IoT 및 저전력 기기에서 안테나 매칭

목표

안테나 매칭은 모든 송신 RF 시스템에서 최고의 커버리지와 최저 전력 소비를 달성하는 데 중요한 부분입니다. 다만 그에 반하는 요소인 안테나가 차지하는 부피는 작아야 합니다. IoT 분야에 일반적으로 필요한 소형 안테나는 크기 제약으로 인해 성능을 크게 높일 수 없습니다. 소형 안테나의 비효율성은 일반적으로 링크 버짓 계산에 포함되며, 송신 전력을 높여 극복할 수 있지만 배터리 사용시간과 같은 시스템 성능은 감소합니다. 이와 같이 안테나를 올바르게 매칭할 경우 입력으로 수신한 전력의 방사 효율성을 극대화되므로, 올바른 안테나 매칭은 매우 중요합니다.

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측정 평면(커플링 네트워크와 네트워크 분석기 케이블 간 인터페이스)에서의 Calibration은 케이블과 커넥터의 효과를 보상하기 위해 매우 중요한 과정입니다. Manual Calibration은 Open - Short - load 표준을 수동으로 전환할 때 에러가 발생하기 쉽고 많은 시간이 소요됩니다. R&S®ZN-Z103 Calibration 유닛은 표준을 자동으로 전환해줍니다. 이 경우 연결 오류와 교정 시간이 몇초로 줄어듭니다. 안테나 매칭 단계는 다음과 같습니다.

• 교정
• 측정
• 조정

교정

가장 먼저 측정 조건(원하는 주파수 대역, 분해능 대역폭, 측정 포인트 수)을 설정합니다. 그런 다음 R&S®ZN-Z103을 R&S®FPC1500의 USB 포트에 연결합니다. 기기가 Calibration 유닛을 자동으로 인식합니다. 그런 다음 동축 케이블의 한쪽 끝을 R&S®FPC1500의 출력 포트에 연결하고 다른쪽 끝을 Calibration할 대상에 연결합니다. "Calibrate → Full 1-port"를 누릅니다. 이제 기기가 Calibration 됩니다.

측정

안테나와 인접한 물체, 예를 들어 인클로저, 실험실 장비, 케이블, 측정 장치는 안테나의 방사 패턴과 입력 임피던스를 바꿉니다. 따라서 안테나를 원하는 작동 영역의 환경과 가능한 가깝게 배치하는 것이 중요합니다.
매칭 상태를 시각화하는 가장 쉬운 방법은 R&S®FPC-K42 Vector Reflection Measurement 옵션을 통해 사용할 수 있는 Smith 차트를 이용하는 것입니다. 마커의 R + jX 임피던스 값을 기록합니다. 가장 좋은 방법은 Mid-band에서 수행하거나 복수의 마커를 사용해 다수의 주파수에서 수행하는 것입니다.

조정

필요한 매칭 네트워크를 계산할 수 있는 다양한 시뮬레이터를 사용할 수 있습니다. 계산한 후에는 네트워크 구축 및 안테나에 연결이 가능합니다. 매칭 품질을 검증하기 위해 매칭 네트워크로 안테나를 재측정하여 안테나 매칭 상태를 확인합니다.

약간의 조정이 필요할 수 있습니다. 이러한 변경사항은 간단히 추적할 수 있습니다. 기기에 기본 제공되는 PC 소프트웨어인 R&S®InstrumentView에서 기록하고 비교해 보십시오.

요약

IoT 및 저전력 기기에서 안테나 매칭이란 안테나의 크기와 전력 소비, 신호 커버리지 간 올바른 밸런스를 찾는 것입니다. 안테나 반사 성능을 측정하는 R&S®FPC1500은 배터리 사용시간, 신호 커버리지 또는 수신 측면에서 최고의 사용자 경험을 달성하기 위한 최적의 안테나 매칭 목적의 설계 수정에 유용합니다.