三款TE“小零件”,让你的RF设计既省地儿,又省事儿!

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【导读】如今,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:第一是灵活性,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)。


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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全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。


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图2:TE的小型化陶瓷GNSS天线

(图源:TE)


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,最终实现分米和厘米级的精度,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,也能够最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。


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图3:TE微型同轴电缆组件

(图源:TE)


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d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d簧夹。


d簧夹也被称为屏蔽夹、接地d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。


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图4:d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d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d簧夹产品系列。


故名思议,TE超小型d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最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d簧夹侧壁内,有利于避免d簧夹在组装过程中被 *** 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。


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图5:TE超小型d簧夹系列

(图源:TE)


可以看到,这样的超小型d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、d簧夹……这些射频信号传输链路上的“小零件”,往往会关系到最终产品的品质,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,具备优秀的性能,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!


来源:贸泽电子



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