะหมายถึงแบนด์วิดท์ที่มีอย่างน้อย 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ของความถี่กลาง ในทางตรงกันข้าม “มัลติแบนด์” หมายถึงเสาอากาศที่ออกแบบมาเพื่อรองรับสองแบนด์หรือมากกว่าตามที่กำหนดโดยมาตรฐานการกำกับดูแล แถบเหล่านี้สามารถเว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดหรือแยกออกจากกันอย่างกว้างขวาง

ตัวอย่างสุดขั้วของเสาอากาศแบบมัลติแบนด์คือเสาอากาศที่ทำงานพร้อมกันสำหรับการออกอากาศ AM (550 ถึง 1550 กิโลเฮิรตซ์ (kHz)) และออกอากาศ FM (88 ถึง 108 MHz) เสาอากาศแบบมัลติแบนด์อาจเป็นแบบไวด์แบนด์ แต่ไม่จำเป็นว่าจะเป็นอย่างนั้น

โดยไม่คำนึงถึงจำนวน ระยะห่าง และแบนด์วิดท์ที่รองรับ เสาอากาศแบบมัลติแบนด์มีการเชื่อมต่อ RF เดียว แม้ว่าภายในอาจประกอบด้วยเสาอากาศรวมที่แตกต่างกันสองสายขึ้นไป ต่างจากเสาอากาศแบบไวด์แบนด์ที่เรียบง่ายกว่า เสาอากาศแบบมัลติแบนด์อาจได้รับการออกแบบโดยมีช่องว่างโดยเจตนาในการครอบคลุมการรับส่งข้อมูลผ่านแบนด์วิดท์ เพื่อลดการรบกวนของช่องสัญญาณร่วม

เสาอากาศภายในหรือภายนอก

มาตรฐานการเชื่อมต่อไร้สายที่ใช้เสาอากาศนั้นไม่ใช่ปัญหาในการออกแบบเสาอากาศ แต่เรื่องความถี่และแบนด์วิดธ์เป็นข้อพิจารณาที่ทำให้การติดตั้งเสาอากาศเป็นการตัดสินใจที่สำคัญ การพิจารณาการออกแบบที่สำคัญอย่างหนึ่งคือจะใช้เสาอากาศภายนอกหรือเสาอากาศที่ฝังอยู่ภายในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

เสาอากาศภายในมีคุณสมบัติเหล่านี้:

• พวกเขาเปิดใช้งานแพ็คเกจที่เพรียวบางกว่าโดยไม่มีสิ่งที่แนบมาภายนอกที่จะแตกหักหรือติดขัด
• เสาอากาศแบบฝังจะเชื่อมต่อและพร้อมใช้งานอยู่เสมอ
• มีข้อจำกัดโดยธรรมชาติในส่วนที่เกี่ยวกับความครอบคลุม ประสิทธิภาพ รูปแบบการแผ่รังสี และเกณฑ์ประสิทธิภาพอื่น ๆ
• ประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบฝังจะได้รับผลกระทบจากวงจรที่อยู่ติดกัน ดังนั้นการจัดวางจึงสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับขนาดแผงวงจร เค้าโครง ส่วนประกอบ และการจัดเรียงโดยรวม
• มือหรือร่างกายของผู้ใช้อาจก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบเสาอากาศ ประสิทธิภาพ และประสิทธิภาพ

ในทางตรงกันข้าม เสาอากาศภายนอกมีลักษณะเหล่านี้:

• พวกมันมีศักยภาพในการปรับแต่งรูปแบบการแผ่รังสี แบนด์วิดท์ และอัตราขยายที่มากขึ้น เนื่องจากมีระดับความเป็นอิสระในการออกแบบมากกว่า
• ไม่จำเป็นต้องต่อเข้ากับหน่วย IoT/RF และสามารถจัดวางอย่างเหมาะสมในระยะห่างที่พอเหมาะได้โดยใช้สายโคแอกเชียล
• สิ่งเหล่านี้ได้รับผลกระทบน้อยกว่าหรือไม่ได้รับผลกระทบจากด้านไฟฟ้าของการออกแบบผลิตภัณฑ์และบรรจุภัณฑ์
• มีให้เลือกหลายแบบและหลายแบบ
• ต้องใช้คอนเนคเตอร์หรือสายเคเบิลในการต่อ ซึ่งอาจเป็นจุดบกพร่องได้

การเลือกระหว่างเสาอากาศภายนอกและภายในมักจะตัดสินใจตามปัจจัยหลายประการ ซึ่งรวมถึงการใช้งานผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและความชอบของผู้ใช้ สมดุลกับประสิทธิภาพ และไม่ว่าจะใช้เสาอากาศในสถานการณ์แบบเคลื่อนที่หรือแบบตายตัว ตัวอย่างเช่น สมาร์ทโฟนที่มีเสาอากาศภายนอกอาจถือว่าไม่สะดวก ในทางตรงกันข้าม โหนด IoT แบบฝังอยู่กับที่ที่มีเสาอากาศภายนอกและระยะไกลเล็กน้อยอาจให้การเชื่อมต่อที่ดีกว่าและสม่ำเสมอกว่า

ประโยชน์ของเสาอากาศแบบมัลติแบนด์

เสาอากาศแบบมัลติแบนด์สามารถตอบสนองการใช้งานที่มีอยู่ในขณะที่การออกแบบในอนาคตสำหรับการอัปเกรดรวมถึงการเชื่อมต่อ 5G แต่ทำไมต้องพิจารณาเสาอากาศดังกล่าวหากทราบพารามิเตอร์การติดตั้งและข้อมูลเฉพาะ มีเหตุผลที่ดีหลายประการ:

• เสาอากาศเดี่ยวสามารถใช้ได้กับกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่กำหนดเป้าหมายเป็นคลื่นความถี่ต่าง ๆ ซึ่งทำให้การจัดการสินค้าคงคลังและการจัดซื้อง่ายขึ้น
• เสาอากาศแบบมัลติแบนด์ภายในส่งผลให้มีขนาดเล็กลง ในขณะที่เสาอากาศภายนอกลดจำนวนขั้วต่อเสาอากาศบนตัวเครื่องผลิตภัณฑ์
• เสาอากาศแบบมัลติแบนด์สามารถให้บริการอุปกรณ์ IoT ที่สามารถอัพเกรดเป็นย่านความถี่ใหม่ เช่น 5G หรือที่คาดการณ์ไว้ได้ ไม่ว่าจะด้วยเหตุผลด้านประสิทธิภาพหรือการเลิกใช้งานแบนด์และมาตรฐานที่มีอยู่
• เสาอากาศภายนอกตัวเดียวสำหรับหลายย่านความถี่ให้ความเหมือนกันกับเทคนิคและเครื่องมือในการติดตั้ง
• สำหรับแอปพลิเคชันมือถือที่สำคัญและโดยเฉพาะอย่างยิ่งมือถือ ส่วน RF ของอุปกรณ์อาจให้การสนับสนุนดูอัลแบนด์ ทำให้อุปกรณ์สามารถสลับระหว่างแบนด์แบบไดนามิกเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในสถานที่หรือการตั้งค่าที่กำหนด
• นักออกแบบสามารถใช้เสาอากาศแบบมัลติแบนด์ภายในตัวเดียวในอุปกรณ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน แต่จะได้ประโยชน์จากการใช้ประโยชน์จากประสบการณ์ของตนกับการสร้างแบบจำลองเสาอากาศ การจัดวาง และปัญหาด้านการผลิตที่อาจเกิดขึ้น

ตัวอย่างเสาอากาศแบบมัลติแบนด์ในโลกแห่งความเป็นจริง

แม้จะมีประสิทธิภาพการทำงานแบบไวด์แบนด์ แต่เสาอากาศแบบมัลติแบนด์ไม่ได้จำกัดอยู่ที่ฟอร์มแฟกเตอร์หรือประเภทของปลายทาง ดังตัวอย่างสามตัวอย่างที่แสดงไว้

AEBC1101X-S เป็นเสาอากาศแส้แบบเซลลูลาร์ 5G/4G/LTE ที่วัดความยาวได้ 115 มม. (มม.) โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 19 มม. ออกแบบมาสำหรับการทำงาน 600 MHz ถึง 6 GHz (รูปที่ 2) มาพร้อมกับขั้วต่อ SMA ตัวผู้มาตรฐานที่สามารถหมุนได้ 90° สำหรับการติดตั้งโดยตรงบนตัวเครื่อง (สามารถใช้กับสายโคแอกเซียลแบบต่อขยายได้) นอกจากนี้ยังมีขั้วต่อ SMA แบบขั้วย้อนกลับ

รูปที่ 2: เสาอากาศแส้แบบเซลลูลาร์ AEBC1101X-S 5G/4G/LTE ออกแบบมาสำหรับการทำงาน 600 MHz ถึง 6 GHz และมาพร้อมกับขั้วต่อโคแอกเซียล SMA ในตัวพร้อมการหมุน 90° (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

อัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟ (VSWR) และประสิทธิภาพอัตราขยายสูงสุดค่อนข้างคงที่ตลอดทั้งย่านความถี่ แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพระหว่างช่วงความถี่ล่างและความถี่บน (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: เสาอากาศแส้แบบเซลลูลาร์ AEBC1101X-S 5G/4G/LTE มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในด้านประสิทธิภาพระหว่างช่วงต่ำสุด (600 ถึง 960 MHz) และช่วงไฮเอนด์ (1400 ถึง 6000 MHz) (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

รูปแบบการแผ่รังสีจะค่อนข้างเป็นวงกลมทั่วทั้งแถบ โดยมีก้อนเล็กๆ โผล่ออกมาที่ 3600 MHz ซึ่งปรากฏชัดเจนขึ้นเล็กน้อยที่ 5600 MHz (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: รูปแบบการแผ่รังสี XY สำหรับ AEBC1101X-S เปลี่ยนแปลงระหว่าง 3600 ถึง 5600 MHz โดยมีลักษณะเป็นก้อนบางอัน (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

AECB1102XS-3000S เสาอากาศเบลด 5G/4G/LTE/NB-IoT/CAT สำหรับการทำงาน 600 MHz ถึง 6 GHz มีขนาดยาว 115.6 มม. × กว้าง 21.7 มม. โดยมีความบางเพียง 5.8 มม. (รูปที่ 5) โดยถูกออกแบบมาให้ติดตั้งง่ายและสะดวกกับพื้นผิวเรียบด้วยเทปกาว

รูปที่ 5: เสาอากาศใบมีด AECB1102XS-3000S 5G/4G/LTE/NBIOT/CAT สำหรับ 600 MHz ถึง 6 GHz เป็นเสาอากาศแบบเตี้ยที่ออกแบบมาให้ติดตั้งกับพื้นผิวเรียบได้โดยสะดวกโดยใช้เทปกาว (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

ประสิทธิภาพ RF นั้นคล้ายกับ AEBC1101X-S ที่มี VSWR สูงสุดที่ต่ำกว่า 3.5 แต่อัตราขยายสูงสุดนั้นต่ำกว่าเล็กน้อยที่ 2 เดซิเบลเมื่อเทียบกับตัวแผ่รังสีไอโซโทรปิก (dBi) รูปแบบการแผ่รังสีในระนาบ XY และ XZ ก็ซับซ้อนเช่นกัน (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: รูปแบบการแผ่รังสี XZ และ YZ สำหรับเสาอากาศแบบใบพัด AECB1102XS-3000S แสดงชุดของก้อนที่ซับซ้อนกว่าเสาอากาศแบบแส้ (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

ความแตกต่างที่โดดเด่นระหว่าง AEBC1101X-S และ AECB1102XS-3000S อยู่ในจุดสิ้นสุดที่พร้อมใช้งาน ชุดเบลด AECB1102XS-3000S มาพร้อมกับสายโคแอกเชียล LMR-100 ขนาด 1 เมตร (ม.) (แทนที่สายเคเบิลประเภท RG174 และ RG316) ที่ปลายสายด้วยขั้วต่อ SMA ตัวผู้ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม สามารถสั่งซื้อสายเคเบิลได้เกือบทุกความยาว และยังมีประเภทตัวเชื่อมต่อนอกเหนือจาก SMA ให้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับความยืดหยุ่นในการเชื่อมต่อ (รูปที่ 7)

รูปที่ 7: สายโคแอกเชียลมาตรฐานสำหรับ AECB1102XS-3000S มีขั้วต่อ SMA (M) แต่มีตัวเลือกตัวเชื่อมต่ออื่น ๆ มากมาย (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

ACR4006X เสาอากาศชิปเซรามิกแบบไวด์แบนด์ 600 ถึง 6000 MHz เป็นอุปกรณ์ยึดบนพื้นผิวที่มีความสูงเพียง 40 × 6 × 5 มม. ในการทำงาน ต้องใช้เครือข่ายการจับคู่อิมพีแดนซ์ตัวเหนี่ยวนำ-ตัวเก็บประจุ (LC) ขนาดเล็กที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ 8.2 นาโนเฮนรี (nH) และตัวเก็บประจุ 3.9 picofarad (pF) (แต่ละขนาด 0402) เพื่อให้ได้อิมพีแดนซ์ 50 โอห์ม (Ω) ที่ต้องการ ( รูปที่ 8).

รูปที่ 8: เสาอากาศชิปเซรามิกแบบไวด์แบนด์ ACR4006X 600 ถึง 6000 MHz มีขนาดเพียง 40 × 6 มม. และต้องการส่วนประกอบแบบพาสซีฟขนาดเล็กเพียงสองชิ้นสำหรับการจับคู่อิมพีแดนซ์ 50 Ω (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

แผ่นข้อมูล ACR4006X ระบุว่าเป็นอุปกรณ์ 600 ถึง 6000 MHz แต่โปรดทราบว่าประสิทธิภาพ อัตราขยายสูงสุด และกราฟอัตราขยายเฉลี่ยมีช่องว่างอยู่บ้าง (รูปที่ 9) นี่เป็นความตั้งใจ เนื่องจากเสาอากาศแบบมัลติแบนด์นี้ได้รับการออกแบบและปรับให้เหมาะสมสำหรับประสิทธิภาพในสามย่านความถี่เฉพาะภายในช่วงดังกล่าว: 600 ถึง 960 MHz, 1710 ถึง 2690 MHz และ 3300 ถึง 6000 MHz เพื่อรองรับการจัดสรร 3G, 4G และ 5G ตลอดจน การจัดสรรคลื่นความถี่ที่เล็กกว่าบางส่วน

รูปที่ 9: ประสิทธิภาพและการขยายสัญญาณสำหรับ ACR4006X จาก 600 ถึง 6000 MHz แสดงช่องว่าง แต่ผู้ใช้มักกังวลเล็กน้อยเนื่องจากไม่อยู่ในแถบการทำงาน 3G, 4G และ 5G (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

เนื่องจาก ACR4006X ไม่ได้มีไว้สำหรับเครื่องรับ GPS ประสิทธิภาพของเครื่องจึงไม่ถูกกำหนดที่ความถี่ของผู้ให้บริการ GPS ที่ 1575.42 MHz (ผู้ให้บริการ L1) และ 1227.6 MHz (ผู้ให้บริการ L2)

รูปแบบการแผ่รังสี XY ของ ACR4006X ยังเป็นฟังก์ชันของความถี่ด้วย แต่ยังคงรักษารูปทรงกลมคร่าวๆ ไว้ตลอดแถบกว้าง โดยมีการลดลงเพียงเล็กน้อยที่ 90° และ 270 ° ที่ช่วงความถี่ต่ำกว่า (รูปที่ 10)

รูปที่ 10: รูปแบบการแผ่รังสี XY ของเสาอากาศแบบชิป ACR4006X มีลักษณะเป็นวงกลมโดยประมาณ แต่มีอัตราขยายที่เพิ่มขึ้นตามความถี่บางส่วนที่ 90° และ 270° (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

การประเมินประสิทธิภาพของเสาอากาศเริ่มต้นด้วยแผ่นข้อมูล มักตามด้วยการยืนยันโดยใช้ห้องที่ไม่มีเสียงสะท้อน และในที่สุดก็ทำการทดสอบภาคสนามกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพที่แท้จริงของเสาอากาศภายนอก ได้แก่ ตัวเครื่อง ตัวเครื่องและมือของผู้ใช้สำหรับหน่วยเคลื่อนที่ และตำแหน่งและตำแหน่งของเสาอากาศ ส่วนใหญ่แยกออกจากโครงร่างแผงวงจรภายในของผลิตภัณฑ์

ในทางตรงกันข้าม ประสิทธิภาพของยูนิตภายใน เช่น เสาอากาศแบบชิป ACR4006X จะได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบที่อยู่ติดกันและบอร์ดพีซี ด้วยเหตุนี้ Abracon จึงเสนอACR4006X-EVB คณะกรรมการประเมินผลเพื่อให้วิธีการอำนวยความสะดวกในการประเมินทางวิศวกรรมของเสาอากาศชิปนี้

บอร์ดนี้ใช้ร่วมกับตัววิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) หลังจากการปรับเทียบครั้งแรกของการกำหนดค่า ซึ่งเป็นขั้นตอนมาตรฐานในการทดสอบ VNA ส่วนใหญ่ ประสิทธิภาพของเสาอากาศจะได้รับการประเมินผ่านพอร์ตที่ปรับเทียบแล้วของ VNA โดยใช้ขั้วต่อ SMA บนบอร์ด

บอร์ดประเมินผลมีขนาด 120 × 45 มม. และกำหนดขนาดอย่างแม่นยำเพื่อการจัดวางเสาอากาศแบบชิปอย่างเหมาะสม ซึ่งรวมถึงพื้นที่โลหะ/ระยะห่างจากพื้นรอบเสาอากาศที่ต้องการ 45 × 13 มม. เพื่อการทำงานที่เหมาะสม (รูปที่ 11)

รูปที่ 11: บอร์ดประเมินผล ACR4006X-EVB มีขนาดเพียง 120 × 45 มม. และอำนวยความสะดวกในการประเมินเสาอากาศชิปผ่านขั้วต่อ SMA แผ่นข้อมูลแสดงพื้นที่เค้าโครงและมิติที่สำคัญ (ที่มาของภาพ: Abracon LLC)

บทสรุป

เสาอากาศแบบมัลติแบนด์ตอบสนองความท้าทายของอุปกรณ์ IoT โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์ที่ต้องการสนับสนุนย่านความถี่เดียวในขณะนี้ ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้วิธีการอัพเกรดที่ราบรื่นยิ่งขึ้นสู่มาตรฐานใหม่ เช่น 5G พวกเขายังอนุญาตให้ระบบรองรับหลายแบนด์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในโซนที่ไม่รับประกันการเชื่อมต่อในแบนด์เดียว ดังที่แสดงไว้ เสาอากาศภายในที่ติดตั้งบนแผงวงจรของ Abracon ช่วยให้มีแพ็คเกจที่โฉบเฉี่ยว ในขณะที่เสาอากาศภายนอกที่ใช้ขั้วต่อ RF ในตัวหรือสายเคเบิลโคแอกเซียลให้ความยืดหยุ่นในการจัดวางสำหรับเส้นทางสัญญาณที่เหมาะสมที่สุด