Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

如何在一个盒子里实现无线电沉默

一点背景:我为布鲁克林硬件初创公司goTenna设计了一个小小的VHF无线电调制解调器。这是一个非常苛刻的设计,严格限制电池寿命,尺寸,形状,范围,功率 - 你能想到的一切都处于可以做的事情的边缘。 goTenna的重点在于您可以将设备与智能手机配对,这样您就可以发送短连通信(例如短信,地理位置)智能手机到智能手机(当然是通过goTenna),而无需插入中央连接。是的,这是正确的:完全离网,100%分散通信,使用你已经拥有的手机! (并且goTenna今天继续预订:了解更多关于goTenna并在这里以149.99美元购买一对!)在这个过程中我学到了很多新技术。我希望与您分享他们,崭露头角的RF工程师!今天,我们讨论测量无线电的灵敏度。

在任何无线电链路中,范围由两个简单因素决定 - 发射功率和灵敏度。每个越好,范围越好。两者都以dBm为单位测量,并且每dBm改变一个具有大致相同的效果。与接收灵敏度提高15 dBm相比,发射功率提高15 dBm将实现相同的范围改进。因此,当我们耗尽任何改进时,我们可以通过增加发射功率来提高灵敏度。

为了最大化和调整我们的设备,我们需要能够衡量这些调整的效果。我们所做的是创建BER(误码率)测试。首先,我们创建了一个固定的伪随机序列,在我们的发射器和接收器中都是相同的。当此信号很强时,接收器将输入的位与其自身的序列内部副本进行匹配。如果它们都将错误报告匹配为零。对于较弱的信号,不匹配的比特实例的数量增加,因此BER数量也增加。换句话说,BER是错误位数除以发送的总位数。只要BER低于阈值 - 在我们的情况下为1% - 我们知道链路是好的,并且我们在那一点获得的数字是表示被测设备的数字。

测量极低功率信号并不容易。我们的目标灵敏度为-123dBm,是飞秒的百分之一。这太荒谬了!虽然我们可以通过我们的测试设备观察到,当我们读取较低的功率水平时,数字会变得越来越不准确。相反,我们要做的是直接精确测量变送器的功率,并使用高质量的衰减器减少它。我们从已知的输出功率中减去衰减器值(从表盘读取),并且假设以dBm得到的值是到达接收器的值。唯一的错误在于衰减器本身,通常大约一到两个dB。

图0,我们的设置示意图

一个例子怎么样?我们的发射器运行在32dBm。如果我将衰减器的一端连接到发射器并将衰减器设置为-155dB,则另一端的功率将为-123dBm。如果接收器报告的BER优于1%,那么我可以说我们已达到-123dBm灵敏度的目标。这个例子是我们在实验室得到的实际结果。

大!看起来不错!我们都是天才。如果它运作良好,让我们尝试更多地启动衰减器。在-133,仍然是零BER。现在-160,BER为0.哇! -180,仍为零BER。我必须是某种超级天才射频工程师,他发现了未知的超敏感电路!现在他们可以在国际空间站上使用手机了,这都归功于我的惊人技能!我想要诺贝尔奖!

哈哈不。

图1,没有盒子的设置,以及分析器在视图中显示杂散信号

它的杂散能量污染了测量。在我们的测试设置中,我们用屏蔽同轴电缆替换了天线。该电缆连接到衰减器,然后更多的电缆连接到接收器。理论上,所有的无线电都应该留在衰减器和电缆内。实际上,很多数量来自发射设备上的其他RF组件。在正常操作中,杂散能量非常弱,不值得担心,因为它来自天线的能量不堪重负。但在我们的测试情况下,杂散能量足以激励接收设备并产生错误结果。

我们需要将泄漏功率降低到低于接收器可测量的水平。有两种方法可以做到这一点;远离杂散能源,或用某种屏蔽阻挡杂散能量。在实验室里,走得很远是不切实际的。至少不在布鲁克林!所以我们将使用“阻止它”选项。

图2,方框

想象一下,你想要一个完全黑暗的房间。你会封掉所有的角落,甚至更好的方法是让那些角落本质上很轻。无线电波大致相同。只需制作一个漂亮的实心金属盒,并确保接缝紧密配合并电气连接。为了更完整的密封,在盒子的盖子的外部添加法兰,有点像重锅的盖子。重叠的金属为射频创造了曲折的路径,使其更难逃脱。结合大量良好的清洁金属接触使得体积不受RF的影响。

图3,盖子上的同轴连接器

现在在顶部弹出一个小孔并拧入同轴电缆连接器,允许与我们盒子的盖子紧密屏蔽连接。将变送器放在此盒子中,将其连接到直通连接器,然后将其关闭。闷响!杂散电源完全消失,让我们有一个很好的安静环境,可以进行一些真正的测量。

图4,分析仪上的扁平线,现在都很好

这是证明!现在执行测试时没有任何杂散信号的迹象。我们的数字现在(可能)准确!万岁!也许!大概!我正在四肢着地。

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