三款TE“小零件”,让你的RF设计既省地儿,又省事儿!

出处:贸泽电子 发布于:2022-05-07 15:29:39

    今,5AIoT这个概念渐火。所谓5AIoT,是“5G AI 物联网”的缩写,实际上就是一种以AI为数据处理“大脑”,以5G和物联网为数据传输通路的计算架构,也是支撑未来智能时代的骨架。在这样一个架构中,种类繁多的无线通讯技术显然扮演着重要的角色,它们将无数的网络节点互联在一起,而每一个无线节点的背后,都会有一个射频(RF)系统在不知疲倦地工作着,以确保准确、可靠的数据收发。
    所谓射频技术,就是指利用电磁辐射,在无直接电气连接的两个电路和系统之间传输信息的方式。这种电磁辐射是由时变电流电压产生的以波形式运行的电磁能,而射频系统要做的,就是通过控制和解读这种电磁波来实现信号的无线传输。
    与其他的通信和信号传输方式相比,射频的优势体现在三个方面:di一是灵活性,其无需其他物理媒介“隔空”传输电信号的方式,几乎可以延伸到任何想去的地方;第二是通讯速率高,电磁辐射场谱作为一种实用的转换介质,能使射频系统实现非常高的传输速率;第三是距离远,电磁信号作为一种带有调制技术和接收电路的电磁波,能够长距离地传输信号,应用于有线通信无法企及的场景(如卫星通信)。

   

 图1:常见的物联网无线通信协议(图源:TE)
    正是因为具有上述这些优势,射频技术也随着无线互连的普及进入到越来越多的应用场景中,可以说是无处不在。我们对于射频技术的依赖也越来越强。
    射频系统设计的挑战
    不过在电子系统中,射频系统的设计往往是极具挑战性的一环。这样的挑战主要体现在两个方面:
    在射频工作的高频频段,电信号将呈现出很多与低频条件下截然不同的特性,想要“驾驭”它,就需要射频工程师比一般的硬件工程师具备更宽的理论知识面,也需要更深厚的技术经验积淀。
    同时,电子系统中对于射频系统的“约束”也越来越多。比如在小型化方面,能够在日益紧凑的空间内“塞下”更多的功能,既需要射频系统自身不断“瘦身”,还需要其提供足够的灵活性,以利于工程师在系统层面进行整体的空间优化。
    这些挑战转化为对当今射频元器件的要求,可以浓缩为一句话:让射频系统的设计既省地儿,又省事儿。哪颗料能实现这样的目标,其在市场上就一定会受到开发者的青睐。



    一个射频系统主要包括天线、收发器,以及为这两者提供射频信号互连的电缆组件三个部分。以往很多人可能认为,收发器是射频系统中比较复杂、技术含量极高的部分,而对有经验的射频工程师来说,这几部分其实是密切相关的,在天线和射频信号互连部分选料稍有不慎,很可能会给整个射频系统的设计带来麻烦。换言之,经过优化设计的天线和射频互连方案,将有助于用户实现“既省地儿,又省事儿”的设计目标。
    这样的解决方案,TE Connectivity(以下简称TE)已经为你准备好了,今天我们就从中精选几款,为大家秀一下。
    小型化多频段的天线
    在射频系统中,天线无疑是位置极为“突前”的角色。简单地理解,天线就是一个转换装置,其作用是将在电路系统中传输的导行波,变换成在自由空间中传播的电磁波,或者相反。因此,天线的增益、带宽、阻抗、方向性等特性,对于射频系统的性能会产生至关重要的影响。
    除此之外,还有几个天线产品的发展趋势值得关注:
    小型化

    这一点无需赘言,在移动便携产品中这一需求会显得尤为强烈,这就需要天线产品的设计在材料、结构和工艺等方面多动脑筋。
    多频段
    单个天线支持多波段,一方面有利于提升无线连接的可靠性,另一方面也有利于在quan球范围内支持更多的无线标准,带来“一料多用”的便利性。
    共存性
    由于在一个设备中可能会有多个无线协议并存的情况,因此如何能够减少各个无线射频系统之间的干扰,支持多协议、多系统的共存,也很重要。
    能够符合上述这些设计要求,TE的小型化陶瓷GNSS天线就是一个很好的范例。该系列产品具有额定50Ω馈电点阻抗,支持3W至10W的功率,堆叠式的贴片设计实现了更小的占板面积,能够很好地满足空间紧凑产品的规格要求。
    同时,该系列的天线产品具有1559MHz至5875MHz的频率范围,可以确保在复杂环境中增加连接卫星的数量,为用户提供不间断的无线连接体验;而且其可以支持GPS、GLONASS、北斗和伽利略等多种卫星定位导航应用的频段,满足不同市场的需求。
    而且,该产品优化了多个天线之间的效率和隔离,有助于达到设计要求的数据吞吐量,zui终实现分米和厘米级的jing度,因此可以说是需要卫星定位功能的便携应用的不二之选。
    可靠而多样化的电缆组件
    射频信号在天线和收发器中间的传输,这个工作通常是由射频连接器和电缆来完成的。在这方面,同轴连接器和电缆具有突出的性能优势,甚至在很多人的心目中,它们就是射频连接器和电缆的代名词。
    具体来讲,这种同轴的互连架构包含有内导体和外导体,内导体用于连接信号线,而外导体不仅是信号线的地线,也起到屏蔽电磁场的作用,以减少同轴互连系统内、外部电磁波相互之间的干扰,也能够zui大程度地减少传输中的损耗,确保在传输过程中信号的完整性。
    正是由于具有上述这些优势,同轴连接器一直在不断演化,发展出了诸多系列、不同规格的产品,特别是在连接器的小型化上也在不断精进(如TE UMCC微型同轴连接器)。而同轴电缆由于其结构简单、空间利用率高、易制造等特点,也广受青睐。
    TE凭借自己在射频互连领域深厚的积累,推出了多种配置的微型同轴电缆组件。这些产品将TE高品质的射频同轴连接器与电缆搭配在一起,提供了与TE UMCC微型同轴连接器不同的连接/转换配置,电缆组件的长度也在50mm至1000mm之间有多种规格可选,便于为各种应用提供可靠的射频连接,包括可穿戴设备、智能电表、医疗系统、机顶盒和智能家居等等。
    TE微型同轴电缆组件类型
    ?  Bulkhead RF CA至UMCC
    ?  RP-SMA至UMCC
    ?  SMA Bulkhead至UMCC
    ?  TNC Bulkhead至UMCC
    ?  UMCC至UMCC
    TE的微同轴射频电缆组件与天线产品配合使用,有助于为客户提供性能出色,且更具有价格竞争力的端到端射频解决方案。
    不可或缺的弹簧夹
    在为便携产品设计射频系统时,你还会用到一种比较“特别”的互连组件,它们虽然不起眼,但是作用却不容忽视,这就是弹簧夹。
    弹簧夹也被称为屏蔽夹、接地弹簧、通用接地端子或卡箍,从名称就可看出其在各类型小型PCB板中主要的作用就是天线馈电、低压电气连接或用于接地,以防止EMI噪声以及由扬声器、电机、扩音器等设备产生的静电;同时也可起到固定的作用,防止任何振动对PCB的影响。因此,其在射频及其之外的电路系统中有广泛的应用。



    图4:弹簧夹在平板电脑PCB上的应用(图源:TE)
    尽管先前TE已经有了很丰富的弹簧夹产品组合,不过为了满足小型化设计的需求,特别推出超小型弹簧夹产品系列。
    故名思议,TE超小型弹簧夹的主要优势是占板面积小(仅有1.7mm2),可节省宝贵的PCB空间,并提供不同高度的配置可供选择。其闭环端子设计可确保与PCB实现稳定连接,保持力更好,并提供1.5A的载流能力;坚固耐用的侧壁设计可zui大限度地减小过度压缩。
    同时,该产品特殊的防刮设计可将端子顶端锁定在弹簧夹侧壁内,有利于避免弹簧夹在组装过程中被操作员手套钩住,从而提高产线组装效率。而且专门的拾取区域可支持自动组装工艺,有助于实现可制造性设计。
    图5:TE超小型弹簧夹系列(图源:TE)
    可以看到,这样的超小型弹簧夹可以为无线设备的天线馈电提供具有成本效益的解决方案,且在抑制EMI和增强机械可靠性方面也很有帮助。
    本文小结
    天线、电缆组件、弹簧夹……这些射频信号传输链路上的“小零件”,往往会关系到zui终产品的品质,以及用户的体验,从这个意义上看,它们的选型就不是小问题了。
    本文中列举的三个来自TE的产品,具备you秀的性能,并在此基础上为开发者在产品的小型化、可靠性和易用性等方面,提供了更多的价值,让射频系统的开发,乃至整个产品的开发都能够从中获益。因此,这样具有大作用的“小零件”还是多多益善!

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