يعد الهوائي المضمن 2.4G PCB Patch إلى جانب الكابل المحوري MI 1.13 حلاً هوائيًا داخليًا شائعًا وفعالاً للغاية للأجهزة اللاسلكية الحديثة. تم تصميم هذا التجميع خصيصًا لتوفير اتصال قوي للتطبيقات التي تستخدم نطاق ISM 2.4 جيجا هرتز (2400-2500 ميجا هرتز)، وهو نطاق التردد القياسي لشبكة Wi-Fi (802.11 b/g/n) واتصال Bluetooth/BLE .
يتم اختيار نظام الهوائي هذا من قبل المصممين الذين يحتاجون إلى حل يوازن بين الأداء الموثوق والكفاءة العالية والحد الأدنى من الحجم المادي للتضمين داخل حاوية المنتج.
المكون العميق والأساس المنطقي الفني
التجميع عبارة عن نظام متكامل حيث يتم تحسين كل مكون للتصغير والأداء.
1. عنصر هوائي تصحيح ثنائي الفينيل متعدد الكلور
تم حفر الهيكل المشع للهوائي على صلبة صغيرة (PCB) لوحة دوائر مطبوعة . يشير 'التصحيح' غالبًا إلى تصميم هوائي مستو، مثل هوائي Planar Inverted-F (PIFA) أو بنية التصحيح الكلاسيكية.
التصغير والاستقرار: يسمح تنسيق PCB ببنية دقيقة وقابلة للتكرار تتميز بمرونة عالية لتغيرات درجة الحرارة والرطوبة، مما يوفر اتساقًا أفضل من الهوائيات السلكية البسيطة. يعد هذا الاستقرار أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة المنتج الموحدة أثناء التصنيع الضخم.
الأداء: تم تصميم هوائيات التصحيح PCB لتحقيق كفاءة عالية ومطابقة مقاومة ممتازة ، مما يترجم مباشرة إلى قوة إشارة ونطاق أفضل للجهاز النهائي. أنها توفر عادة مكاسب من 2dBi إلى 4dBi.
الاتجاهية (ضمنية): على الرغم من كونها شاملة الاتجاهات في مستوى PCB، إلا أن هوائيات التصحيح يمكن أن تظهر كسبًا أعلى قليلاً في اتجاهات محددة مقارنة بالهوائيات السوطية المستقطبة رأسيًا.
2. مي 1.13 كابل محوري
الكابل هو خط الإشارة الذي يربط الهوائي بوحدة الراديو الخاصة بالجهاز. يشير 'MI' غالبًا إلى معيار الكابل المحوري فائق الصغر الخاص بشركة مصنعة معينة، وهو ما يعادل وظيفيًا 1.13 مم الكابل الشائع الاستخدام بقطر (RG1.13).
النحافة والمرونة القصوى: يتميز الكابل مقاس 1.13 مم بأنه رفيع للغاية، مما يجعل من السهل التنقل حول المكونات المزدحمة، من خلال فجوات صغيرة، وفوق الأشكال الهندسية المعقدة داخل حاويات ضيقة (على سبيل المثال، الساعات الذكية، والأجهزة اللوحية، وأجهزة الاستشعار).
الوزن المنخفض: يعد الحد الأدنى من كتلة الكابل ميزة كبيرة في التطبيقات الحساسة للوزن مثل الطائرات الصغيرة بدون طيار أو الأجهزة القابلة للارتداء، مما يساعد في الحفاظ على عمر البطارية.
استراتيجية سلامة الإشارة: نظرًا لأن الكابلات الرفيعة جدًا تحتوي على توهين (خسارة) إشارة أعلى لكل متر من الكابلات الأكثر سمكًا، يتم استخدام هذا الكابل بشكل صارم لمسافات قصيرة (عادةً أقل من 15 سم ) للحفاظ على إجمالي فقدان الإشارة منخفضًا والحفاظ على الكفاءة الإجمالية للهوائي.
3. الموصل
على الرغم من عدم تسمية الموصل بشكل صريح، فإن التجميعات التي تستخدم كابل 1.13 مم تنتهي عالميًا تقريبًا في موصل قفل سريع صغير للغاية مصمم للتكامل على مستوى اللوحة، مثل نوع U.FL (أو IPEX/MHF).
الحد الأدنى من البصمة: يشغل هذا الموصل مساحة صغيرة على لوحة الدائرة الرئيسية للجهاز، وهو أمر ضروري للتصميمات المدمجة.
اتصال آمن: تضمن آلية القفل المفاجئ اتصالاً موثوقًا ومقاومًا للاهتزاز بمقبس التثبيت على السطح الموجود على PCB، مما يوفر سلامة ميكانيكية وكهربائية عالية للأجهزة المحمولة.
بيئات التطبيق المشتركة
إن الجمع بين الحجم الصغير والكفاءة العالية والمتانة يجعل مجموعة الهوائي هذه الخيار الأمثل لدمج اتصال Wi-Fi وBluetooth في الأجهزة المقيدة للغاية.
الإلكترونيات القابلة للارتداء: ضرورية لأجهزة مثل الحلقات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية والساعات الذكية، حيث يجب أن يتناسب الهوائي حول الهياكل المنحنية المعقدة أو داخلها مع الحفاظ على سلامة الإشارة.
أجهزة استشعار إنترنت الأشياء والمنزل الذكي: تستخدم على نطاق واسع في أجهزة الاستشعار الصغيرة التي تعمل بالبطارية (درجة الحرارة والرطوبة والحركة والقرب) والتي تحتاج إلى الاتصال عبر Wi-Fi أو Bluetooth LE ويجب أن تحتوي على هوائي جمالي غير مرئي.
الأجهزة الطبية وأجهزة الرعاية الصحية: مضمنة في أجهزة التشخيص المحمولة، وأجهزة مراقبة المرضى عن بعد، وأجهزة الاستشعار الطبية المتخصصة حيث يعد نقل البيانات الموثوق به والحد الأدنى من الحجم متطلبات تنظيمية وتصميمية غير قابلة للتفاوض.
الطائرات بدون طيار والروبوتات: مثالية للتحكم عبر Wi-Fi أو Bluetooth ووصلات القياس عن بعد نظرًا لانخفاض حجم الهوائي وانخفاض وزن الكابل، مما يساعد على زيادة سعة الحمولة النافعة وكفاءة البطارية.
مبادئ التصميم والتكامل
يتطلب تحقيق أعلى أداء باستخدام هوائي PCB المدمج اهتمامًا شديدًا بالبيئة الميكانيكية والكهربائية المحيطة:
منطقة خلوص مشددة: يجب وضع عنصر الهوائي في منطقة ذات منطقة 'منع' محددة أو منطقة خلوص، تتراوح عادة من 5 مم إلى 10 مم من جميع الجوانب، وتكون خالية تمامًا من المعادن والطائرات الأرضية وشاشات LCD والبطاريات والمواد الموصلة الأخرى. سيؤدي أي انتهاك لهذه المنطقة إلى تفكيك الهوائي، مما يقلل من كفاءته بشكل كبير.
التوجيه الصحيح: للتداخل الكهرومغناطيسي يجب توجيه الكابل مقاس 1.13 مم بعيدًا عن المصادر المعروفة (EMI) ، مثل آثار البيانات عالية السرعة، والساعات، وتحويل مصادر الطاقة، لمنع اقتران الضوضاء بمسار إشارة التردد اللاسلكي الحساس.
تأثير المستوى الأرضي: يرتبط أداء العديد من تصميمات هوائيات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ارتباطًا وثيقًا بحجم وجودة المستوى الأرضي على لوحة الدائرة الرئيسية. يجب أن يضمن التصميم النهائي أن يكون المستوى الأرضي قويًا ومحددًا بشكل صحيح بالنسبة إلى نقطة تغذية الهوائي.
تأثير العلبة: يمكن أن يؤدي الغلاف البلاستيكي النهائي للمنتج (قبة الرادار) وخصائص المواد الخاصة به إلى تغيير ضبط الهوائي قليلاً. غالبًا ما تكون تعديلات النهائية مطابقة المعاوقة على PCB الرئيسي مطلوبة أثناء مرحلة النماذج الأولية للتعويض عن هذا التأثير وضمان أفضل تطابق بمقدار 50 أوم .
توفر مجموعة هوائي تصحيح ثنائي الفينيل متعدد الكلور الفقري 2.4G العمود الموثوق به وعالي الكفاءة اللازم لتقديم تجارب لاسلكية سلسة في المنتجات الإلكترونية الأكثر إحكامًا وابتكارًا اليوم.
