天线设计书(结构篇)
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本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况,并推荐了两款经过测试的低成本PCB天线。
这些PCB天线能够与PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。
为了使性能最佳,PRoC BLE和PSoC4 BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。
本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。
1、简介天线是无线系统中的关键组件,它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。
为低成本、消费广的应用设计天线,并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。
终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。
对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统,它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。
本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序,并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。
图1.典型的近距离无线系统设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。
从无线模块发送的能量越大,在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下,传输的距离也越大。
另外,天线还有其他不太明显的优点,例如:在某个给定的范围内,设计优良的天线能够发射更多的能量,从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。
同样,接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。
最佳天线可以降低PER,并提高通信质量。
PER越低,发生重新传输的次数也越少,从而可以节省电池电量。
2、天线原理天线一般指的是裸露在空间内的导体。
该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时,它可作为天线使用。
因为提供给天线的电能被发射到空间内,所以该条件被称为“谐振”。
图2. 偶极天线基础如图2所示,导体的波长为λ/2,其中λ为电信号的波长。
信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。
按照这个长度,将在整个导线上形成电压和电流驻波,如图2所示。
S卫星电视接收天线基础设计要求4.5M、3.2米卫星接收天线基座基建要求天线基座安装场地的要求穿过天线座中心的东-西线以南应无下列各种设施:强微波辐射强电磁场超高压线烟囱、铁塔、建筑、高山、树林允许前面障碍物的高度:≤最低接收仰角50以下(保护角)天线座坐标的测量X-Y允许偏离0.20天线座应以正南方地磁场南极为坐标线,南北坐标线地脚螺栓按图纸要求加工焊接,并按图示相对位置确定四个地脚步螺栓孔的位置。
地脚螺栓及水泥基座浇筑要求地脚螺栓的定位浇注一次浇注法将四组地脚螺栓相互用钢筋(或钢条)连接,按图纸要求与楼面横梁焊接在一起(使其生根),保证各组间相互尺寸的精度在允许范围以内,进行整体定位浇注。
钢筋混凝土的深度钢筋混凝土平面尺寸为1Mx1M(或1.5Mx1.5M)深度:地脚螺栓处深度为1M左右(东北、华北、西北大风地区,沿海台风地区应根据情况适当加深。
)平台其它区域深度为0.5m,混凝土底座相对水平面倾斜度<1/100。
地线的安装卫星地面站公用地线装在天线座与增收机房之间。
公用地线尺寸为3mm厚,20mm宽铜版,深埋1.5m以上。
地线与天线座和接收机房连接。
电缆管的安装天线到接收机房之间的电缆穿过天线基座的电缆管(电缆管为钢管,每付天线2SC50)避雷针的安装避雷针最好布置在天线东西两侧偏北(离天线中心4m左右),避雷针高度15m(相对地基平面)。
离天线基座越远,避雷针越高。
当雷击通过地表面传播时,天线周围应设有铁拦网,铁拦网与避雷线连接。
电网输入端应接避雷器,以防雷击通过电网烧毁室内接收设备。
附录A本设计正文只适用地面建站,不适用楼房建站,因为楼上建站的结构随楼的结构而异。
为了适应楼房建站的需求,现将天线受力情况计算如下,为用户设计地基时参考。
有关数据见正文。
A基建设计的依据:天线基座负荷要求A1.静负荷主要是设备的自重1,100Kg(其中天线800Kg,天线座1300Kg),点受力≥2000Kg A2.动负荷主要是倾覆力矩的作用,天线中心离地基表面高度为 3.8m,天线承受风压及每个支脚可能承受的最大力列表如下:风力 (级) 8 9 10 11 12风速 (m/s) 31.6 36.7 42.0 47.5 53.0风压力P (Kg) 3,000 4,000 5,000 6,500 8,000最大倾覆力矩 (Kgm) 11,400 15,200 19,000 24,700 30,400支反力F (Kg) 7,600 10,130 12,670 16,500 20,300注:1.表中所列风速为突风速(按最坏的条件考虑)。