無線設計的關鍵指南 （無線工程師）

　　第五步：天線

　　不要忘記還有天線，天線是所有無線設備中的關鍵機械部件。實際上，一開始就要把天線考慮在內，因為應用能否成功取決于它。

　　第六步：符合FCC

　　要為“聯邦通訊委員會(FCC)”測試作準備。無線設備已經設計好之后，需要得到FCC的使用和銷售認可。FCC要求產品能達到設備所屬分類已有輻射限值的認證。此外，所有有意輻射體都必須有完整FCC證書。

　　自己可以對設備進行測試，但大多數公司將此分包給專門進行此類業務的機構來完成。在Yahoo或Google里輸入“FCC testing”就能找到幾十家。要確認預算中包括了這項服務費用。

　　估算信號強度和路徑損耗

　　可以采用一些基本公式，對距離、功率及其它一些鏈路性能作初步估算。基本公式為：

　　Pr=(PtGtGrλ2) / (16π2d2)

　　其中Pr為接收功率;Pt為發射功率;Gt為發射天線功率增益;Gr為接收天線功率增益;d為發射器和接收器之間的距離，單位為米，是以米為單位的波長，等于300/fMHz。要確認兩個關鍵因素：

　　?接收功率是波長平方的函數。因此，頻率越低，接收功率則越大。頻率越高越好，這是由于頻率越高，天線尺寸要小許多。不過，功率一定的話，則距離要小。

　　?接收功率是發射器和接收器之間距離的平方的函數。設計目標是對距離與功率和頻率的關系進行平衡。

　　在這一公式中，假設發射和接收天線之間的視線(LOS)路徑清晰，因此沒有考慮穿墻、樹木或其它障礙物。此外，本公式僅僅在發射和接收天線的間隔足夠達到遠場才有效。

　　所有電磁波都有近場和遠場。近場主要是磁場，因此發射和接收天線更像變壓器的初級和次極。遠場是實際混合電磁場或無線電波。其距離約大于D2/λ，其中D為天線最大尺寸(一般為工作頻率處的半波長，即468/fMHz)。要使估計最佳，為保險起見，可假設遠場大于10倍波長。

　　公式中的天線增益是相對于各向同性(球體)源的。該源增益為1。大多數實際應用的天線，如半波偶極子天線或四分之一波地平面，都是定向的。因此，天線增益表示功率增益為1.6?倍或者2.15 dB。

　　使用該公式的關鍵是估計以dB為單位的路徑損耗。其根源是發射和接收天線之間距離引起了路徑衰減。可以用下式估計路徑損耗：

　　dB loss=37 dB + 20log(fMHz) + 20log(d)

　　其中，d為距離或范圍，單位為英里，1英里約等于1610米。得到了給定天線組的路徑損耗和發射功率之后，就可以用下式確定所需要的接收器靈敏度：

　　Pr=Pt–PL

　　假設路徑損耗為90 dB，發射功率為10dBm (10 mW)，則需要的接收器靈敏度為：

　　Pr=10–90=–80dBm

　　接收器靈敏度是增大距離的關鍵，也是給定發射功率和天線增益下得到更高鏈路可靠性的關鍵。要盡可能使接收器靈敏度達到最大。某些新型設計的接收器靈敏度可以達到–120dBm～–130dBm。

　　代表性產品

　　幾乎對任何應用，都有幾十種很好的芯片和模塊可采用。新型產品包括ADI最近推出的ISM頻帶芯片以及微芯技術公司的某些ZigBee產品。

　　ADI的ADF70xx系列收發器工作在50 MHz～1 GHz范圍，大多數版本都采用FSK或高斯FSK(GFSK)，數據率在20～384 kbps范圍。功率輸出在–20 (或–16dBm)～+10(或+13dBm)之間可調。接收器靈敏度達到–125dBm。

　　有多種版本也提供ASK和OOK調制。其它可以實現2FSK、3FSK或4FSK工作，每個符號含有更多位，因而在更窄的通道內獲得的數據率更高。大多數模塊都含有高斯數據濾波，有助于使發射帶寬變窄，并且保證符合鄰近通道功率(ACP)技術規范的要求。

　　ADI的“SRD(短距離器件)設計工作室”軟件能對無線連接設計和ADF70xx芯片仿真提供幫助。使用該軟件包，可以快速而有效地開發實時仿真，測試多種配置，并且查找可能存在的問題。

　　該軟件可以使用戶在下列三種仿真模式中選擇一種，這三種模式是：頻域、瞬態分析以及頻譜分析。同時，也可以用頻帶、功耗、同步檢測、鏈路分析、調制選擇、數據率、環路濾波器以及其它參數作實驗，以優化設計。該軟件為免費軟件，可以從www.analog.com/srddesign下載。

　　Microchip公司的MRF24J40 IEEE 802.15.4 2.4-GHz DSSS無線收發器是針對ZigBee應用的，可以單獨使用或者與ZigBee聯盟堆棧協同使用。同時，該公司所有的MiWi協議與ZigBee 網狀 lite類似，該協議是一種簡單協議，可用于節點數少于100個且節點之間跳躍數不多于4個的網狀網絡拓撲應用。如果應用要求超過了此限制，則要選擇ZigBee。

　　不過，許多應用并沒有那么龐大。如果基本802.15.4特性降低得不嚴重，MiWi可能是個不錯的選擇。用單個晶振和微芯公司流行的一種PIC微控制器，很快就可組成能得到認可的mesh無線網絡。此外，可以選用該公司的ZENA無線網絡分析器工具，簡化ZigBee和MiWi協議組的配置。這樣可以降低代碼量并優化設計。

　　同時，查看一下AMI半導體公司的ISM頻帶芯片。AMIS-53050是針對小于1 GHz的FSK/OOK工業應用。AMIS-52150適合402MHz～405MHz頻段ASK/OOK工業應用。AMIS52100工作于401MHz～406 MHz醫學頻段，適合可植入應用。