无线设计的关键指南 （无线工程师）

要校

　　?接收功率是发射器和接收器之间距离的平方的函数。设计目标是对距离与功率和频率的关系进行平衡。

　　在这一公式中，假设发射和接收天线之间的视线(LOS)路径清晰，因此没有考虑穿墙、树木或其它障碍物。此外，本公式仅仅在发射和接收天线的间隔足够达到远场才有效。

　　所有电磁波都有近场和远场。近场主要是磁场，因此发射和接收天线更像变压器的初级和次极。远场是实际混合电磁场或无线电波。其距离约大于D2/λ，其中D为天线最大尺寸(一般为工作频率处的半波长，即468/fMHz)。要使估计最佳，为保险起见，可假设远场大于10倍波长。

　　公式中的天线增益是相对于各向同性(球体)源的。该源增益为1。大多数实际应用的天线，如半波偶极子天线或四分之一波地平面，都是定向的。因此，天线增益表示功率增益为1.6?倍或者2.15 dB。

　　使用该公式的关键是估计以dB为单位的路径损耗。其根源是发射和接收天线之间距离引起了路径衰减。可以用下式估计路径损耗：

　　dB loss=37 dB + 20log(fMHz) + 20log(d)

　　其中，d为距离或范围，单位为英里，1英里约等于1610米。得到了给定天线组的路径损耗和发射功率之后，就可以用下式确定所需要的接收器灵敏度：

　　Pr=Pt–PL

　　假设路径损耗为90 dB，发射功率为10dBm (10 mW)，则需要的接收器灵敏度为：

　　Pr=10–90=–80dBm

　　接收器灵敏度是增大距离的关键，也是给定发射功率和天线增益下得到更高链路可靠性的关键。要尽可能使接收器灵敏度达到最大。某些新型设计的接收器灵敏度可以达到–120dBm～–130dBm。

　　代表性产品

　　几乎对任何应用，都有几十种很好的芯片和模块可采用。新型产品包括ADI最近推出的ISM频带芯片以及微芯技术公司的某些ZigBee产品。

　　ADI的ADF70xx系列收发器工作在50 MHz～1 GHz范围，大多数版本都采用FSK或高斯FSK(GFSK)，数据率在20～384 kbps范围。功率输出在–20 (或–16dBm)～+10(或+13dBm)之间可调。接收器灵敏度达到–125dBm。

　　有多种版本也提供ASK和OOK调制。其它可以实现2FSK、3FSK或4FSK工作，每个符号含有更多位，因而在更窄的通道内获得的数据率更高。大多数模块都含有高斯数据滤波，有助于使发射带宽变窄，并且保证符合邻近通道功率(ACP)技术规范的要求。

　　ADI的“SRD(短距离器件)设计工作室”软件能对无线连接设计和ADF70xx芯片仿真提供帮助。使用该软件包，可以快速而有效地开发实时仿真，测试多种配置，并且查找可能存在的问题。

　　该软件可以使用户在下列三种仿真模式中选择一种，这三种模式是：频域、瞬态分析以及频谱分析。同时，也可以用频带、功耗、同步检测、链路分析、调制选择、数据率、环路滤波器以及其它参数作实验，以优化设计。该软件为免费软件，可以从www.analog.com/srddesign下载。

　　Microchip公司的MRF24J40 IEEE 802.15.4 2.4-GHz DSSS无线收发器是针对ZigBee应用的，可以单独使用或者与ZigBee联盟堆栈协同使用。同时，该公司所有的MiWi协议与ZigBee 网状 lite类似，该协议是一种简单协议，可用于节点数少于100个且节点之间跳跃数不多于4个的网状网络拓扑应用。如果应用要求超过了此限制，则要选择ZigBee。

　　不过，许多应用并没有那么庞大。如果基本802.15.4特性降低得不严重，MiWi可能是个不错的选择。用单个晶振和微芯公司流行的一种PIC微控制器，很快就可组成能得到认可的mesh无线网络。此外，可以选用该公司的ZENA无线网络分析器工具，简化ZigBee和MiWi协议组的配置。这样可以降低代码量并优化设计。

　　同时，查看一下AMI半导体公司的ISM频带芯片。AMIS-53050是针对小于1 GHz的FSK/OOK工业应用。AMIS-52150适合402MHz～405MHz频段ASK/OOK工业应用。AMIS52100工作于401MHz～406 MHz医学频段，适合可植入应用。