zerog – módulo wifi da microchip e técnicas em rf
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© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1286 WAD Slide 1�© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1381 WN4 Slide 1
(WFI)
ZeroG – Módulo WiFi da Microchip e Técnicas em RF
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Quem é a FractumEmpresa fundada em 2007
Possui selo de MICROCHIP RF Specialist (6º empresa no mundo) Atua nas áreas Automotiva e RF&Microwave
www.fractum.com.br
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Objetivos� Entender uma rede WiFi
� Ser capaz de projetar um sistema com WiFi embarcado
� Entender como utilizar a pilha TCP/IP daMicrochip para prover conectividade WiFi
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Agenda� Introdução WiFi
� O módulo ZeroG WiFi
� Solução ZeroG – Microchip WiFi
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Introdução WiFi
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O que é WiFi?
� Wi-Fi é um conjunto de especificações para redes locais sem fio (WLAN - Wireless Local Area Network) baseada no padrãoIEEE802.11
� Wi-Fi basicamente é “Ethernet sem fio”.
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Wi-Fi Alliance
� A Wi-Fi Alliance é uma organização global quecriou a marca Wi-Fi®.
� Para que um determinado produto receba um selo com a marca Wi-Fi Certified, é necessário que ele seja avaliado e certificado pela Wi-FiAlliance.
� Atualmente possui mais de 300 companiasmembros e mais de 6,000 produtos certificadosdesde Março de 2000.
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Wi-Fi Alliance
� Wi-Fi Alliance realiza testes de interoperabilidade.
� Anualmente os membros pagam uma taxa.
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IEEE 802.11
� Existem vários padrões 802.11 para redes sem fio:� 802.11 b – 2.4 ~ 2.485 GHz – 11Mbps� 802.11 a – 5.1 ~ 5.8 GHz – 54 Mbps� 802.11 g – 2.4 ~2.485 GHz – 54Mbps
� Utilizam a mesma estrutura para a camada de enlace;
� Possuem a mesma habilidade de reduzir a taxa de transmissão, quando necessário;
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Exemplo de rede
�DSL or Cable modem
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� Infrastructure (BSS – Base Station Service)
� Ad Hoc (IBSS- independent basic serviceset)
Modos de Operação
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O módulo WiFi
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Quem é a ZeroG� Companhia de semiconductor
� Fundada em 2006
� Fundada por Dr. Thomas Lee� Professor da Stanford� Fundador Matrix Semiconductor
� http://www.zerogwireless.com
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Módulos ZeroG
� ZG2100M possui uma antena no PCB
� ZG2101M é configurado para ser utilizado uma antena externa
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Módulo ZG2100M
� Módulo Transceptor de baixa Potência� Single-chip 802.11B com MAC, banda-base, RF e
amplificador de potência� Data Rate: 1 e 2Mbps� Opção de Antena no PCB ou antena
externa(ZG2101M)� SPI slave interface � Serial trace interface (UART)� 3V3� FCC Certified (USA, FCC ID: W7O-ZG2100-ZG2101)� IC Certified (IC: 8248A-G21ZEROG)� Wi-Fi Certified
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Características
� 802.11b 1 e 2 Mbps� Compatível 802.11B/G e 802.11n draft
2.0� Certificação em US, Canada, Europe,
Japan� Provê protocolos de segurança WEP,
WPA (TKIP), WPA2 (AES)� Suporta web server, mail, file transfer,
data transfer
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Módulo ZG2100M
�Pode ser conectado em qualquer hardware com uC de 8,16 ou 32bits com pouco tempo de desenvolvimento
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Módulo ZG2100M
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Solução ZeroG – Microchip WiFi
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Implementando o 802.11
���������� �������
����������� � �����
���� �� � ���
��������� ������� ����� �� �� ���� ��
���!� "����#$ �%�&'�� ()�&'�
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�*�� + �% "����� ���������
������������ ���� �
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Aplicação WiFi e Microchip
A placa Wi-Fi® PICtailTM/PICtailTM+ Daughtercard Board é uma
demonstração do padrão 802.11b para utilização do módulo ZeroG
Wireless ZG2100 Wi-Fi® juntamente com um microcontrolador PIC.
Ela é uma placa de expansão compatível com os kits de
desenvolvimento Explorer 16 e PICDEMTM.NET 2.
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Hardware necessário� ZG2100PCB Wi-Fi® PICtail; � Uma das plataformas de desenvolvimento da Microchip abaixo:
� Explorer16 (PIC24, dsPIC, ou PIC32) ,� PICDEM.Net2 (PIC18) ;
� Pilha Microchip TCP/IP (v5.0) juntamente com o ZeroG software driver, disponível no site da Microchip;
� Fonte de alimentação (9v, 300mA); � Compiladores C, que também podem ser encontrados no site da Microchip;� Compilador MPLAB C para PIC18 v3.32;� Compilador MPLAB C para PIC24/dsPIC v3.12; � Compilador MPLAB C para PIC32 v1.05; � Microchip MPLAB IDE v8.33; � Access point (roteador) 802.11 (b, b/g, or b/g/draft n) necessário para a utilização em modo
infra-estrutura (BSS).
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� Modo Infra-estrutura(BSS)
Modos de Operação de Rede
�A rede mostra um laptop e uma placa de desenvolvimento da Microchip com ZeroG PICtail se comunicando através de um Access point ou roteador. Essa rede pode se interligar a internet caso o roteador esteja conectado a uma WAN.
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� Modo AD-HOC (IBSS)
Modos de Operação da Rede
�Neste exemplo, a placa de desenvolvimento da Microchip com ZeroG é o primeiro a enviar uma informação broadcast dizendo que quer criar uma rede, e é capaz de fazer isso. Após a formação da rede, o laptop irá juntar-se àrede AD-HOC.
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Configurando o Hardware
� Jumper 1-2 – Para o Explorer 16� Jumper 2-3 – Para o PICDEM.net
2
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Configurando o Access Point
• Funções “Wireless” do roteador:
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Instalando a Pilha TCP/IP
• A pilha TCP/IP com driver ZeroG está disponível gratuitamente no site da Microchip (www.microchip.com). O instalador irá instalar a pilha (código), driver, documentação, e projetos de demonstração no diretório C:\Microchip Solutions
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Configurando Modo Infra-estrutura
� A pilha TCPIP WiFi Demo App é pré-configurada
� Para mudar para as configuraçõespadrão, limpe a EEPROM
� Mudar: segurança, rede
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Configurações• Definindo a plataforma de desenvolvimento Explorer 16:
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Configurações
�Mudando o nome�SSID
�Mudando o �endereço MAC
�Nota: 00:04:A3:00:00:00
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Mac Chip
�EUI-48™ Programmed Serial EEPROMs“MAC Address Chips”
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�IEEE & MAC Addresses
�OUI – Organizational Unique Identifiers
�$1,650 para 16.7 Milhões de Códigos
�IAB – Individual Address Blocks
�$550 para 4,096 códigos
�IEEE oferece DUAS opçõespara compra do EUI-48™
��OpOpççãoão 11 ��OpOpççãoão 22
�+ Custo de Serialização e Programação
��PassoPasso 1:1:
��CompraComprarr osos ccóódd..
��PassoPasso 2: 2: ProgramarProgramar o o MCUMCU
��Use MicrochipUse Microchip’’s MAC Address Chipss MAC Address Chips��OU OU
�Solução
�EUI-48™ – Globalmento é utlilizado um endereço único de 48bits de MAC definido pelo IEEE para cada hardware de uma rede.
�Microchip’s pre-programmed EUI-48™ + Serial EEPROM Chips ~ Only $0.25 each!•Fácil acesso, Plug-and-Play, Baixo Custo -> Está tudo em uma Serial EEPROM•Compre somente o necessário, Sem restrições de volume!
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Mac Chip
�25AA02E48T-I/SN�OT 3,5,6-SOT-23�SN 8-SOIC (150 mil)
�Blank Tube�T Tape and Reel
�AA 1.8V – 5.5V
�02 – 2 Kbit
� 11 - UNI/O®
� 24 - I2C� 25 - SPI
�E48 - EUI-48™
�I - Industrial (-40ºC to +85ºC)
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Configurações
�Ferramentas de�Segurança
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Configurando o Modo AdHoc
� A rede IBSS pode ser configurada� Determinar estático ou DHCP
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Demonstração• Leitura do Endereço IP através do Hyper Terminal:
• Configurar: Baude-rate 19200, 8bits, sem paridade, 1 stop bit, sem controle de fluxo.
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Demonstração WEB• Upload da página: http://xxx.xxx.xxx.xxx/mpfsupload
• Carregue o arquivo MPFSImg2.bin (diretório TCPIP WiFiDemo App)
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Demonstração WEB• Página de Aplicação da Microchip:
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Informações adicionais
� Livro� 802.11 Wireless Networks, The Definitive Guide.
M.Gast. O’Reilly 2005.� The IEEE 802.11 Handbook: A Designer’s
Companion. Ohara; Petrick. IEEE 2005.
� Weblinks� www.microchip.com/tcpip� http://support.zerogwireless.com
� Users Guides [installed with stack]� Microchip TCP/IP Stack Help� ZeroG Getting Started Guide
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Obrigado.
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(WFI)
ZeroG – Técnicas em RF
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Objetivo do curso
Após o final desta apresentação você estará apto a analisar os seguintes parâmetros sobre antenas:
� Principais parâmetros de uma antena, comoprojetar e realizar as medições.
� Qual tipo de antena será a melhor escolha para a minha aplicação.
� Como se comportam as antenas em direntesambientes de operação dos dispositivos.
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Agenda
� Introdução rápida as medições básicas emdispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em uma
Antena� Redes de casamento de impedâncias e técnicas
para aumento de largura de banda em antenas� Guia de seleção de Antenas� Comportamento das Antenas em diferentes
ambientes de operação� Exemplos de antenas e resultado de simulações
eletromagnéticas
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF
e Microondas
� Network Analyzer� Spectrum Analyzer� Smith Chart Tool
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF e
Microondas
Custo estimado : R$ 45.000,00 ( 3 GHz – 2P)
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF e
Microondas
networkS11 S22
S21
S12
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF e
Microondas
Este deverá ser o ponto onde devemos colocar nossaponta de prova de testes – um cabo semi-rigido de 50 Ohms- deverá ser soldado para realizarmos a medição da impedância nominal da antena em teste.
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF e
MicroondasUm cabo de 50 Ohms
semi-rigido de boa qualidadedeverá ser conectado a antena. Deve-se manter o cuidadode reservar um bom plano de terra paraconectar o terra do circuito aoterra do cabo de testes, evitandoerros de medição.
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF e
MicroondasParâmetro S11 Smith = Impedância da antena
Exemplo de medição de impedância de antena
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Introdução rápida nas mediçõesbásicas em dispositivos de RF e
Microondas
Cortesia: Agilent TechnologiesSpectrum Analyzer
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Antenas
� Introdução rápidas as medições básicas de dispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em
uma Antena� Redes de casamento de impedância e técnicas
para aumento de largura de banda em Antenas� Comportamento das antenas em diferentes
ambientes de operação� Exemplos de antenas e resultados de
simulações eletromagnéticas
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Medições em Antenas
1. Medição de diagramas de irradiaçãoem espaço livre
2. Medição de diagramas de irradiaçãoem Câmaras Anecóicas
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Medições em Antenas
1. Medição de diagramas de irradiação emespaço livre
Um local ideal para testes consiste em um local com plano terra condutor perfeito ou infinito, livre de qualquer obstáculo e também que nãopossua um ambiente eletromagnético ruidosonas frequências que serão realizados os testes. Nota: As antenas devem estar ambas nas mesmas polarizações, antenasem polarizações inversas consistem em testes de XPD(Cross pol ).
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Medições em AntenasEstrutura de testes em campo aberto
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Medições em AntenasUma amostra do sinal recebido na antena em testes
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Medições em AntenasDiagrama de irradiação de um dipolo de meia onda
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Medições em Antenas
2. Medição utilizando a Câmara Anecóica
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Medições em AntenasSetup de montagem de testes em uma câmara
anecóica
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Medições em AntenasVisão interna da câmara
Cortesia: ETS-Lindgren Antennas
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Antenas
� Introdução rápida as medições básicas em dispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em uma
Antena� Redes de casamento de impedâncias e técnicas
para aumento de largura de banda em antenas� Guia de seleção de Antenas� Comportamento das Antenas em diferentes
ambientes de operação� Exemplos de antenas e resultado de simulações
eletromagnéticas
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Parâmetros das antenas
Alguma definições importantes:Comprimento de onda (�) = c/f
(122 mm para a banda ISM 2.4GHz – 2.485GHz)Para uma antena projetada em um
dielétrico(microstrip)
VreflectedVincindentVreflectedVincident
−+
VSWR =
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Parâmetros das antenas
VSRW ou ROE (Relação de Onda Estacionária) é a relação entre a máxima e a minima tensão na entradada linha de alimentação da antena.
Uma porção da onda estacionária é criada na linha de alimentação quando o casamento de impedância daantena não é perfeito e uma fração da potênciatransmitida é enviada de volta para o transmissor e nãoé irradiada.
Para cada sistema de telecomunicações se adota um padrão de VSWR, para sistemas wireless um VSWR aceitável gira em torno de 1.5 que representa 4% de potência refletida.
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Parâmetros das antenas
� Parâmetros das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Diretividade5. Efficiência6. Ganho
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Parâmetros das antenas
1.Diagramas de irradiação
Temos os seguintes diagrama de irradiação a seremmedidos e analisados:
- Co-polar Horizontal- Co-polar Vertical- Cross – polar Horizontal- Cross- polar Vertical
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Parâmetros das antenas
Um diagrama de irradiação real sem distorçõessomente pode ser vizualizado se realizarmos os testes em uma câmara anecóica ou em uma área livre (espaçoaberto).
Entretanto, cuidadosas simulações eletromagnéticaspermite aos desenvolvedores chegarem a diagramas de irradiações muito próximo da realidade.
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Parâmetros das antenas
O diagrama de irradiação é a representação gráfica das propriedades de irradiação de uma antena em funçãodas coordenadas espaciais.
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Parâmetros das antenas2 exemplos de diagramas bidimensionais (Polares)
O primeiro de uma simulação e o segundo de uma medição real
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Parâmetros das antenas
� Parmetro das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Directividade5. Efficiência6. Ganho
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Parâmetros das antenas
2.Largura de banda
� A largura de banda são as frequências os quais a performance da antena cumpre com as especificações de manual.
� A largura de faixa pode ser determinada pelaimpedância em termos de perda por retorno (S11) ou em VSWR sobre as faixas de frequencias de operação.
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Parâmetros das antenas
BW = fsuperior - finferior
A largura de banda usualmente é definida sobre a faixa de frequência o qual o VSWR do sistema é menor que o valor máximo permitido. Por exemplo, em um sistema wireless que o VSWR máximo se adota como padrão de 1.5, temosuma perda por retorno de 13.98 dB ou 4% da potênciarefletida do transmissor.
Fórmulas simples para calculo de BW
100*1
VSWRQVSWR −BW[ %] =
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Parâmetros das antenasExemplo de largura de banda definida por S11
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Parâmetros das antenas
Exemplo de largura de banda definida pelo VSWR < 2
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Parâmetros das antenas
Valores comuns para uma antena com bom casamento de impedância (S11) sãovalores em torno de -13.98 dB até -30 , lembrando que quanto menor este valor melhor será o casamento e menos potênciarefletida teremos no sistema.
Bons valores de VSWR giram entre1.0 – 1.5 para sistemas wireless.
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Parâmetros das antenas
The attached images show an RF enclosure which eliminates the random influence of the environment and gives a consistent and repeatable measurement.
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Parâmetros das antenas
� Parâmetro das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Diretividade5. Eficiência6. Ganho
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Parâmetros das antenas
3. Impedância
Example: ZA = 65 + j46
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Parâmetros das antenas
A impedância
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Parâmetros das antenas
Onde XA = reatância da antena
O objetivo em uma antena é minimizar ou falando idealmenteeliminar totalmente a parte reativa da impedância tornandoa antena totalmente uma carga resistiva para se ter a MTP (Máxima transferencia de potência) possivel, poiscomponentes reativos (capacitores/indutores) sãoelementos armazenadores de energia que armazenam e devolvem esta energia para o sistema, aumentando o VSWR e consequentemente a potência refletida fazendocom que menos sinal seja irradiado para o meio de transmissão.
ZA = Rrad + Rloss + jXA
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Parâmetros das antenas
* Ao lado um exemplo de comouma antena deveser considerada, como uma redede componentesresistivos e reativos queconjutamenteformam umaestruturaressonante nafrequencia de operação.
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Parâmetros das antenas
Uma impedância ideal para uma antena
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Parâmetros das antenas
� Parâmetro das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Diretividade5. Eficiência6. Ganho
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Parâmetros das antenas
4.DiretividadeDiretividade é a medida da habilidade que a antena tem de concentrar a irradiação de potência em uma direção particular.
D =
Diretividade é a medida que descreve se uma antena tem maiorganho que a outra, é um parâmetro que deve-se ter o controle paraque seu sistema de telecomunicação opere de forma adequada seminterferir em outros sistemas.
IntensityRadiationAverageIntensityRadiationMaximum
____
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Parâmetros das antenasDiretividade
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Parâmetros das antenas
� Parâmetro das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Diretividade5. Eficiência6. Ganho
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Antenna Parameters
5.Eficiência
Eff = inPowerradPower.
.
lossRradRradR
___+
Eff =
A eficiência é dada pelas perda ohmicas e em particular pelas perdas em um dielétrico não incluindo perdascausadas por descasamentos.
Este é um bom parâmetro para se determinar quallaminado deve ser utilizado em meu projeto. FR4, PTFE, Teflon e qual condutor é mais adequado(Cobre, Prata, Ouro)
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Parâmetros das antenas
� Parametro das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Diretividade5. Eficiência6. Ganho
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Parâmetros das antenas
6.Ganho
O ganho de uma antena édado em dBi, é uma medidaque estabelece quanto umaantena irradia em dBs maisque uma antena isotrópicaideal que irradia 360 grauscom um ganho nominal de 1.
���
��������
� ����������� � ����
© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1286 WAD Slide 88
Parâmetros das antenas
Ganho = Diretividade x EficiênciaO ganho é dado em referência a uma outra antena, por padrão utilizamos a antena isotrópica e damoso ganho em dBi, no entanto podemos referenciar a qualquer outra antena de ganho conhecido.Usualmente vemos nos manuais ganhos em dBdque referenciam ao dipolo de meia onda que tem 2.15 dBis a mais que a isotrópica.
Ex: 5 dBds = 7.15 dBis ( dBd é muito usado emsistemas broadcast)
© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1286 WAD Slide 89
Parâmetros das antenas
� Parâmetro das antenas1. Diagramas de irradiação2. Largura de banda3. Impedância4. Diretividade5. Eficiência6. Ganho
© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1286 WAD Slide 90
Antenas
� Introdução rápida as medições básicas em dispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em uma
Antena� Redes de casamento de impedâncias e técnicas
para aumento de largura de banda em antenas� Guia de seleção de Antenas� Comportamento das Antenas em diferentes
ambientes de operação� Exemplos de antenas e resultado de simulações
eletromagnéticas
© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1286 WAD Slide 91
A ferramenta Smith ChartDownload gratuito em
http://www.fritz.dellsperger.net/downloads.htm
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Entendendo a ferramentaSmith Chart Tool
(introdução)
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Smith Chart ToolDownload gratuito em
http://www.fritz.dellsperger.net/downloads.htm
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A ferramenta Smith Chart possui diversas aplicações.Vamos explorar apenas uma aqui: criar uma rede de
casamento para uma determinada impedância.Vamos assumir que medimos com uma VNA a impedância de
: 25+j10 e vamos leva-la para 50 ohms.Vamos na ferramenta Smith Chart, clicamos em “data point” e
colocamos a parte real e imaginaria da impedância e suarespectiva frequência de trabalho que no caso é 2.44 GHz.
Smith Chart Tool
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Smith Chart Tool
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Smith Chart Tool
Click here to add a serial capacitor
Then, here to add a shunt inductor
The final values of the matching circuit
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Smith Chart ToolPodemos usar uma topologia diferente
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Smith Chart Tool
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Técnicas paraaumentar a largura de
banda
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Redes de casamento e técnicaspara aumentar a largura de banda
em antenas1. Diminuir consideravelmente o fator de
qualidade: QUma antena de wireless em 2.4 Ghz pode ser considerada como um filtro ajustado para a frequencia central de 2.44 GHz que possui um fator de qualidade Q, este fator deve ser o mínimopossivel para uma largura de faixa larga.
Para abaixar o fator Q devemos usar um substrato bem fino com uma constate dielétricabaixa.
Qfcenter
flowerfupper =−
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Redes de casamento e técnicaspara aumentar a largura de banda
em antenas2. Aumentar o tamanho elétrico da antena
Quando projetamos uma antena PCB éinteressante termos uma antena o maior possívelpara que tenhamos impedâncias próximas quesejam fáceis de manipular com redes de casamento, aumentando assim a largura de faixada antena.
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Redes de casamento e técnicaspara aumentar a largura de banda
em antenasDa experiência, trilhas largas em antenas PCB permitem que tenhamos impedâncias próximasque facilitam o aumento de largura de faixa de operação da antena.
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Redes de casamento e técnicaspara aumentar a largura de banda
em antenas3. O ponto de alimentação de uma antena tipo F
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Redes de casamento e técnicaspara aumentar a largura de banda
em antenas3.O ponto de alimentação de uma antena diferencial
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Antenas
� Introdução rápida as medições básicas em dispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em uma
Antena� Redes de casamento de impedâncias e técnicas
para aumento de largura de banda em antenas� Guia de seleção de Antenas� Comportamento das Antenas em diferentes
ambientes de operação� Exemplos de antenas e resultado de simulações
eletromagnéticas
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Guia de seleção de AntenasAntenas Whip
A figura 1 apresenta os diversostipos de monopolo que temos no mercado.
Principais características:
Frequência central: 2450MHz
Largura de banda: > 120MHz
VSWR: 2.5:1 ou menos
Impedância: 50 ohms
Ganhos médios: de 1dBi a 8dBi
Eficiencia: >80%
Diagrama de irradiação: formatorosquinha ou donut(Figuras 2 e 3)
Figure 1
Figure 2
Figure 3
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Guia de seleção de AntenasAntenas Whip
Esta é a configuração de um dipolo livre em uma ant. para2.4GHz.
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Guia de seleção de AntenasAntenas Planares
� Frequência central: 2450 MHz� Largura de banda: 120 MHz� VSWR: 2.5:1 ou menos� Ganhos: de 0.5dBi ate 2dBi� Impedância: 50 ohms or resistive� Eficiência: >80%� Diagramas de irradiação:
variados de acordo com a estrutura escolhida.
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Guia de seleção de AntenasAntenas planares
Um caso particular das antenas planares são as antenas diferenciaisO diagrama de irradiação é diferente e pode desapontar alguns
projetistas, no entanto com experiência em cuidado pode-se conseguir controlar o diagrama de irradiação.
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Guia de seleção de AntenasAntenas CHIP
� Frequência Central: 2450MHz
� Largura de Banda: 100MHz –250MHz
� VSWR: menor que 2.5:1
� Ganho : de -2.0dBi a 3dBi
� Impedância: 50 ohms (o layout da PCB é muito importante)
� Eficiência: de 20% a 70%
� Diagrama de irradiação: variade acordo com a antena e layout realizado
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Guia de seleção de AntenasAntenas CHIP
Radiation Pattern for 2450AT18A100 Johanson
Technology Antenna
Configurações recomendadas paracolocar a antena CHIP na PCB. A áreacinza mostra onde nao temos terra, e a area verde onde o terra é permitido.
Configuração não recomendada. Um GND em torno da antena pode matar a irradiação da antena.
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Antenas
� Introdução rápida as medições básicas em dispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em uma
Antena� Redes de casamento de impedâncias e técnicas
para aumento de largura de banda em antenas� Guia de seleção de Antenas� Comportamento das Antenas em diferentes
ambientes de operação� Exemplos de antenas e resultado de simulações
eletromagnéticas
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Comportamento das Antenas
Uma antena boa para sua correta frequência de operaçãopode apresentar ganhos e diagramas de irradiaçãoinadequados dependendo da sua localização.
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Comportamento das Antenas
Aqui um módulo 2.4GHz ZigBee® montando em cima de umacaixa metálica. A antena esta fora da caixa metálica e vemos que o ganho se mantem parecido com a medição do modulo separado da caixa.
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Comportamento das Antenas
Agora o usuário montou seu dispositivo final perto de um metal condutor. A antena se tornou bem direcional e o seu ganho caiupara 0.58 dB na maxima direção vista no slide anterior.
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Comportamento das AntenasVejamos agora o que acontece se o usuário cometer o erro de colocar
a antena dentro da caixa metálica.Neste caso a caixa metálica é o elemento irradiante e temos um ganho
de -53 dB na direção de maxima irradiação.
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Comportamento das Antenas
Aqui a mesma antena em uma caixa de poliestireno. Não hápraticamente nenhuma perda por inserção e a antena se mantemcom o mesmo comportamento do espaço livre.
O poliestireno tem uma permissividade de 2.1.
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Comportamento das Antenas
Neste caso a demo board não esta na melhor posição para irradiaçãodo sinal, mas é muito importante analisar o comportamento do lóbulo nesta situação, se torna uma antena bem diretiva com um lóbulo agudo.
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Comportamento das Antenas
Para o caso da placa PICDEM Z, a bateria de 9V traz influênciaspara o diagrama de irradiação da antena. Bem como nos outroscasos a antena se torna bem direcional.
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Comportamento das Antenas
Para o mesmo caso da placa PICDEM Z, colocando a bateria nahorizontal temos uma menor influência do diagrama de irradiação, o diagrama tende a ser bem direcional com menos lóbulossecundários.
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Exemplos de Antenas
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Exemplos de Antenas
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Exemplos de Antenas
F Antena
���
��������
� ������������������������������������������������������������������������������� � ����
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Exemplos de Antenas
Antena tipo F Invertido
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Simulações Eletromagnéticas
Podemos utilizar diversos softwares de simulação de antenas, as simulações aqui apresentadas foram realizadas no HFSS. Você pode conferir mais exemplos acessando
http://www.ansoft.com/products/hf/hfss/
Existem outros softwares de simulação no mercado como:http://www.sonnetusa.com/
http://www.zeland.com/http://eesof.tm.agilent.com/
http://www.cst.com/
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Revisão básica da apresentação
� Introdução rápida as medições básicas em dispositivos de RF e Microondas
� Método de medição de parâmetros de Antenas� Principais parâmetros a serem analisados em uma
Antena� Redes de casamento de impedâncias e técnicas para
aumento de largura de banda em antenas� Guia de seleção de Antenas� Comportamento das Antenas em diferentes ambientes
de operação� Exemplos de antenas e resultado de simulações
eletromagnéticas
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Perguntas frequentes� Porque algumas vezes o ganho é mostrado em dBi e não simplesmenmte
em dB?dBi é empregado quando nos referenciamos a medição de ganho unitario daantena isotropica e por esta razão temos o i após o dB.
� Qual a relação entre a potência expressada em dBm e a potênciaexpressada em Watts?0 dBm significa 1 mW, adicionando 3 dBs temos 2 mW de potência. O incremento de 3 dBs na potencia expressada em dBm dobra a potênciaexpressada em Watts. Seguindo a regra, podemos concluir que 30 dBmsignifica 1000 mW ou 1 W.
� Qual a máxima potência que o usuário do ZigBee® na banda ISM podeutilizar e qual o máximo ganho de antena permitido?A máxima potência permitida para ser irradiada por uma antena omnidirecionalé 1 W ou 30 dBm. Consequentemente usando uma antena omni o ganhomáximo admitido é de 6 dBi e a ERP (potência efetivamente irradiada) chega a 36 dBm ou 4 Watts no ar.
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Referencias
� Referencia 1: Broadband Planar Antennas by Zhi Ning Chen and M.W.Chia
� Referencia 2: Planar Antennas for Wireless Communications by Kin-Lu Wong
� Referencia 3: Designing Dual-Band Internal Antennas by Leslie J. Reading, Galtronics Corporation (article published in EDN).
� Referencia 4: Antenna Theory by Constantine A. Balanis� Referencia 5: Electromagnetic Anechoic Chambers by Leland H.
Hemming
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Fim da ApresentaçãoObrigado !
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Apêndice
Calibrando uma network analyzer(VNA)
(para mais informações consulte o site da Agilent Technologies www.agilent.com.br )
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5965-7917E.pdf
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Network Analyzer
Calibração e medição
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Network AnalyzerEspecificando as frequências de trabalho
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Network AnalyzerSetando a frequência inicial
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Network AnalyzerSetando a frequência final
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Network AnalyzerSetando a frequência final
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Network AnalyzerKit de calibração
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Network AnalyzerIniciando a calibração
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network AnalyzerCalibração realizada
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Network AnalyzerMudando o formato dos resultados para Smith Chart
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Network AnalyzerEscolhendo o formato de impedância (real e imaginário)
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Network Analyzer
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Network AnalyzerIniciando funções de markers
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network AnalyzerSalvando o arquivo de calibração
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network Analyzer
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Network Analyzer
Conector SMA
Nós geralmente não utilizamos este conector emnossas medições pois nossas placas são completasde componentes discretos.
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Network AnalyzerProbe – Cabo semi rigido
Entretanto podemos utilizar um cabo semi rigido de cobre que possui caracteristicas de impedância de 50 ohms.
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Network AnalyzerCabo semi rígido
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Network AnalyzerProcedimento para utilização do cabo como probe
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Network Analyzer
Press on Port Extension icon
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Network Analyzer
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Network Analyzer
Selecione a porta que deseja usar
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Network Analyzer
Tenha certeza que o cabo semi rígido nao esta soldado na placa e aperte “ Measure Open”
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Network Analyzer
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Network Analyzer
And this is the confirmation that port 1 has been extended
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Obrigado!
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