Как усилить сигнал bluetooth

Улучшаем сигнал Bluetooth: способы для умелых

Беспроводные устройства очень удобны – вам не нужно больше переживать за провода, однако вы должны четко понимать, что связь «по воздуху» имеет свои определенные ограничения по радиусу. Причем чем дешевле, к примеру, будет Bluetooth-адаптер, который вы приобретаете для своего компьютера, тем меньше вы сможете отойти от него, чтобы получать стабильную связь. Конечно же, и некоторые дорогие устройства не всегда выдают хорошие результаты. Сегодня мы поговорим о том, как усилить сигнал Bluetooth и насколько это реально.

Общая информация

В статье описываются некоторые методы, которые подразумевают под собой разборку адаптера, замену его частей или модификацию с помощью пайки, что может подойди далеко не каждому. Если вы не разбираетесь в электронике, не очень проворны в пользовании паяльником или ваше устройство на гарантии, то, пожалуйста, лучше избегайте подобных методов.

Дополняем адаптер

Самым простым, но не самым эффективным методом, как увеличить скорость Bluetooth, можно считать дополнение адаптера отражателем, который направит сигнал в определенном направлении, а не усилит его распространение на все 360 градусов.

Вы можете попробовать сделать такой отражатель из жестяной пивной банки, срезав у нее верх и сделав еще несколько прорезей: сверху вниз и затем от нее немного в стороны, как бы слегка отделяя низ банки.

Bluetooth-адаптер крепится по центру тем, что вам по душе придется, и подключается к компьютеру USB-переходником.

Что-то подобное можно соорудить и из картона с наклеенной на него фольгой.

Еще один вариант, который может сработать, – это отрезать только верх банки, затем сделать прорезь для корпуса ближе к низу банки и вставить адаптер внутрь той стороной, на которой находится антенна. Дальше опять же фиксируем удобным вам методом и подключаем через удлинитель.

Модификации

А сейчас мы поговорим о способах, которые подразумевают физическую модификацию уже непосредственно самого адаптера. В более дешевых вы вряд ли найдете внешнюю антенну, в чем, собственно, и есть их проблема.

Вскрываем корпус, если есть такая возможность, и ищем SMD-антенну, которая впаяна в плату, – вам необходимо будет ее выпаять, только очень аккуратно, не перегревая деталь.

Дальше мы на место антенны припаиваем SMA-коннектор, перед этим удалив все лишнее: часть, в которую вкручивают антенну, не трогаем, а на другом конце отрезаем край, разделяем экран и жилы, зачищаем их, лудим и припаиваем. Для тех, кто желает получить бездепозитный бонус рекомендую его получать в казино Трампс

Если у вас возникают сомнения, куда что именно паять, то лучше всего обратиться на форумы радиолюбителей.

Дальше либо подгоняем корпус так, чтобы можно было переходник установить в него, либо выводим просто наружу и закрываем.

Теперь подключаем к тому, что у нас вышло, антенну, которую можно смело скрутить со старого Wi-Fi.

Если же у вас более дорогое устройство уже с внешней антенной, но вы все равно недовольны сигналом, то спасти ситуацию может антенна Hyper gain – покупаете ее, отрезаете переходник для подключения и разделяете экран с жилой.

Далее открываете ваше устройство и выпаиваете антенну, как и в прошлый раз, а затем впаиваете новую.

Что такое Bluetooth. Описание и особенности технологии Bluetooth: Видео

Работаю частным компьютерным мастером. Профессионально занимаюсь ремонтом компьютеров более 12 лет, как любитель с 90-х годов.
Два года проработал руководителем сервисного центра, специализирующегося на подключении абонентов к интернету и компьютерной помощи.

Источник

Заикается, прерывается, искажается, отстает звук в беспроводных Bluetooth наушниках на телефоне Android или iPhone

Если говорить о причинах, то их можно разделить на две группы:

Что делать, если заикается или отстает звук на телефоне через наушники?

Другие решения (для Android)

Если перечисленные выше решения не помогли избавиться от проблемы с искажением звука через наушник, или хотя бы выяснить в чем причина, то попробуйте применить более сложные решения. Некоторые из них я вычитал на форумах.. Если что-то не получается, или остались какие-то вопросы – пишите в комментариях.

Включаем кодек ACC в настройках Bluetooth на Android

Можете поэкспериментировать с другими вариантами.

Отключите режим энергосбережения

Если причина в нехватке производительности устройства, то отключение режима энергосбережения может решить проблему с передачей звука. Отключить режим энергосбережения (Экономия заряда) можно в настройках телефона. Самый быстрый способ сделать это, через шторку уведомлений. Там есть отдельная кнопка.

Отключите 4G

После этого перезагрузите смартфон.

Искажение и рассинхронизация звука из-за приложений

Отключите звуковые эффекты

Не на всех смартфонах есть такие настройки. Показываю на примере смартфона Redmi. В разделе «Расширенные настройки» может быть пункт «Наушники и звуковые эффекты». Отключите там «Улучшение звука MI». Чтобы настройки стали активными нужно подключить наушники.

Запрещаем «Доступ к контактам и журналу звонков»

Так же в настройках можно попробовать отключить «Аудиоустройство телефона» (наушники не будут работать как гарнитура) и тот же «Обмен контактами». Оставить только «Мультимедийное аудиоустройство».

Отключите «Видимость» для других устройств

Снять нагрузку с Bluetooth модуля можно отключив функцию «Видимость», когда ваш смартфон доступен для поиска и видим на других устройствах. Это можно сделать в настройках Блютуз.

Если у вас там есть пункт «Поиск Bluetooth-устройств» – отключите его так же. После этих действий звук в наушниках должен воспроизводиться без искажений и зависаний.

С удовольствием буду дополнять статью новыми решениями. Если вам удалось победить эту проблему используя решение из этой – оставьте отзыв в комментариях. Если у вас есть какое-то другое решение – поделитесь, буду благодарен! Ну и задавайте вопросы, всем обязательно отвечу.

Источник

Как усилить сигнал Bluetooth дома

Мы можем использовать Bluetooth для соединения множества устройств друг с другом. Они используются, например, для отправки и получения файлов. Это далеко не новая технология. Фактически, он был с нами в течение многих лет, хотя это правда, что со временем он улучшился и появились новые версии. Однако проблема все еще существует: расстояние. Как только мы немного отойдем, у нас могут возникнуть проблемы со скоростью и даже невозможность подключения. Особенно по сравнению с Wi-Fi он сильно проигрывает. В этой статье мы видим как усилить сигнал Bluetooth дома.

Bluetooth имеет множество ограничений по расстоянию

Если мы подумаем о соединении двух устройств через Bluetooth для друг друга, мы должны знать, где мы собираемся их разместить. Учтите, что сигнал достигает нескольких метров. В лучшем случае можно говорить о нескольких десятках метров, и оттуда они не будут работать.

Это делает расстояние серьезная проблема. Иногда устройства можно поставить ближе друг к другу, и это не проблема. Например, наушники, которые мы подключаем к компьютеру. Просто сядьте впереди, так как мы будем на расстоянии не более одного метра.

Это проблема, которой обычно не бывает с Wi-Fi. Хотя это правда, что расстояние повлияет на качество сигнала, подключиться к маршрутизатору несложно, например, из комнаты, расположенной на расстоянии 20 метров. В этом отношении он имеет гораздо больший охват.

Усильте сигнал Bluetooth дома

Мы можем покупать устройства, предназначенные для увеличения покрытия Bluetooth. Например, если нам нужно транслировать звук или видео на устройство, которое находится дальше, и покрытие не очень хорошее, мы сможем увеличить расстояние и избежать этих ограничений.

1Mii B03

Скажем, например, что у нас есть телевизор с Bluetooth и мы хотим слушать это в наушниках. Мы видим, что расстояние слишком велико и сигнал не поступает правильно. Что делает этот 1Mii B03, так это усиливает покрытие Bluetooth и позволяет нам подключаться из большего диапазона.

Это устройство имеет две антенны, которые способны усиливать сигнал до 70 метров. Несомненно, это значительное расстояние, поскольку нормальным является то, что он обслуживает весь дом и позволяет без проблем подключать устройства. Это могло быть похоже на то, что у нас было бы с Wi-Fi.

1Mii B06

Приемник 1Mii ML200

Мы также можем найти это 1Mii ML200 устройств. Это приемник Bluetooth, который также позволяет увеличивать расстояние в помещении от 20 до 30 метров. Это позволяет получать звук с мобильного телефона или компьютера и воспроизводить его на другом устройстве, которое есть у нас дома.

Это интересное устройство для избегать проблем с Bluetooth, когда речь идет о трансляции звука. Мы можем воспользоваться этим для использования в команде, которая подключается с помощью этой технологии и не имеет большого радиуса действия.

Озвавзк МО-БТ

Короче говоря, это некоторые устройства, которые мы можем купить, чтобы улучшить покрытие Bluetooth дома. Хотя все они увеличивают расстояние, на котором мы можем отправлять или получать аудио или видео, они также не будут творить чудеса. Все будет зависеть от обстоятельств.

Советы по улучшению покрытия Bluetooth

Мы также хотим дать несколько советов по улучшению покрытия Bluetooth в целом. Даже не приобретая устройство, подобное тем, которые мы видели, мы можем улучшить работу гарнитуры или без проблем подключиться мышь.

Избегайте помех

Практически то же самое происходит, когда мы подключаем Wi-Fi роутер возле микроволновки. Мы можем столкнуться с помехами, влияющими на соединение. В этом случае произойдет то же самое, и устройства будут мешать друг другу.

Всегда обновляйте устройства

Конечно, важно сохранить устройства обновлены до последней версии. Это поможет нам исправить определенные проблемы, которые могут возникнуть, а также снизить риск появления недостатков безопасности.

Под этим мы подразумеваем обновление драйверов, например, Bluetooth-приемников, а также самого оборудования, такого как компьютер или мобильный телефон. В системе всегда должны быть установлены последние доступные версии.

Выберите лучшую технологию

Для этого нам нужно будет увидеть спецификации каждого устройства, а также то, что они совместимы друг с другом. Например, не покупайте наушники 5.1, если передатчик, такой как компьютер, поддерживает только 4.0. В этом случае мы бы не воспользовались технологиями.

Источник

Как усилить сигнал Bluetooth / расширить диапазон в Windows 10

How Boost Bluetooth Signal Extend Range Windows 10

Чтобы решить эти проблемы или вы просто хотите улучшить соединение даже издалека, ознакомьтесь с приведенными ниже приемами, которые помогут вам освоить Bluetooth.

Проблемы с Bluetooth, такие как заикание или задержка звука, могут быть вызваны плохое соединение между вашим устройством и ПК. Чтобы решить эти проблемы или вы просто хотите улучшить соединение даже издалека, ознакомьтесь с приведенными ниже приемами, которые помогут вам освоить Bluetooth.

Попробуйте эти исправления

Возможно, вам не придется пробовать их все. Просто спускайтесь вниз, пока не найдете ту, которая принесет вам удачу.

Исправление 1: Удалите или держите подальше от помех

Bluetooth использует радиочастоту 2,4 ГГц для подключения к вашему устройству, и это та же частота, что и у вашего беспроводного маршрутизатора. Когда Wi-Fi может создавать самые большие помехи, другие устройства Bluetooth также могут конфликтовать с вашим подключением. Поэтому сначала проверьте, не находитесь ли вы слишком близко к маршрутизатору, и отойдите от других устройств Bluetooth.

Если это не ваш случай, попробуйте следующий трюк.

Исправление 2: обновите драйвер Bluetooth

Есть два способа обновить драйвер Bluetooth: вручную или автоматически.

Вариант 1. Обновите драйвер Bluetooth вручную

Если вы знакомы с компьютерным оборудованием, вы можете попробовать обновить драйвер Bluetooth вручную. Для этого посетите веб-сайт производителя материнской платы и найдите свою модель. Обычно вы найдете установщики драйверов на странице поддержки / загрузки.

Вариант 2. Обновите драйвер Bluetooth автоматически (рекомендуется)

После обновления драйвера Bluetooth перезагрузите компьютер и проверьте соединение.

Если последняя версия драйвера Bluetooth не помогает, попробуйте следующее решение.

Исправление 3: Установите все обновления Windows

Хотя новые исправления Windows в основном направлены на проблемы безопасности, иногда они могут хорошо улучшить совместимость. Возможно, вы сможете улучшить соединение, установив последние обновления.

Вот как вы можете проверить наличие обновлений вручную:

После завершения перезагрузите компьютер и проверьте, есть ли улучшения.

Если обновление вашей системы не помогает, попробуйте следующее решение.

Исправление 4: попробуйте внешний адаптер Bluetooth

Если у вас возникли проблемы с адаптером Bluetooth, который поставляется с вашим компьютером или ноутбуком, возможно, вам стоит подумать о его обновлении. Большинство этих адаптеров по-прежнему используют Bluetooth 4 (или более ранней версии), в то время как Bluetooth 5 уже наводнил рынок. Если ваше устройство поддерживает Bluetooth 5 (например, Apple AirPods), получение ключа Bluetooth 5 определенно даст вам преимущество.

Bluetooth 5 (или выше) представляет особенность дальнего действия что может улучшить связь и значительно расширить диапазон.

Адаптер Bluetooth 5.0

И вот несколько ключей Bluetooth 5, которые мы порекомендовали:

Итак, это уловки, которые могут помочь вам улучшить соединение Bluetooth. Если у вас есть какие-либо вопросы или мысли, просто свяжитесь с нами в комментариях ниже.

Источник

Улучшаем сигнал Bluetooth: способы для умелых. Как создать антенну для адаптера Bluetooth, увеличение дальности приема Антенны для блютуза

Беспроводные устройства очень удобны – вам не нужно больше переживать за провода, однако вы должны четко понимать, что связь «по воздуху» имеет свои определенные ограничения по радиусу. Причем чем дешевле, к примеру, будет Bluetooth-адаптер, который вы приобретаете для своего компьютера, тем меньше вы сможете отойти от него, чтобы получать стабильную связь. Конечно же, и некоторые дорогие устройства не всегда выдают хорошие результаты. Сегодня мы поговорим о том, как усилить сигнал Bluetooth и насколько это реально.

Общая информация

В статье описываются некоторые методы, которые подразумевают под собой разборку адаптера, замену его частей или модификацию с помощью пайки, что может подойди далеко не каждому. Если вы не разбираетесь в электронике, не очень проворны в пользовании паяльником или ваше устройство на гарантии, то, пожалуйста, лучше избегайте подобных методов.

Дополняем адаптер

Самым простым, но не самым эффективным методом, как увеличить скорость Bluetooth, можно считать дополнение адаптера отражателем, который направит сигнал в определенном направлении, а не усилит его распространение на все 360 градусов.

Вы можете попробовать сделать такой отражатель из жестяной пивной банки, срезав у нее верх и сделав еще несколько прорезей: сверху вниз и затем от нее немного в стороны, как бы слегка отделяя низ банки.

Bluetooth-адаптер крепится по центру тем, что вам по душе придется, и подключается к компьютеру USB-переходником.

Что-то подобное можно соорудить и из картона с наклеенной на него фольгой.

Еще один вариант, который может сработать, – это отрезать только верх банки, затем сделать прорезь для корпуса ближе к низу банки и вставить адаптер внутрь той стороной, на которой находится антенна. Дальше опять же фиксируем удобным вам методом и подключаем через удлинитель.

Модификации

А сейчас мы поговорим о способах, которые подразумевают физическую модификацию уже непосредственно самого адаптера. В более дешевых вы вряд ли найдете внешнюю антенну, в чем, собственно, и есть их проблема.

Вскрываем корпус, если есть такая возможность, и ищем SMD-антенну, которая впаяна в плату, – вам необходимо будет ее выпаять, только очень аккуратно, не перегревая деталь.

Дальше мы на место антенны припаиваем SMA-коннектор, перед этим удалив все лишнее: часть, в которую вкручивают антенну, не трогаем, а на другом конце отрезаем край, разделяем экран и жилы, зачищаем их, лудим и припаиваем.

Если у вас возникают сомнения, куда что именно паять, то лучше всего обратиться на форумы радиолюбителей.

Теперь подключаем к тому, что у нас вышло, антенну, которую можно смело скрутить со старого Wi-Fi.

Если же у вас более дорогое устройство уже с внешней антенной, но вы все равно недовольны сигналом, то спасти ситуацию может антенна Hyper gain – покупаете ее, отрезаете переходник для подключения и разделяете экран с жилой.

Несколько фирм, такие как Hitachi Metals, Murata, Yocowo, Antek Wireless, Centurion и другие, уже производят широкий набор антенн, которые применяются в сотовой телефонии и специально предназначены для систем Bluetooth, используя керамические материалы с хорошими высокочастотными свойствами.

Фирма Hitachi Metals выпустила антенны типа «E-Type Electrode Configuration» (рис. 28), хорошо подходящие для приложений Bluetooth. Место, требуемое для новой антенны, очень маленькое (15x3x2 мм), она не чувствительна к расположению периферийных частей, может быть выполнена в виде высокоэффективной антенны-кристалла для Bluetooth, проста в использовании.

Фирма Antek Wireless Inc. разработала новую 2,4-ГГц антенну оригинальной конструкции, которая обеспечивает эффективность, превышающую фактически любые технические требования проекта, миниатюрна, и может быть установлена почти в любое устройство. Антенна применима для различных приложений типа беспроволочной передачи видеосигнала, аудиооборудования, головных телефонов, модемов, мобильных компьютеров, портативных телефонов и других переносных карманных устройств, использующих протоколы Bluetooth, IEEE 802.11 и HomeRF.

Поэтому требуется большая область, чтобы реализовать антенные свойства в заданном пространстве, и необходима осторожность при проектировании расположения периферийных компонентов. Кроме того, плоская антенна высоко чувствительна (высокое усиление) и имеет сильные направленные свойства, делая её неподходящей для приложений Bluetooth, где необходима всенаправленность.

Тип антенны, разработанный Hitachi Metals, имеет уникальные достоинства обратной антенны F-типа, но включает заземляющие электроды с обеих сторон и добавляется центральный, конусообразный электрод. Другими словами, новая конфигурация E-Type Electrode, изобретённая в Hitachi Metals, может быть ещё более миниатюризирована, и существенно не воздействует на близлежащие заземляющие электроды. Чем меньше антенна, тем меньше корпус влияет на её параметры.

Анализ всех конструкций антенн для системы Bluetooth, приведённых выше, позволяет выделить основные антенные параметры, входящие в спецификацию антенны, на основании чего можно выбирать метод проектирования сотового телефона с такой антенной.

Технические требования на антенну системы Bluetooth:

Рабочая полоса частот: 2400…2500 МГц;

Входное сопротивление: 50 Ом;

В процессе проектирования антенной системы необходимо:

Оптимизировать земляную поверхность (иногда называемую противовесом), то есть найти оптимальное заполнение внутренней поверхности корпуса телефона проводящими участками. В настоящее время это часто реализуется закраской отдельных частей корпуса проводящей краской.

Целью проектирования антенны является получение требуемой диаграммы направленности (ДН) и хорошее согласование в рабочей полосе частот.

Планарные антенные системы BlueTooth в сотовых телефонах

В. Калиничев, А. Курушин, В. Недера

Планарные антенные системы BlueTooth в сотовых телефонах

Рассматриваются вопросы применения планарных микрополосковых антенн в системе беспроводной локальной связи Bluetooth. Рассмотрены конструкции и методы анализа планарной керамической антенны, с учётом потерь в керамике. Для численного анализа антенны в корпусе использована программа HFSS. Для конкретной телефонной трубки выполнены расчёты: распределение тока по поверхности металлического, покрытого сверху диэлектриком, корпуса телефона, диаграммы направленности для различной ориентации сотового телефона. Дан обзор серийных Bluetooth-антенн, а также рекомендации по установке этих антенн в корпус.

Увеличение скорости обмена информацией способствовало развитию беспроводных систем связи на «домашнем» уровне. Персональные компьютеры и ноутбуки, сотовые телефоны, CD- и МР3-плееры, цифровые фото- и видеокамеры и масса других цифровых устройств (рис. 1), часто подсоединяемых друг к другу и к стационарным компьютерам, создали проблему их связи.

Рисунок 1. Система ближней локальной связи с использованием беспроводной технологии Bluetooth

В результате была предложена и стала быстро развиваться система беспроводной связи Bluetooth (рис. 1). В спектре радиочастот ей отведено 79 каналов в полосе 37 МГц (примерно 2 МГц каждый) в диапазоне 2,4465-2,4835 ГГц.

Рисунок 2. Поочередной обмен данных между прибором A и прибором B

Потребление мощности устройств Bluetooth должно быть в пределах 0,1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48-бит сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.

Для США и Европы N = 79. Исключение составляют Испания и Франция, где для Bluetooth применяется 23 частотных канала. Смена каналов производится по псевдослучайному закону с частотой 1600 Гц. Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне. Если данный канал зашумлён, то система перейдёт на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех.

Приёмопередатчик Bluetooth может быть разделен на три функциональных блока (рис. 3). Радиоблок содержит преобразователи вверх и вниз по ВЧ, ПЧ с полосой модулирующих частот, фильтр канала, модулятор/демодулятор и синтезатор частот.

Рисунок 3. Основные элементы приёмопередатчика Bluetooth

Фильтр канала выделяет полосу 1 МГц, и к нему предъявляются довольно высокие требования избирательности. Поскольку полоса ISM должна быть разделена с другими системами в данной полосе (среди которых могут быть и другие системы Bluetooth), должны быть приняты меры для предотвращения взаимодействия приборов. Обычно приёмник Bluetooth строится с преобразованием частоты вниз (то есть когда зеркальный канал попадает в полосу ПЧ). Для развязки рядом работающих систем Bluetooth коэффициенты блокирования по зеркальному каналу должны быть 20, 30 и 40 дБ для первого, второго и третьего соседних каналов.

Из-за особенностей эксплуатации системы Bluetooth, технические требования к интермодуляции жёстче, чем к чувствительности приёмника.

По сравнению с коэффициентом шума, достигнутым на сегодня, который значительно ниже 13 дБ, эта величина кажется довольно плохим значением. Однако, это невысокое требование позволяет использовать дешёвые компоненты с потерями и обеспечивает защиту от мешающих сигналов (наводки в подложке и по разводке питания).

Расчет динамического диапазона приемника Bluetooth

Верхнюю границу динамического диапазона можно оценить по уровню продукта интермодуляционных искажений 3-го порядка, если считать, что на входе действуют 2 сигнала с частотами двух соседних каналов.

Блок передатчика также довольно простой. Двоичная GFSK-модуляция получена прямой модуляцией ЧМ-гетеродина. Дополнительные фазовые преобразования с повышением частоты поэтому не нужны. Модулирующий сигнал фильтруется гауссовым фильтром, так чтобы сохранить ширину спектра 1 МГц, как требуется для FM-систем, работающих в полосе ISM на частоте 2,45 ГГц. Модуляция с гауссовой огибающей не предъявляет высоких требований к линейности выходного каскада передатчика, здесь могут использоваться экономичные усилители класса С.

Мощность передатчика Bluetooth около 0 дБм (допускается использовать максимальную мощность до 20 дБм). Для уровней мощности, превышающих 0 дБм, применяется регулирование мощности по замкнутому контуру.

Расчет дальности работы сотового телефона в системе Bluetooth

Известно, что мощность радиосигнала в точке приёма P n равна:

Из этой формулы можно получить максимальную дальность радиосвязи при условии, что антенны направлены друг на друга,

Это значение приблизительно соответствует требованиям системы Bluetooth, и может послужить отправной точкой расчёта геометрии антенны, поскольку остальные характеристики определяются стандартом на микросхему приёмопередатчика.

Антенны для Bluetooth (обзор производителей и решений)

Несколько фирм, такие как Hitachi Metals, Murata, Yocowo, Antek Wireless, Centurion и другие, уже производят широкий набор антенн, которые применяются в сотовой телефонии и специально предназначены для систем Bluetooth, используя керамические материалы с хорошими высокочастотными свойствами.

Фирма Hitachi Metals выпустила антенны типа «E-Type Electrode Configuration» (рис. 4), хорошо подходящие для приложений Bluetooth. Место, требуемое для новой антенны, очень маленькое (15x3x2 мм), она не чувствительна к расположению периферийных частей, может быть выполнена в виде высокоэффективной антенны-кристалла для Bluetooth, проста в использовании.

Рисунок 4. Вид антенны Hitachi Metals для Bluetooth

Фирма Antek Wireless Inc. разработала новую 2,4-ГГц антенну оригинальной конструкции, которая обеспечивает эффективность, превышающую фактически любые технические требования проекта, миниатюрна, и может быть установлена почти в любое устройство. Антенна применима для различных приложений типа беспроволочной передачи видеосигнала, аудиооборудования, головных телефонов, модемов, мобильных компьютеров, портативных телефонов и других переносных карманных устройств, использующих протоколы Bluetooth, IEEE 802.11 и HomeRF.

Рисунок 5. Chip-антенна ANCG22G41 Murata

Рисунок 6. Керамическая антенна в корпусе сотового телефона (фото)

Рисунок 7. 3D-вид антенны Bluetooth в металлизированном корпусе сотового телефона (чертёж в HFSS)

Конфигурация антенны E-типа

Ранее антенны имели две основных конфигурации: обратную несимметричную антенну F-типа и плоскую антенну.

Кроме того, плоская антенна высоко чувствительна (высокое усиление) и имеет сильные направленные свойства, делая её неподходящий для приложений Bluetooth, где необходима всенаправленность.

Тип антенны, разработанный Hitachi Metals, имеет уникальные достоинства обратной антенны F-типа, но включает заземляющие электроды с обеих сторон и добавляется центральный, конусообразный электрод. Другими словами, новая конфигурация E-Type Electrode, изобретённая в Hitachi Metals, может быть ещё более миниатюризирована, и существенно не воздействует на близлежащие заземляющие электроды. Чем меньше антенна, тем меньше корпус влияет на её параметры.

Анализ всех конструкций антенн для системы Bluetooth, приведённых выше, позволяет выделить основные антенные параметры, входящие в спецификацию антенны, на основании чего можно выбирать метод проектирования сотового телефона с такой антенной.

Технические требования на антенну системы Bluetooth:

В процессе проектирования антенной системы необходимо:

Целью проектирования антенны является получение требуемой диаграммы направленности (ДН) и хорошее согласование в рабочей полосе частот.

Анализ обобщенной структуры планарной антенны

Из обзора существующих антенн для системы Bluetooth видно, что они имеют металлические формы сложной конфигурации, напылённые на одной или нескольких сторонах трёхмерной подложки, чаще всего керамической с большой проницаемостью (рис. 8). Поэтому можно сказать, что каждая из этих форм является резонатором. Известно, что размеры антенны связаны с рабочей частотой. Если считать, что антенна резонирует по более длинной стороне, то длину антенны можно оценить по следующей простой формуле :

Рисунок 8. Геометрия Bluetooth-антенны YCE-5207 в системе AutoCAD

Рисунок 9. Антенна Bluetooth (вид сверху), спроектированная в AutoCAD

Длина антенны может быть уменьшена по крайней мере в два раза (при работе на той же частоте), если один её конец заземлить. В этом случае получится так называемая инвертированная F-антенна (PIFA), которая представляет четвертьволновый резонатор, один конец которого заземлён, а другой открыт (холостой ход). PIFA (рис. 3) возбуждается коаксиальной линией в точке, где входное сопротивление антенны близко к 50 Ом. Таким образом, длина PIFA может быть приблизительно оценена как

Для антенны, настроенной на ту же самую частоту f r = 2,5 ГГц и = 34, получаем a

= 5,1 мм, что уже занимает намного меньше пространства, чем в предыдущем случае. Фактический размер антенны может быть даже меньше, благодаря эффекту краевого ближнего поля, сосредоточенного у открытого конца резонатора.

Размер E-антенны, поскольку она свёртывается с обоих сторон, может приблизительно оценен как

Поскольку антенны для системы Bluetooth находятся в полузамкнутом экране сложной формы, характеристики антенной системы могут значительно отличаться от характеристик, рассчитанных по теоретическим формулам. В этом случае, параметры антенны (размеры проводников и расстояние между ними по высоте) могут быть оптимизированы с помощью одного из программных пакетов, моделирующих электромагнитные структуры (рис. 10).

Рисунок 10. Ближнее поле в сотовом телефоне (в поле программы HFSS)

Отметим, что преимущество малого размера антенны PIFA достигается за счёт уменьшения её излучательной способности (излучает только один край), к тому же обычно PIFA антенны узкополосные.

Численные методы проектирования планарных антенн

Антенны имеют ряд важных параметров, наибольший интерес из которых имеют усиление, диаграмма направленности излучения, ширина диапазона и поляризация.

Современное проектирование антенн сотовых телефонов (рис. 11) основано на моделировании электромагнитных явлений на компьютере, используя в качестве начальных данных результаты, полученные на основе эскизных расчётов и эвристических соображений.

Рисунок 11. Вид антенны Bluetooth в корпусе сотового телефона

При создании модели необходимо помнить, что геометрия должна соответствовать реальному положению антенны во время работы, то есть такому, чтобы корпус находился в вертикальном положении (или под небольшим углом). В этом случае плоская антенна находится в положении «на ребре».

Особенности миниатюрных керамических антенн

Керамическая антенна изготовлена на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью. Материал с высокой проницаемостью обладает также большими потерями.

Поэтому расчёт таких антенн необходимо вести с помощью программ, которые принципиально учитывают потери в керамике. Такой программой является программа HFSS.

Для того чтобы успешно установить плоскую антенну в конструкцию трубки сотового телефона, нужно провести расчётные исследования, которые показали бы зависимость характеристик антенной системы от тех или иных элементов конструкций телефона.

Отметим следующие особенности микрополосковых антенн:

Кроме точек возбуждения, на печатной антенне могут быть точки заземления (присоединения к заземляющей плоскости). Токи, наведённые в этой сложной конструкции, формируют диаграмму направленности и реализуют другие характеристики антенны, необходимые для установления связи с персональным компьютером или другим прибором.

Поскольку в результате электродинамического расчёта удаётся определить распределение токов в системе, то их анализ может послужить основой для модернизации антенны.

В процессе проектирования антенны необходимо, прежде всего, получить входное сопротивление, близкое к 50 Ом, поскольку в этом случае можно будет с меньшими потерями согласовать антенну с малошумящим входным усилителем и усилителем мощности передающего тракта.

Расчет характеристик излучения антенны Bluetooth

В таблице представлены результаты моделирования антенны в корпусе с использованием точных геометрических размеров конкретной конструкции. Из таблицы видно, что параметры рассчитанной конструкции значительно отличаются от измеренных параметров согласования (рис. 16). Поэтому проведём анализ причин этих отличий.

Таблица. Мощность, излучаемая антенной, направленность, усиление и магнитюда при отсутствии потерь в подложке (тангенс диэлектрической проницаемости = 0). Мощность номинальная генератора на входе (порта) равна 1 Вт

Самое большое принципиальное отличие расчётной и реальной конструкции заключается в параметрах подложки. Так, данные расчёта, приведённые в таблице, соответствуют идеализированному случаю отсутствия потерь в керамической подложке. В этом идеализированном случае без потерь найдём связь параметров таблицы.

Pизл рассчитывается программой HFSS по всей границе излучения. Вся мощность, прошедшая через стенки, обозначающие границу дальнего поля, суммируется и даёт эту P изл.

Если подложка и проводники без потерь, то вся мощность, пришедшая в антенну, излучается, то есть P изл. = P ант, а эта мощность, пришедшая в антенну и затем излученная, определяется, в свою очередь, рассогласованием:

P изл = P ант = P ном (1 – |S 11 |²), (7)

На частоте 2 ГГц, в соответствии с таблицей, из (7) имеем

что соответствует полученной расчётным путём значению P изл в таблице.

Усиление антенны по определению равно

Подставляя (7) в (8), получаем, в логарифмическом масштабе,

Для частоты 2 ГГц имеем усиление антенны

Итак, мы показали связь параметров антенны для случая без потерь в подложке.

Перепишем (7) в следующем виде:

Анализируя расчёт HFSS, видим, что на частоте 2 ГГц и на других частотах усиление антенны плохое, и, главное, имеет место рассогласование антенны (рис. 12). Эксперимент показывает однако, что усиление антенны значительно выше, даже без включения согласующих цепей. В чём же дело? Оказывается, как это ни странно, наличие потерь в керамической подложке способствует согласованию антенны и улучшению характеристик маленькой антенны, по сравнению с обычной антенной, размеры которой соизмеримы с длиной волны. Действительно, увеличив потери до величины tg = 0,1 (конечно, нереально большие), расчётным путём на HFSS, получаем зависимости согласования, показанные на рис. 13.

Рисунок 12. Частотная характеристика антенны Bluetooth при параметрах керамики = 34, tg = 0 (без потерь). Из рисунка видно, что согласование плохое

Рисунок 13. Частотная характеристика антенны Bluetooth при параметрах керамики = 34, tg = 0,1 (на частоте 2 ГГц)

Мощность P изл рассчитывается программой численно как сумма мощностей, падающих на все границы излучения. Эта мощность меньше номинальной мощности генератора, и составляет только её часть.

Поскольку в данном случае у нас есть потери, они определяются как разность мощностей между случаем без потерь, формула (7), и величиной P изл. Равенство P изл = P ант уже не справедливо, эти мощности отличаются на мощность потерь в подложке:

Подставив (11) в формулу (8), получим, что усиление антенны с учётом потерь в керамике находится по формуле

которую можно представить в виде

где K*tg = P погл /P ном, K в общем случае не равен 1.

Из (13) видно, что |S 11 |² уменьшается с увеличением потерь, и можно понять, почему согласование с антенной достигается проще для случая керамики с потерями.

Рисунок 14. Угломестная диаграмма направленности антенной системы Bluetooth

Рисунок 15. Азимутальная диаграмма направленности сотового телефона с антенной системы Bluetooth

Расчёты показывают, что влияние тела пользователя на диаграмму направленности маленькой антенны значительно меньше, чем на ДН основной антенны сотового телефона. То же можно сказать и на обратное воздействие излучаемой мощности антенны Bluetooth на тело человека.

Экспериментальное исследование планарной антенны

Экспериментальную настройку антенны можно выполнять по критерию согласования и по критерию ДН. На рис. 16 показана измеренная частотная характеристика параметра S11, нанесённая на диаграмму Смита.

Рисунок 16. Измеренное на анализаторе цепей входное сопротивление антены в корпусе

Эти экспериментальные измерения выполнены на измерителе цепей HP8632.

Экспериментальное измерение смещения резонансной частоты антенной системы при экранировании антенны экраном показало, что уход резонансной частоты при внесении антенны в корпус составил 50 МГц.

Особенности процесса моделирования продемонстрированы на примерах patch антенны YCE-5207 фирмы Yocowo, представленной комбинацией прямоугольной металлической площадки и микрополосковой линии на керамике с большой диэлектрической проницаемостью достаточно сложных форм. Результаты конкретного анализа представлены в виде частотных характеристик коэффициента отражения, токов на корпусе, ближнего поля и ДН. Показано влияние элементов корпуса трубки на диаграмму излучения в дальней зоне. Рассмотрены как наружные, так и внутрикорпусные варианты крепления антенны.

Проектирование антенн для приложений не определено и не стандартизовано в

Другим важным показателем антенн является вид поляризации. Поляризация бывает линейной (горизонтальной и вертикальной) и эллиптической, в частном случае круговой. В сетях связи Bluetooth найдут применение ненаправленные в го­ризонтальной плоскости антенны с коэффициентом усиления (0-5) дБи.

Необходимо заметить, что для антенн применим принцип взаимности, в соответ­ствии с которым одна и та же антенна может использоваться как в качестве переда­ющей, так и в качестве приемной.

В приложениях Bluetooth широкое распространение могут найти микрополоско-вые и печатные антенны, представляющие собой металлический проводник той или иной формы, расположенный над заземленной подложкой. Такая антенна мо­жет быть удачно совмещена с печатной платой, на которой расположены СВЧ кас­кады приемопередатчика. Приемопередатчик подключается к антенне в определен­ной точке. В этой точке осуществляется отвод сигнала на приемник и подвод мощ­ности от передатчика.

В ряде приложений Bluetooth могут использоваться направленные антенны. Ни­же приведены краткие описания и спецификации антенн для Bluetooth систем от некоторых компаний производителей.

Антенны фирмы RangeStar

Вертикально поляризованная антенна Bluetooth (TM)/802.11b

Источник