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求教:LoRa模块天线的接收指标灵敏度怎么样,受什么影响

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1#
发表于 2020-2-12 10:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 mytomorrow 于 2020-2-13 12:01 编辑
- m7 p3 X( x& P8 f8 q/ r0 r$ ^1 j
0 k+ F+ R2 T# _# d   最近在测试一款LoRa模块的接收灵敏度,发现天线对尺寸较小的模块的灵敏度的影响很大:
+ @( w9 }9 P7 J& A2 f    1.测试了两种LoRa模块,两款尺寸差异较大,大的模块接收灵敏度明显高于小的;
. l3 m7 F* |. D# e% L' f% W* Z    2.小模块用射频电缆将天线拉远后测试,指标变好;
, _; A1 U* T% l% V6 L! s    3.所有测试是在屏蔽箱内进行,信号源与模块是通过天线耦合信号,信号源直接电缆连接小模块测得指标是好的。
; x8 U5 [; U9 z9 s   
% @1 C. F! S! P. m! ^
9 |; d8 I3 {9 T. s  _; o* w    天线有一定带宽,实际需用的频率是470MHz-510MHz。) @  s* p+ W* _9 r& F
   请各位大神分析一下是什么原因?
' Q$ o4 R4 ]% _3 x4 @0 v5 B   因为模具所限,天线必须焊在板子上,应该怎么改进呢?( i5 P/ L' g& m8 |- `

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推荐
发表于 2020-2-20 17:16 | 只看该作者
本帖最后由 criterion 于 2020-2-20 17:24 编辑
7 u& E7 o" a+ j0 D) f4 `0 F5 H  ?7 a
汪洋大海 发表于 2020-2-13 09:44
! n/ t. {- T5 m& b小模块本身担当辐射体   --这句话如何理解?
/ m5 l3 k; s; X/ R6 v+ N2 _
一般而言   有四个潜在辐射体    容易被忽略

! L2 @' S. J2 O8 t0 u  A! I6 G

8 @, v( N- g: L/ M+ s% ^
1.    PCB本身
2.    灌孔
3.    屏蔽罩
4.    测点

3 P& D: D) h3 L" H+ ^+ T
9 q- v, x3 p; i* e- y0 S; T- Q
, a- k3 p# C4 F; g

5 X5 x$ t- o, L2 s( O- K6 b! ^
先讲屏蔽罩好了    正好是这个issue的原因
一般而言   模块外面会有屏蔽罩
5 h2 d7 W9 a# g0 T. P; Z' r

. }4 T: ]- S0 j# ~- @
- r" P# t4 J0 o+ F0 I) t/ A5 ?9 e: D' Z
4 J4 Z- Z+ M/ j" u3 Z# ~

* R8 E; R+ N& C# }- m7 m4 z  o

+ L/ Y+ [$ b/ a+ |
屏蔽罩会打地孔   连到主地   
因此   如红色框框所示
(屏蔽罩 + 地孔 + 主地)    会构成一个金属共振腔
既然如此   那就会共振   会担任潜在辐射体
6 N* X- y& X9 X2 S/ N4 s

! j1 Z  L3 k/ x+ ^- \
+ |5 r: G0 @: B+ z/ \
) O9 x' _2 y/ ~+ w
. _) @- ]! Z% K
Noise Source  当然是来自Chip本身  
会耦合噪声到屏蔽罩   
这些从Chip耦合过来的噪声   可以用下式表示:
: k7 G$ f) l4 R* A- D

6 Y. T/ ]% B* k6 h+ k% l
1 U% f# Q+ N6 r( C0 r5 T# x

. D* {7 a& D* e8 z9 O! r, k
也就是說   這些从Chip耦合过来的噪声   
一部分輻射出去   另一部分流入主地

! P4 G& f4 ~- B' L3 n/ p

% s+ {+ N( `. z/ b, {

' {- Y' @1 J" C& N. D
8 k% C- W, |  t3 G, G/ U
前面说过    屏蔽罩会因为共振腔结构  担任潜在辐射体
所以依照上面那公式可知    辐射是一定会有   只是多跟少
我们列举两个最极端的情况

) L( A1 M* Y5 @

/ W* L# y$ J0 ^, u
$ P: k. e  W# b4 P

! i5 c5 D5 r! u) T
所以辐射量多寡   取决于你的接地好坏
0 V3 y+ o7 @7 O6 v* z$ I9 O$ ^0 @# c
, |5 q% l3 ^8 y. n
( c" M$ s; L- W7 Z; J8 O

2 j) K* a) n- x6 d

, C! P2 ~0 t& _# p1 N

) i1 @8 `* O2 ^! d. g

- u5 ]/ A# u4 P
# |+ Z* q& a) a6 Q5 d$ Y
, a* S( [  o3 L9 ]# y9 _
0 j* |, n$ u/ G9 M
故以接地的角度而言
理论上    小模块接地会较差
因为屏蔽罩的面积小    亦即地孔数量会比较少
每个地孔  都会有内阻   我们设定为R好了
; z$ C3 D% g9 |

7 G! f1 m- K6 i
4 c1 {, }$ X1 s) t2 [0 X
我们知道    越多内阻并联    其总阻抗会越低
小模块的地孔数量    肯定比大模块的地孔数量少   因为屏蔽罩面积小
亦即内阻并联后的阻抗会较高   接地效果较差   当然辐射的量会较大

( R9 r  ?/ C) n/ i5 N9 Q7 l5 t
若以矩形共振腔的角度来探讨

' q6 Q, z1 P  x
: v  K1 i2 ?+ _: J. Q
# `6 n( q" H* ?: D

2 E" G9 E) T' N( }- w( V
不同尺寸   其共振点也不同

3 Q8 S' B& ?0 T4 P" _6 M' x* D9 Y7 }

2 s& L( a: s, A
. I2 F# c: }7 o

9 c4 O0 T. ^1 D: I
1 v  E1 r  B1 n4 m1 W
以Lora在北美的操作频率  915 MHz为例:
. r# O( l" |( K. ~
* F/ t: a1 q3 {2 U3 h. D

# G! U' E( ?% V0 x& c8 u4 ^
也许915 MHz   在小模块的共振频率点内    但不在大模块的共振频率点内
再加上前面所说  小模块的接地状况    可能不如大模块
这时915 MHz频率的噪声   就会透过屏蔽罩辐射出去   打到天线

% u% z0 o" ^" J1 R( }  s  \% L
$ w2 k' n* n; m

( l! O/ I( D4 g9 ^* h0 E
" d' O3 U! u9 M! v1 c
举个实际例子   在WIFI 5GHz中   有Desense
( b) f: J- e# Z; P+ `' t

4 w  f" F& x2 e4 l7 n2 ~9 k+ J0 g' ^
实验发现
把SD Card的屏蔽罩    剪一个孔    打到接收频率的辐射噪声   就大幅降低
9 g/ ^# l- ?2 W& `/ w
$ \, N9 J0 N! z0 F8 y0 O# j
! k4 L+ T# Z0 K5 Z: j
为何会这样呢?
8 [8 g( K2 x4 V/ T! L
2 {) U" y) I4 R* L5 L. {
: |/ W% R' _! }+ v9 a+ A
用前面说的来分析    噪声流入SD Card的屏蔽罩  
而该屏蔽罩   会担当辐射体
当其屏蔽罩剪了孔之后    某种程度上   等于改变其共振腔尺寸
也改变了共振频率   避开了WIFI 5GHz的频率点   
所以打到接收频率的辐射噪声   大幅降低

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2#
发表于 2020-2-12 14:49 | 只看该作者
本帖最后由 criterion 于 2020-2-12 14:51 编辑 5 _( I3 P4 f8 ~1 I" H8 I
: a5 \! R0 D, `& i
Desense!!

2 x4 H0 o; ]7 ~- @

6 V* q, S. S# c% C' C" T  F/ ]
小模块本身担当辐射体     把噪声辐射到天线    所以灵敏度变差
天线拉远后    等同噪声会被Air loss消耗一大半    当然干扰威胁性大大降低
所以指标变好
* _2 v5 q  N7 W& |3 r

' c5 A/ ]* t8 U
至于信号源直接电缆连接小模块测得指标是好的
那是因为今天这问题   是噪声去打到天线    不是噪声耦合到RX走线
传导当然测不出问题
话说回来    一般而言   模块的传导性能   都不会有啥大问题   不然怎敢卖给客户?
5 D) ]6 p" q  F4 ]: O' }
你现在只能加强模块接地    一般而言   外围都会有屏蔽罩
你加Gasket    加强跟机构金属的接触   以降低该屏蔽罩阻抗
这样的话     噪声会流到Main GND   而不会辐射出去   

- N: J6 ^: v6 _3 ]0 g" x+ R% t  O+ c, h

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3#
发表于 2020-2-13 09:44 | 只看该作者
小模块本身担当辐射体   --这句话如何理解?

点评

一般而言 有四个潜在辐射体 容易被忽略 1. PCB本身2. 灌孔3. 屏蔽罩4. 测点 先讲屏蔽罩好了 正好是这个issue的原因一般而言 模块外面会有屏蔽罩[attachimg]250530[/attachimg] [attachimg]  详情 回复 发表于 2020-2-20 17:16
C版主是说模块本身的电磁泄露被天线吸收,影响了信噪比,这倒是一个检查点,可以试试加一层铁壳是否有改善。俺觉得也有可能是天线本身的问题,受周围环境影响大,可以通过测试天线阻抗来判断  详情 回复 发表于 2020-2-13 19:47
  • TA的每日心情
    郁闷
    2019-11-19 15:45
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    4#
    发表于 2020-2-13 19:47 | 只看该作者
    汪洋大海 发表于 2020-2-13 09:44" O4 O4 ^  V/ a+ h
    小模块本身担当辐射体   --这句话如何理解?

    : E- i& F5 d9 N: Q- V. [6 z' XC版主是说模块本身的电磁泄露被天线吸收,影响了信噪比,这倒是一个检查点,可以试试加一层铁壳是否有改善。俺觉得也有可能是天线本身的问题,受周围环境影响大,可以通过测试天线阻抗来判断
    $ C6 i: ~6 F' L

    该用户从未签到

    6#
    发表于 2020-2-24 15:55 | 只看该作者
    是不是弹簧天线,大模块空间大,天线净空好,小模块净空小,天线周围的环境,器件没有大模块好,导致两种可能,天线本身效率变差,灵敏度降低;板端干扰离天线近,抵消了部分灵敏度。
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