Mikrowellen-Technik - Wählen Sie den richtigen Verstärker für aktives Antennendesign

Die Automobilindustrie setzt auf Remote- und Haifischflossenantennenmodule in großem Maßstab, um eine einheitliche Boden- und Satellitenkommunikation zu erreichen. Aufgrund der kompakten Antennenstruktur und der abgelegenen Lage der Funkeinheit benötigt das Haifischflossenmodul leistungsstarke, hochintegrierte und rauscharme Verstärker (LNAs), um die Antennenleistung zu optimieren. Vor der Popularität der Haiflossenantenne war die Mainstream-Technologie Glasantenne (planare Antennenstruktur gedruckt auf Fensterglas). Die Glasantenne wird immer noch weit verbreitet sein, normalerweise in der Heckscheibe oder Seitenscheibe des Autos. Daher befinden sich diese Antennen, wie Haiflossenantennen, am anderen Ende der Funkeinheit und verwenden normalerweise lokale LNA, um die Leistung zu verbessern. Da LNA im Design von Haiflossen- und Glasantenne verwendet wird, ist aktive Antenne eine sehr beliebte Technologie in modernen Fahrzeugen geworden.

Remote Antenne Problem

Wenn sich die Antenne am anderen Ende befindet, hat sie je nach Anwendung unterschiedliche Auswirkungen auf die Leistung. Im FM-Band wird die Antenne normalerweise mit 50 Ω oder 75 Ω Impedanz HF-Kabel abgestimmt, um die Leistungsübertragung zu unterstützen. Allerdings steigt die Rauschzahl proportional zum Verlust des Kabels zwischen Antenne und Empfänger. Bei längeren Kabeln kann der Mehrwert der Rauschzahl 1dB überschreiten, was zu einer gleichen Empfindlichkeitsreduktion führt. Das Platzieren des LNA zwischen Antenne und Kabel kann diese Auswirkung erheblich reduzieren.

Im AM-Band ist der Einfluss der fernen Endposition der Antenne auf die Leistung unterschiedlich, obwohl das Endergebnis darin besteht, die Empfindlichkeit zu reduzieren. Die Quellimpedanz typischer AM-Antennen ist sehr hoch, was oft als serielle Kapazität modelliert wird. Der Kapazitätswert liegt zwischen 3pf und 100pF. Der spezifische Kapazitätswert hängt mit der Struktur zusammen. Die parallele parasitäre Kapazität im Kabel, das Antenne und Empfänger verbindet, bildet einen kapazitiven Spannungsteiler mit der Quellkapazität. Die parallele parasitäre Kapazität längerer Kabel kann bis zu 100pF betragen, was das Signal stark dämpfen kann. Das Platzieren von LNA mit Hochimpedanz-Eingang und Niederimpedanz-Ausgang zwischen Antenne und Kabel kann die Signalübertragungsleistung verbessern. In den AM- und FM-Betriebsfrequenzbändern kann das Erhöhen des Signalpegels an der Antenne über das ferne LNA die Empfindlichkeit für das Umgebungsgeräusch, das vom Kabel aufgenommen wird, erheblich verringern und das Funkschema zuverlässiger machen.

Gemeinsame aktive Antennensysteme

Die Leistungs- und Funktionsanforderungen aktiver Antennen hängen von der jeweiligen Anwendung ab. Einige aktive Antennensysteme erfordern eine automatische Verstärkungsregelung (AGC), während andere LNA mit fester Verstärkung verwenden, um Kosten zu erhalten; Einige Systeme bieten eine geregelte Stromversorgungsspannung für aktive Antennen, aber die meisten arbeiten immer noch mit Batterien; Einige Designs erfordern eine besonders hohe Verstärkung, während andere besonders empfindlich auf AGC-Schwellenwerte reagieren können. Daher besteht die Herausforderung bei der Antennenleitung darin, eine Vielzahl von Industrieanforderungen zu erfüllen, ohne das Split-Schema neu zu gestalten oder teure IC zu verwenden (externe aktive und passive Komponenten sind weiterhin erforderlich).

Einige Hersteller bieten integrierte AM-und FM-Lösungen für aktive Antennen an. Leider benötigen diese oft externe Pin-Dioden und geregelte Netzteile für AGC. Bei Verwendung von Batterien werden externe Transistoren benötigt (Abb. 1). Wählen Sie den richtigen Verstärker für aktives Antennendesign

Die externen Komponenten erhöhen die Kosten und erhöhen die Größe des Systems, und seine Wettbewerbsfähigkeit ist etwas besser als das geteilte Design. Zusätzlich zu der großen physikalischen Größe besteht ein weiterer Nachteil darin, dass, wenn sich die erforderliche Verstärkung, Versorgungsspannung oder Gesamtgröße ändert, die Leiterplatte möglicherweise neu gestaltet werden muss. Dies erfordert mehr Designressourcen, die bereits knapp sind. Bei begrenzten Ressourcen und Platzverhältnissen muss ein leistungsfähiger, kostengünstiger und sehr flexibler IC die ideale Lösung für Antennenlieferanten sein, der verschiedene Anforderungen problemlos ohne Redesign, Stücklistenwechsel oder Leiterplattenwechsel erfüllen kann.

Ideales aktives Antennensystem

Max2180a ist ein Beispiel für diese Art von aktivem Antennendesign. Es handelt sich um einen AM-Verstärker FM mit geringem Rauschen mit optionaler Anwendungskonfiguration. Max2180a nimmt exklusiven Hochspannungs-CMOS-Prozess an, integriert AM, FM, AGC und Hochspannungsregler. Der max180a eliminiert externe Pin-Dioden und externe Regler oder Transmissionstransistoren, wodurch die Gesamtgröße des Antennensystems reduziert wird. Max2180a nimmt hoch integriertes 4mm x 4mm TQFP-Paket an, das einfach ist, das Antennenmodul zu montieren.

Die AM- und FM-Signalpfade umfassen einstellbare Verstärkung und AGC-Schwellenwerte, um die Flexibilität zu verbessern und die nahtlose Verbindung von Downlink-Tunern zu unterstützen. Diese Verstärkungswerte und AGC-Triggerpunkte können über externe Pins eingestellt werden, um die schnelle Implementierung verschiedener Konfigurationen auf derselben PC-Platine zu unterstützen (Abbildung 2).

Darüber hinaus unterstützt der max2108a eine Betriebsspannung bis zu 6V (Abbildung 3) und ist somit ideal für Fahrzeuge mit Start-Stop-Technologie. Zu diesem Zeitpunkt gibt es einen großen transienten Spannungsabfall, wenn der Motor startet. Früher war der Spannungsdurchhang ein unbedeutendes Problem, denn sobald das Auto gestartet wurde, würde das elektrische System eine relativ konstante 14V-Versorgungsspannung beibehalten. Wird die neue Start-Stopp-Technologie eingesetzt, schaltet sich der Motor automatisch ab, wenn das Auto sich nicht bewegt. Der Motor muss häufig neu gestartet werden, und das Funkgerät muss bei wiederholtem Anlauf und vorübergehendem Abfall der Gerätespannung normal arbeiten.

Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Herausforderungen, denen der schnelle Einsatz aktiver Antennen in Automobilanwendungen unter dem Umfeld einer kontinuierlichen Flächenreduktion und diversifizierter Anforderungen gegenübersteht. Eine ideale Lösung für solche Herausforderungen wird vorgestellt: die Integration aller aktiven und mehrerer passiver Komponenten in die Lösung. Das Schema verwendet den Auswahlstift, um die wichtigsten internen Parameter einzustellen, was die Flexibilität verbessert, und die Arbeitsspannung unterstützt das Fahrzeug mit neuer Start-Stop-Technologie.