無線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指南 （無線工程師）

　　第五步：天線

　　不要忘記還有天線，天線是所有無線設(shè)備中的關(guān)鍵機(jī)械部件。實(shí)際上，一開始就要把天線考慮在內(nèi)，因?yàn)閼?yīng)用能否成功取決于它。

　　第六步：符合FCC

　　要為“聯(lián)邦通訊委員會(FCC)”測試作準(zhǔn)備。無線設(shè)備已經(jīng)設(shè)計(jì)好之后，需要得到FCC的使用和銷售認(rèn)可。FCC要求產(chǎn)品能達(dá)到設(shè)備所屬分類已有輻射限值的認(rèn)證。此外，所有有意輻射體都必須有完整FCC證書。

　　自己可以對設(shè)備進(jìn)行測試，但大多數(shù)公司將此分包給專門進(jìn)行此類業(yè)務(wù)的機(jī)構(gòu)來完成。在Yahoo或Google里輸入“FCC testing”就能找到幾十家。要確認(rèn)預(yù)算中包括了這項(xiàng)服務(wù)費(fèi)用。

　　估算信號強(qiáng)度和路徑損耗

　　可以采用一些基本公式，對距離、功率及其它一些鏈路性能作初步估算?；竟綖椋?/P>

　　Pr=(PtGtGrλ2) / (16π2d2)

　　其中Pr為接收功率;Pt為發(fā)射功率;Gt為發(fā)射天線功率增益;Gr為接收天線功率增益;d為發(fā)射器和接收器之間的距離，單位為米，是以米為單位的波長，等于300/fMHz。要確認(rèn)兩個(gè)關(guān)鍵因素：

　　?接收功率是波長平方的函數(shù)。因此，頻率越低，接收功率則越大。頻率越高越好，這是由于頻率越高，天線尺寸要小許多。不過，功率一定的話，則距離要小。

　　?接收功率是發(fā)射器和接收器之間距離的平方的函數(shù)。設(shè)計(jì)目標(biāo)是對距離與功率和頻率的關(guān)系進(jìn)行平衡。

　　在這一公式中，假設(shè)發(fā)射和接收天線之間的視線(LOS)路徑清晰，因此沒有考慮穿墻、樹木或其它障礙物。此外，本公式僅僅在發(fā)射和接收天線的間隔足夠達(dá)到遠(yuǎn)場才有效。

　　所有電磁波都有近場和遠(yuǎn)場。近場主要是磁場，因此發(fā)射和接收天線更像變壓器的初級和次極。遠(yuǎn)場是實(shí)際混合電磁場或無線電波。其距離約大于D2/λ，其中D為天線最大尺寸(一般為工作頻率處的半波長，即468/fMHz)。要使估計(jì)最佳，為保險(xiǎn)起見，可假設(shè)遠(yuǎn)場大于10倍波長。

　　公式中的天線增益是相對于各向同性(球體)源的。該源增益為1。大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的天線，如半波偶極子天線或四分之一波地平面，都是定向的。因此，天線增益表示功率增益為1.6?倍或者2.15 dB。

　　使用該公式的關(guān)鍵是估計(jì)以dB為單位的路徑損耗。其根源是發(fā)射和接收天線之間距離引起了路徑衰減?？梢杂孟率焦烙?jì)路徑損耗：

　　dB loss=37 dB + 20log(fMHz) + 20log(d)

　　其中，d為距離或范圍，單位為英里，1英里約等于1610米。得到了給定天線組的路徑損耗和發(fā)射功率之后，就可以用下式確定所需要的接收器靈敏度：

　　Pr=Pt–PL

　　假設(shè)路徑損耗為90 dB，發(fā)射功率為10dBm (10 mW)，則需要的接收器靈敏度為：

　　Pr=10–90=–80dBm

　　接收器靈敏度是增大距離的關(guān)鍵，也是給定發(fā)射功率和天線增益下得到更高鏈路可靠性的關(guān)鍵。要盡可能使接收器靈敏度達(dá)到最大。某些新型設(shè)計(jì)的接收器靈敏度可以達(dá)到–120dBm～–130dBm。

　　代表性產(chǎn)品

　　幾乎對任何應(yīng)用，都有幾十種很好的芯片和模塊可采用。新型產(chǎn)品包括ADI最近推出的ISM頻帶芯片以及微芯技術(shù)公司的某些ZigBee產(chǎn)品。

　　ADI的ADF70xx系列收發(fā)器工作在50 MHz～1 GHz范圍，大多數(shù)版本都采用FSK或高斯FSK(GFSK)，數(shù)據(jù)率在20～384 kbps范圍。功率輸出在–20 (或–16dBm)～+10(或+13dBm)之間可調(diào)。接收器靈敏度達(dá)到–125dBm。

　　有多種版本也提供ASK和OOK調(diào)制。其它可以實(shí)現(xiàn)2FSK、3FSK或4FSK工作，每個(gè)符號含有更多位，因而在更窄的通道內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)率更高。大多數(shù)模塊都含有高斯數(shù)據(jù)濾波，有助于使發(fā)射帶寬變窄，并且保證符合鄰近通道功率(ACP)技術(shù)規(guī)范的要求。

　　ADI的“SRD(短距離器件)設(shè)計(jì)工作室”軟件能對無線連接設(shè)計(jì)和ADF70xx芯片仿真提供幫助。使用該軟件包，可以快速而有效地開發(fā)實(shí)時(shí)仿真，測試多種配置，并且查找可能存在的問題。

　　該軟件可以使用戶在下列三種仿真模式中選擇一種，這三種模式是：頻域、瞬態(tài)分析以及頻譜分析。同時(shí)，也可以用頻帶、功耗、同步檢測、鏈路分析、調(diào)制選擇、數(shù)據(jù)率、環(huán)路濾波器以及其它參數(shù)作實(shí)驗(yàn)，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。該軟件為免費(fèi)軟件，可以從www.analog.com/srddesign下載。

　　Microchip公司的MRF24J40 IEEE 802.15.4 2.4-GHz DSSS無線收發(fā)器是針對ZigBee應(yīng)用的，可以單獨(dú)使用或者與ZigBee聯(lián)盟堆棧協(xié)同使用。同時(shí)，該公司所有的MiWi協(xié)議與ZigBee 網(wǎng)狀 lite類似，該協(xié)議是一種簡單協(xié)議，可用于節(jié)點(diǎn)數(shù)少于100個(gè)且節(jié)點(diǎn)之間跳躍數(shù)不多于4個(gè)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺?yīng)用。如果應(yīng)用要求超過了此限制，則要選擇ZigBee。

　　不過，許多應(yīng)用并沒有那么龐大。如果基本802.15.4特性降低得不嚴(yán)重，MiWi可能是個(gè)不錯(cuò)的選擇。用單個(gè)晶振和微芯公司流行的一種PIC微控制器，很快就可組成能得到認(rèn)可的mesh無線網(wǎng)絡(luò)。此外，可以選用該公司的ZENA無線網(wǎng)絡(luò)分析器工具，簡化ZigBee和MiWi協(xié)議組的配置。這樣可以降低代碼量并優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　同時(shí)，查看一下AMI半導(dǎo)體公司的ISM頻帶芯片。AMIS-53050是針對小于1 GHz的FSK/OOK工業(yè)應(yīng)用。AMIS-52150適合402MHz～405MHz頻段ASK/OOK工業(yè)應(yīng)用。AMIS52100工作于401MHz～406 MHz醫(yī)學(xué)頻段，適合可植入應(yīng)用。