Tecnologia RF - Scegli l'amplificatore giusto per la progettazione attiva dell'antenna

L'industria automobilistica sta passando all'uso di moduli di antenna remote e pinne di squalo su larga scala per ottenere comunicazioni terrestri e satellitari unificate. Grazie alla struttura compatta dell'antenna e alla posizione remota dell'unità radio, il modulo pinna squalo richiede amplificatori ad alte prestazioni, altamente integrati e a basso rumore (LNA) per ottimizzare le prestazioni dell'antenna. Prima della popolarità dell'antenna pinne di squalo, la tecnologia principale era l'antenna di vetro (struttura di antenna planare stampata su vetro della finestra). L'antenna di vetro sarà ancora ampiamente utilizzata, di solito nel finestrino posteriore o nel finestrino laterale dell'automobile. Pertanto, queste antenne, come le pinne di squalo, si trovano all'estremità opposta dell'unità radio e di solito utilizzano LNA locale per migliorare le prestazioni. Poiché LNA viene utilizzato nella progettazione di pinne di squalo e antenna di vetro, l'antenna attiva è diventata una tecnologia molto popolare nei veicoli moderni.

Problema dell'antenna remota

Quando l'antenna si trova all'estremità opposta, avrà effetti diversi sulle prestazioni a seconda dell'applicazione specifica. Nella banda FM, l'antenna è solitamente abbinata a un cavo RF ad impedenza 50 Ω o 75 Ω per supportare la trasmissione di potenza. Tuttavia, il rumore aumenta in proporzione alla perdita del cavo tra antenna e ricevitore. Per i cavi più lunghi, il valore aggiunto del rumore può superare 1dB, con lo stesso grado di riduzione della sensibilità. Posizionare il LNA tra l'antenna e il cavo può ridurre notevolmente questo impatto.

Nella banda AM, l'influenza della posizione di estremità lontana dell'antenna sulle prestazioni è diversa, anche se il risultato finale è quello di ridurre la sensibilità. L'impedenza di sorgente della tipica antenna AM è molto alta, che è spesso modellata come capacità seriale. Il valore di capacità è compreso tra 3pf e 100pF. Il valore specifico della capacità è correlato alla struttura. La capacità parassitaria parallela nel cavo che collega l'antenna e il ricevitore forma un divisore di tensione capacitivo con la capacità sorgente. La capacità parassitaria parallela dei cavi più lunghi può essere alta fino a 100pF, che può attenuare notevolmente il segnale. Posizionare LNA con ingresso ad alta impedenza e uscita a bassa impedenza tra antenna e cavo può migliorare le prestazioni di trasmissione del segnale. Nelle bande di frequenza di funzionamento AM e FM, aumentare il livello del segnale all'antenna attraverso il LNA remoto può ridurre notevolmente la sensibilità al rumore ambientale rilevato dal cavo e rendere lo schema radio più affidabile.

Schemi comuni di antenne attive

Le prestazioni e i requisiti funzionali delle antenne attive dipendono dall'applicazione specifica. Alcuni schemi di antenna attiva richiedono il controllo automatico del guadagno (AGC), mentre altri utilizzano LNA a guadagno fisso per ottenere i costi; Alcuni schemi forniscono una tensione di alimentazione regolata per le antenne attive, ma la maggior parte funziona ancora con le batterie; Alcuni progetti richiedono un guadagno particolarmente elevato, mentre altri possono essere particolarmente sensibili alla soglia AGC. Pertanto, la sfida dell'alimentazione dell'antenna è come soddisfare una varietà di requisiti del settore senza riprogettare lo schema split o utilizzare costosi IC (sono ancora necessari componenti attivi e passivi esterni).

Alcuni produttori forniscono soluzioni AM / FM integrate per antenne attive. Purtroppo, questi richiedono spesso diodi pin esterni e alimentatori regolati per AGC. Se si utilizzano batterie, sono necessari transistor di trasmissione esterni (Fig. 1). Scegli l'amplificatore giusto per la progettazione attiva dell'antenna

Le componenti esterne aumentano i costi e aumentano le dimensioni del regime, e la sua competitività è leggermente migliore rispetto al progetto split. Oltre alle grandi dimensioni fisiche, un altro svantaggio è che se il guadagno richiesto, la tensione di alimentazione o le dimensioni complessive cambiano, il circuito stampato potrebbe dover essere riprogettato. Ciò richiede più risorse progettuali che sono già in carenza. In caso di risorse e spazio limitati, la soluzione ideale per i fornitori di antenne deve essere IC ad alte prestazioni, a basso costo e molto flessibile, e può facilmente soddisfare i vari requisiti senza riprogettare, cambiare BOM o cambiare circuito stampato.

Schema di antenna attiva ideale

Max2180a è un esempio di questo tipo di schema di progettazione attiva dell'antenna. Si tratta di un amplificatore AM / FM a basso rumore con configurazione opzionale dell'applicazione. Max2180a adotta esclusivo processo CMOS ad alta tensione, integra am, FM, AGC e regolatore ad alta tensione. Il max2180a elimina diodi pin esterni e regolatori esterni o transistor di trasmissione, riducendo le dimensioni complessive dello schema di antenna. Max2180a adotta altamente integrato, 4mm x 4mm, pacchetto TQFP, che è facile da montare il modulo dell'antenna.

I percorsi del segnale AM e FM includono guadagno regolabile e soglia AGC per migliorare la flessibilità e supportare la connessione senza soluzione di continuità dei sintonizzatori downlink. Questi valori di guadagno e punti trigger AGC possono essere impostati tramite pin esterni per supportare la rapida implementazione di configurazioni diverse sulla stessa scheda PC (Figura 2).

Inoltre, il max2180a supporta una tensione di esercizio fino a 6V (Figura 3), rendendolo ideale per veicoli con tecnologia start stop. In questo momento, c'è una grande caduta transitoria di tensione quando il motore si avvia. In precedenza, la caduta di tensione era un problema insignificante, perché una volta avviata l'auto, il sistema elettrico avrebbe mantenuto una tensione di alimentazione relativamente costante 14V. Se viene utilizzata la nuova tecnologia di arresto di avviamento, il motore si spegne automaticamente quando l'auto non si muove. Il motore deve essere riavviato frequentemente e l'unità radio deve funzionare normalmente durante l'avvio ripetuto e la caduta transitoria della tensione di alimentazione del dispositivo.

Questo documento si concentra sulle sfide affrontate dalla rapida implementazione di antenne attive nelle applicazioni automobilistiche in un ambiente di continua riduzione dell'area e requisiti diversificati. Viene introdotta una soluzione ideale per affrontare tali sfide: integrare nella soluzione tutti i componenti passivi attivi e multipli. Lo schema utilizza il perno di selezione per impostare i principali parametri interni, che migliora la flessibilità e la tensione di lavoro supporta il veicolo con la nuova tecnologia di arresto di avviamento.