СВЧ технология - Выбор подходящего усилителя для проектирования активной антенны

Автомобильная промышленность переходит к широкомасштабному использованию выносных антенных модулей и антенных модулей типа "акулий плавник" для обеспечения единой наземной и спутниковой связи. Из-за компактной конструкции антенны и удаленного расположения радиоприемного устройства для оптимизации работы антенны требуется применение высокопроизводительных, высокоинтегрированных и малошумящих усилителей (МШУ). До появления антенны "акулий плавник" основной технологией была стеклянная антенна (планарная антенная структура, напечатанная на оконном стекле). Стеклянная антенна по-прежнему широко используется, как правило, на заднем или боковом стекле автомобиля. Поэтому такие антенны, как и антенны типа "акулий плавник", располагаются на дальнем конце радиоприемного устройства и обычно используют локальный МШУ для улучшения характеристик. Поскольку МШУ используется в конструкции антенн типа "акулий плавник" и "стекло", активные антенны стали очень популярной технологией в современных автомобилях. antenna structure

Проблема удаленной антенны

Если антенна расположена на дальнем конце, это по-разному сказывается на ее работе в зависимости от конкретного применения. В FM-диапазоне антенна обычно согласуется с радиочастотным кабелем с импедансом 50 Ω или 75 Ω для обеспечения передачи мощности. Однако коэффициент шума увеличивается пропорционально потерям в кабеле между антенной и приемником. Для более длинных кабелей дополнительное значение коэффициента шума может превышать 1 дБ, что приводит к такому же снижению чувствительности. Размещение МШУ между антенной и кабелем позволяет значительно уменьшить это влияние.

В АМ-диапазоне влияние положения дальнего конца антенны на характеристики иное, хотя конечным результатом является снижение чувствительности. Импеданс источника сигнала типичной АМ-антенны очень высок, что часто моделируется как последовательная емкость. Значение емкости составляет от 3пФ до 100пФ. Конкретное значение емкости связано со структурой. Параллельная паразитная емкость кабеля, соединяющего антенну и приемник, образует с емкостью источника емкостной делитель напряжения. Параллельная паразитная емкость длинных кабелей может достигать 100 пФ, что может значительно ослабить сигнал. Размещение МШУ с высокоомным входом и низкоомным выходом между антенной и кабелем позволяет улучшить характеристики передачи сигнала. В диапазонах рабочих частот AM и FM повышение уровня сигнала на антенне с помощью выносного МШУ позволяет значительно снизить чувствительность к шуму окружающей среды, принимаемому кабелем, и сделать схему радиосвязи более надежной.

Распространенные схемы активных антенн

Характеристики и функциональные требования к активным антеннам зависят от конкретного применения. Некоторые схемы активных антенн требуют автоматической регулировки усиления (АРУ), в то время как другие используют МШУ с фиксированным коэффициентом усиления для снижения стоимости; некоторые схемы обеспечивают регулируемое напряжение питания активных антенн, но большинство по-прежнему работает от батарей; некоторые конструкции требуют особенно высокого усиления, в то время как другие могут быть особенно чувствительны к порогу АРУ. Таким образом, проблема питания антенн заключается в том, как удовлетворить разнообразные отраслевые требования без переделки схемы разветвления или использования дорогостоящих ИС (внешние активные и пассивные компоненты все равно необходимы).

Некоторые производители предлагают интегрированные AM/FM-решения для активных антенн. К сожалению, они часто требуют внешних pin-диодов и регулируемых источников питания для АРУ. При использовании батарей требуются внешние передающие транзисторы (рис. 1).Выбор правильного усилителя для активной антенны

Внешние компоненты повышают стоимость и увеличивают габариты схемы, а ее конкурентоспособность ненамного лучше, чем у раздельной конструкции. Помимо больших физических размеров, еще одним недостатком является то, что при изменении требуемого коэффициента усиления, напряжения питания или габаритных размеров может потребоваться перепроектирование печатной платы. Это требует дополнительных конструкторских ресурсов, которые и так в дефиците. В условиях ограниченных ресурсов и пространства идеальным решением для поставщиков антенн должны стать высокопроизводительные, недорогие и очень гибкие ИС, способные легко удовлетворять различным требованиям без перепроектирования, изменения спецификации или печатной платы.

Идеальная схема активной антенны

Примером такой схемы активной антенны является Max2180a. Это малошумящий AM / FM-усилитель с опциональной конфигурацией применения. В Max2180a применен эксклюзивный высоковольтный КМОП-процесс, интегрированы АМ, ЧМ, АРУ и высоковольтный регулятор. Max2180a позволяет отказаться от внешних pin-диодов и внешних регуляторов или передающих транзисторов, что уменьшает габаритные размеры антенной схемы. Max2180a выполнен в высокоинтегрированном корпусе TQFP размером 4 мм x 4 мм, который легко устанавливается в антенный модуль.

В трактах AM- и FM-сигналов предусмотрены регулируемые значения коэффициента усиления и порога срабатывания АРУ, что повышает гибкость и поддерживает бесперебойное подключение тюнеров нисходящей линии связи. Эти значения коэффициента усиления и точки срабатывания АРУ могут быть установлены с помощью внешних выводов, что позволяет быстро реализовать различные конфигурации на одной печатной плате (рис. 2).

Кроме того, max2180a поддерживает рабочее напряжение до 6 В (рис. 3), что делает его идеальным для автомобилей с технологией "старт-стоп". В это время при запуске двигателя наблюдается большой переходный спад напряжения. Ранее просадка напряжения была несущественной проблемой, поскольку после запуска автомобиля электрическая система поддерживала относительно постоянное напряжение питания 14 В. При использовании новой технологии "старт-стоп" двигатель автоматически отключается, когда автомобиль не движется. Двигатель необходимо часто перезапускать, а радиоприемник должен нормально работать при многократных запусках и переходных перепадах напряжения питания устройства.

Данная статья посвящена проблемам быстрого развертывания активных антенн в автомобильных приложениях в условиях постоянного уменьшения площади и диверсификации требований. Представлено идеальное решение для решения этих задач: интеграция всех активных и множества пассивных компонентов в решение. В схеме используется вывод выбора для установки основных внутренних параметров, что повышает гибкость, а рабочее напряжение поддерживает работу в автомобиле с новой технологией "старт-стоп". antenna structure