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Dec 17, 2023

A ascensão do wireless destaca a importância do dual

Em 2021, é normal esperar tecnologias sem fio em telefones celulares,

Em 2021, é normal esperar tecnologias sem fio em telefones celulares, computadores e acessórios de áudio. No entanto, os projetos de RF também estão chegando aos setores industriais - por exemplo, em automação, manutenção preditiva e interfaces homem-máquina (HMI).

Esses aplicativos geralmente acessam a banda ISM (industrial, científica, médica) de 2,4 GHz, que é um domínio herdado irrestrito e superutilizado para Wi-Fi 4. Infelizmente, a popularidade da região do espectro significa que os dispositivos que suportam esse sistema herdado podem negociar o benefícios oferecidos pelo Wi-Fi de 5 GHz.

Esta semana, a u-blox anunciou uma nova série de chips de rádio, o MAYA-W1, que aborda essas questões e fornece uma solução multi-rádio monolítica. Esses chips incorporam um rádio de 2,4 GHz e 5 GHz e suportam o modo Bluetooth Classic e BLE (Bluetooth de baixa energia).

Diz-se que o chip monolítico de 10,4 mm x 14,3 mm x 2,5 mm simplifica a incorporação de conectividade sem fio em aplicativos com suas três opções de formato de interface: uma antena incorporada e conectores U.FL ou pinos de antena.

No comunicado à imprensa, Stefan Berggren, gerente sênior de marketing de produtos da u-blox, explica: "Wi-Fi 4 continua a ser a tecnologia mais usada em nossos segmentos-alvo, mas há preocupação com o congestionamento da banda de 2,4 GHz". Para superar esse problema, o MAYA-W1 incorpora capacidade de banda dupla, tornando-o um concorrente para aplicativos de IoT.

Como exatamente dispositivos como o MAYA-W1 funcionam para trazer a capacidade de banda dupla para esses designs incorporados? Os engenheiros podem considerar três fatores: arquitetura, geometrias de antena e módulos front-end de RF.

Fundamentalmente, os rádios de banda dupla (ou multimodo) podem operar em duas ou mais regiões distintas do espectro de RF. A operação em ambas as regiões é possível com receptores analógicos super-heteródinos convencionais ou por meio de conversão direta para um sinal digital das frequências nativas de GHz.

Para realizar a amostragem de RF moderna, os projetistas devem usar a conversão direta das frequências recebidas sem converter o sinal com um oscilador local (super-heteródino).

Para processar os circuitos filtrados e amplificados por meio de aplicativos DSP, um engenheiro deve usar uma taxa de transferência de vários gigahertz de ADCs de ponta. Essa taxa de transferência simplifica bastante a arquitetura de RF necessária para executar aplicativos de rádio multimodo sem limitar a complexidade das modulações possíveis.

Além da arquitetura, os projetistas também devem considerar como as geometrias das antenas podem limitar a gama de energias coerentemente recebidas. Para superar essa limitação, os engenheiros podem construir várias geometrias de antena em seu dispositivo ou gerar uma antena "multibanda" que opere de forma aceitável dentro das faixas de frequência de interesse.

A largura de banda fracionária representa a largura de banda de uma antena em relação à frequência central de operação. Varia entre 0 e 2, dependendo da extensão do corte da banda superior e inferior.

Uma das geometrias de antena mais populares para dispositivos sem fio atualmente é a antena F planar invertida (PIFA).

O PIFA ganhou popularidade porque pode ser impresso diretamente em um PCB. Além disso, funciona bem em uma ampla gama de aplicações de RF, incluindo GSM, Bluetooth, Wi-Fi e vários outros padrões celulares.

Apesar do sucesso da antena PIFA para uso na banda ISM herdada e celular, ela não é apropriada para uso em 5 GHz e 2,4 GHz simultaneamente. Os projetistas devem usar duas antenas para o Wi-Fi 4 de banda dupla, que pode então ser diplexado em uma única linha de transmissão de 50Ω no PCB para processamento pós-recepção.

Velocidades e larguras de banda mais altas com Wi-Fi de 5 GHz levam a um design de PCB mais complexo devido aos efeitos da linha de transmissão, representando os vários subsistemas FEM.

Além da antena, o módulo front-end de RF (FEM) deve acomodar uma arquitetura mais complexa para facilitar a banda dupla.