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Ohne Erfahrung mit dem Design von Antennen zu haben, kann es eine schwierige Herausforderung sein, diese zum Laufen zu bringen oder große Distanzen zu überbrücken. Oft gibt es keine schnelle oder einfache Lösung, da das Problem möglicherweise nicht mit der Antenne selbst zusammenhängt.

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So beeinflussen Antennen die Leistung von IoT-Geräten Distanzen mit den richtigen Funkantennen überwinden

26.04.2022

Beim Einsatz von vernetzten Geräten wird der Antenne nur selten Beachtung geschenkt. Eine schlechte Platzierung der Antenne im Gerät und/oder Probleme bei der Integration der Antenne mit anderen Komponenten können jedoch dazu führen, dass die Leistung von IoT-Geräten leidet oder ganz ausfällt. Da sind schnelle und unkomplizierte Lösungen gefragt.

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Der Antennenauswahl und -integration muss mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden. Um ein erfolgreiches Design sicherzustellen und die Markteinführung zu beschleunigen, sollten Anwender darauf achten, vorintegrierte Komponenten desselben Herstellers für das Modul und für die Antenne zu spezifizieren.

Ohne Erfahrung mit dem Design von Antennen zu haben, kann es eine schwierige Herausforderung sein, diese zum Laufen zu bringen. Oft gibt es keine schnelle oder einfache Lösung, da das Problem möglicherweise nicht mit der Antenne selbst zusammenhängt. Diese Unsicherheit führt dazu, dass Antennen häufig übersehen und erst später im Designprozess beachtet werden. Um ein optimales Design zu erreichen, sollten jedoch zuerst die Auswahl der Antenne und ihre Position im Endgerät berücksichtigt werden, empfiehlt der Design-In-Spezialist Codico.

Antennen funktionieren nur in bestimmten Positionen gut. Daher sollte ihrer Platzierung Vorrang vor allen anderen Komponenten eingeräumt werden. Wenn sie falsch platziert sind, wird die Leistung unmittelbar beeinträchtigt, bevor noch zusätzliche Einflussfaktoren ins Spiel kommen.

IoT-Geräte haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt und sind komplexer und deutlich kleiner geworden. Viele der Produkte sind heute kleiner als ein Smartphone und unterstützen genauso viele Funknetze. Diese Faktoren erhöhen den Druck auf das Design, welches eine ausreichende Isolierung zwischen den einzelnen Antennen ermöglichen und die, durch kürzere Masseflächen auf der Host-Leiterplatte (PCB) verursachten Leistungseinbußen, berücksichtigen muss.

Antennen müssen im IoT-Umfeld mehr leisten

Digitale Komponenten und drahtlose Module sind im Laufe der Jahre stark miniaturisiert worden, während die Leistung gleichzeitig gestiegen ist. Dieser Verkleinerungsprozess lässt sich aufgrund der physikalischen Anforderungen nicht so einfach auf Antennen anwenden. Normalerweise möchte jeder, dass das neueste Produkt seines Unternehmens das kleinste und leistungsfähigste drahtlose Gerät auf dem Markt ist. Daher haben die Entwicklungsabteilungen die Aufgabe, dies innerhalb enger physischer Produktbeschränkungen zu erreichen.

Eine externe Dipolantenne, die zunehmend in IoT-Geräten eingesetzt wird, um eine optimale Konnektivität im Netzwerk zu gewährleisten, hat zwei Abstrahlelemente, während die meisten eingebetteten Antennen in der Regel eine Monopolstruktur nutzen. Bei einer Monopolantenne ist das zweite strahlende Element die Grundplatte der Host-Leiterplatte und das Hochfrequenz-Layout. Dieses oft unterschätzte Designelement ist entscheidend für die Leistung der Antenne und oft die Ursache für viele leistungsschwache Designs.

Ein wichtiger Teil dieser Herausforderung besteht darin, dass es keine Möglichkeit gibt, dies später, nach der Entwurfsphase, zu beheben oder zu verbessern. Deshalb bietet Quectel seinen Kunden an, ihre RF-Front-End-Entwürfe bereits in der Architekturphase zu überprüfen, um ihnen ein detailliertes und konsistentes Feedback darüber zu geben, was zu erwarten ist. Dies trägt dazu bei, ärgerliche Verzögerungen und überflüssige Kosten zu begrenzen, die mit einer Umgestaltung in einem späteren Entwicklungszyklus verbunden wären.

Gute Zusammenarbeit ist wichtig

Damit das Gerät gut funktioniert, müssen die Antenne und das RF-Front-End (RFFE) mit den Fähigkeiten und Spezifikationen des Empfängers übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, wird die Leistung beeinträchtigt. Wenn Unternehmen sowohl die Antenne als auch das HF-Modul von einem einzigen Anbieter beziehen, können sie sich darauf verlassen, dass die Ingenieurteams des Anbieters die Kompatibilität zwischen beiden Produkten schon bei der Entwicklung sicherstellen.

Die RFEE ist oft das A und O eines drahtlosen Designs und besteht aus der Antenne und dem RF-Modul sowie einem dritten Element, der RF-Verbindung zwischen den Beiden. Unabhängig davon, wie gut die Leistung der Antenne und des HF-Moduls ist, führt ein schlechtes Verbindungs/RF-Layout zu einer erheblichen Leistungsminderung, die nur durch eine kostspielige Umgestaltung und Verzögerung des Zeitplans behoben werden kann. Wenn mehrere Anbieter zum Einsatz kommen, stellt sich die Frage, wer für die Unterstützung der Verbindungen verantwortlich ist, und jeder Anbieter kann den Anderen als Ursache für Probleme verantwortlich machen.

Entwicklung optimieren und beschleunigen

Wer sich jedoch für einen einzigen Hersteller entscheidet, kann sich sicher sein, dass dieser bereits weiß, wie die beiden Komponenten miteinander verbunden werden müssen, und dass die technische Unterstützung für die Komponenten von einer einzigen Stelle geleistet wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Antenne, das Modul und die Verbindung wichtig bei der Zulassung sind, wenn Ihr Produkt eine Netzwerkzertifizierung benötigt.

Auch hier bedeutet die Verwendung eines einzigen Anbieters, dass dessen Ingenieurteam Erfahrung mit dem gesamten RF-Frontend hat und bei all diesen Aspekten helfen sowie eigene Pre-Compliance-Tests durchführen kann. Da der Erfolg im IoT von einer schnellen Markteinführung und Kostenoptimierung abhängt, ist dieser Ansatz ein einfacher Weg, um sowohl eine schnelle Entwicklung als auch Kosteneffizienz zu erreichen.

Sie wissen erst dann, wie gut ein drahtloses Gerät funktioniert, wenn der Entwurf fertiggestellt ist und Prototypen gebaut und getestet wurden. Dadurch müssen Leistungsprobleme oder das Nichterreichen der Netzwerkzertifizierung schnell und mit einem Minimum an Änderungen behoben werden. Die Zusammenarbeit mit einem Distributor, der die Schlüsselkomponenten bereitstellt, vermeidet zusätzliche Entwicklungskosten und beschleunigt die Markteinführung des Geräts.

Partner minimieren das Risiko

In der Entwicklung trägt eine geringere Anzahl von Lieferanten dazu bei, eine engere Arbeitsbeziehung aufzubauen und Vertrauen und Loyalität zu schaffen, was in Zeiten von Problemen bei der Komponentenzuweisung besonders wertvoll sein kann. Dieses Vertrauen und diese Loyalität tragen dazu bei, dass der Kunde frühzeitig Zugang zu neuen Entwicklungen und Roadmaps von Herstellern erhält, damit er den Terminen für die Markteinführung neuer Produkte immer voraus ist.

Bildergalerie

  • Entwickler überprüfen die Reichweite der Module im Prüfraum.

    Bild: Codico

  • Je nach Antennentyp lassen sich unterschiedliche Funkreichweiten erzielen.

    Bild: Codico

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