Comment puis-je tester correctement l'antenne PCB de mon appareil?

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Je suis en train de tester un appareil Z-Wave que j'ai créé avec une antenne PCB. Je veux m'assurer que l'antenne a une bonne portée et que la force du signal généré est suffisamment forte et comparable à des appareils similaires sur le terrain.

Comment puis-je tester correctement mon appareil?

zwave  testing  hardware 
— Dom
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Cela semble être plus une question de génie électrique / bricolage qu'une question spécifique à l'IoT.
— ArtOfCode
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@ArtOfCode si votre antenne ne fonctionne pas, vous n'avez pas de périphérique IOT. J'ai vu cela monter dans l'industrie tout le temps. Oui, il y a chevauchement avec EE, mais si nous voulons parler de la création d'appareils, il y aura chevauchement.
— Dom
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Dom, ce site n'est pas autant sur les défis d'ingénierie plus profonds qui entrent dans la conception et la construction de ces appareils. Ce site est davantage orienté vers les utilisateurs finaux ayant des questions sur l'IoT, les solutions, les problèmes de sécurité et le fonctionnement de leurs appareils. Il y aura toujours un peu de croisement (problèmes industriels, dépannage, optimisation et réparation, par exemple), mais les questions d'ingénierie qui se trouvent être liées à la conception de l'IoT conviennent mieux aux experts de nos sites d'ingénierie / électriques .
— Robert Cartaino
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@RobertCartaino la phase de définition avait plusieurs questions qui étaient axées sur le développement comme "Quels protocoles pouvons-nous utiliser pour la communication de périphérique à périphérique (D2D) dans IOT, à part MQTT?" et "Je crée un système qui comprend une application mobile et un périphérique matériel compatible Bluetooth. Comment sécuriser la communication entre les périphériques?". Si nous voulons seulement des questions au niveau des consommateurs, alors oui, cela n'a pas de sens ici, mais si nous avons des questions sur le développement et le processus de fabrication d'un appareil IOT, nous avons besoin de questions comme celle-ci.
— Dom
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Dom, En regardant les exemples de questions (définissant le public cible pour ce site), je crois que vous posez simplement dans la mauvaise arène - d'autant plus que nous avons créé plusieurs sites d'experts en électricité / ingénierie ciblés spécifiquement pour répondre à votre question avec autorité.
— Robert Cartaino

Réponses:

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Vous pouvez utiliser un analyseur de spectre pour vous assurer que:

  • L'antenne émet à la bonne fréquence (plage).
  • La puissance de sortie est la puissance de sortie attendue (calculée théoriquement) (ou elle est suffisamment proche).

Une version haut de gamme d'un analyseur de spectre (y compris un analyseur de taux d'erreur binaire) pourrait vous aider davantage à vous assurer que non seulement l'antenne mais aussi le codage sont corrects.

— 50k4
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Pas vraiment. La caractérisation de l'antenne est bien plus que cela.
— Sean Houlihane
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Il existe deux approches principales pour caractériser une antenne et son efficacité dans le système, free spaceet in-situ. Le premier vous donnera une ligne de base dans le meilleur des cas, est moins sensible au bruit de mesure (surtout si vous avez accès à une grande chambre anéchoïque), et fonctionne probablement mieux pour sélectionner entre les variations d'antenne candidates. In-situles mesures sont beaucoup moins définitives, mais vous permettent d'être précis sur un scénario de travail possible et d'exclure les erreurs idiotes (comme oublier que l'appareil final a un boîtier conducteur).

Les deux approches nécessitent une paire émission-réception. L'un ou les deux peuvent être de vrais dispositifs, la propagation est commutative. Prenez soin d'utiliser des blocs d'alimentation représentatifs et un fonctionnement autonome sur un véritable appareil de test. Si vous connectez des câbles d'alimentation ou série, ceux-ci font partie du système d'antenne.

Une bonne alternative à un analyseur de spectre est une radio définie par logiciel. Certains dongles USB-DVBTV peuvent être utilisés à très faible coût. Vous ne devriez pas être aussi préoccupé par la fidélité du signal dans ce scénario, la force du signal simple devrait être suffisante.

Idéalement, vous serez suffisamment proche car le taux d'erreur non corrigé n'est pas une mesure utile. Indépendamment, vous devez comprendre comment la puissance du signal, le taux d'erreur non corrigé et les performances du système sont liés pour déterminer le point de fonctionnement que vous visez.

Pour les mesures d'espace libre, vous serez idéalement dans un champ ouvert, sans lignes électriques et structures réfléchissantes sur plusieurs dizaines de mètres. Placez le DUT sur un support en bois et observez-le à une distance de 5 à 10 mètres (plusieurs longueurs d'onde au moins). Faites-le pivoter dans toutes les directions et mesurez. Répétez avec un appareil comparatif, répétez avec toutes les autres variantes qui vous intéressent. Une antenne directionnelle à la fréquence d'intérêt est normalement utilisée à une extrémité de la plage de test, cela supprime certaines variations dues à l'emplacement du test (et à votre présence près de cette extrémité)

Pour les mesures in situ, il est important de tester autant de déploiements réalistes que possible. Idéalement, vous exécutez périphérique à périphérique, la qualité du signal étant enregistrée sur le périphérique. Recherchez les pires scénarios que vous pouvez trouver - les utilisateurs finaux sont susceptibles de trouver des pires encore.

En cas de doute, consultez un centre de test CEM. Ils peuvent souvent se consulter, par exemple, pour valider votre approche avec quelques mesures ponctuelles. Avec une antenne personnalisée, vous aurez probablement besoin de leurs services plus tard de toute façon.

— Sean Houlihane
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Afin de tester correctement l'antenne au minimum, les éléments suivants sont requis

  • Une antenne source avec le modèle connu et un émetteur tel qu'un générateur de signaux RF créent des signaux connus
  • L'antenne de test avec un système récepteur mesure et surveille le signal RF reçu. Dans ce cas, le dispositif z-wave pourrait être utilisé comme système récepteur.
  • L'antenne sous test (AUT) doit être testée en fonction de l'angle. Un système de positionnement doit être utilisé pour faire tourner l'AUT par rapport au système source.

Voici un schéma simple pour illustrer ce qui précède.

Configuration de l'antenne de test
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La configuration ci-dessus aidera à tester l'AUT à la fois un émetteur et un récepteur.

Le prochain ensemble de plages approprié pour l'application doit être sélectionné. Les plus courants sont

Portée élevée (espace libre)

Les tests d'espace libre sont parfois divisés en tests extérieurs et intérieurs. Pour les tests en intérieur, une chambre anéchoïque fonctionnera très bien.

Portée élevée
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Gammes compactes

Il est bon d'envisager de réaliser des tests de gamme compacte. Dans le plus simple d'un réflecteur parabolique est utilisé pour créer une onde plane appropriée pour effectuer les mesures nécessaires. Voici un exemple élaboré.

Gamme compacte
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Une fois l'équipement et la configuration de test possibles déterminés, les principes fondamentaux de l'antenne doivent être évalués. Voici une liste à considérer

  • Modèles de rayonnement (gain et efficacité)
  • Impédance ( V ension S tanding W ave R atio)
  • Bande passante
  • Polarisation

Les références:

— Mahendra Gunawardena
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