求教：LoRa模块天线的接收指标灵敏度怎么样，受什么影响

mytomorrow

5 c% z: L) \7 ^" J: Y' E
: d2 t/ ?( I3 U, g0 e   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：
- H3 j# R; G0 _+ A2 j" l6 M    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；
$ `! _: w, D/ p& M. _    2.小模块用射频电缆将天线拉远后测试，指标变好；
    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。
1 W) C  R! C' a) |' V6 P" ~. U   
$ V% v1 m- N1 ?% x9 ^
& H$ S. E2 P3 Q1 M; G5 g# r    天线有一定带宽，实际需用的频率是470MHz-510MHz。
: D1 W) N4 }& e  M1 W   请各位大神分析一下是什么原因？
% r2 o3 }+ }+ p$ K* Y+ G) \   因为模具所限，天线必须焊在板子上，应该怎么改进呢？

criterion

汪洋大海 发表于 2020-2-13 09:44
小模块本身担当辐射体   --这句话如何理解？

" ^% A0 u+ q/ ~

一般而言   有四个潜在辐射体    容易被忽略

' \' q: T* S; L' d

1.    PCB本身

2.    灌孔

3.    屏蔽罩

4.    测点

0 |0 j4 R+ c0 ?; K' s

" O8 S4 n3 }6 d9 W8 Y

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

* _1 c- B* i0 |, `

# }: B' W* Q# f0 ^* n( K
* }" n& @+ M# U3 v  r& x

5 z) ^" f% Q! B2 n/ l

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

0 v: X$ H) F( k) C. h# X

) Y) K8 \# y6 t; n

+ `4 e& Q, j, _  S9 T3 a6 V

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:

1 C3 |, T" }3 R/ z! n

" y; t4 k2 Z. I; @+ _4 F+ L5 o8 k

* N; ~# L/ ?0 ?3 Y. H! G

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

8 T6 T' j3 B8 R" T8 S# K6 @

, p7 j$ R# a6 h: {# o" @) }/ N5 g

- d5 ]2 q3 {4 D0 e3 Z

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

1 x; ?2 Q- o) U+ B) C

, ?  z) i; B- L+ f' }: p0 Q* \5 l

+ t5 F3 X1 V  [: n+ k+ }6 U$ R

所以辐射量多寡   取决于你的接地好坏

9 N2 c- e  y# ^: u( f: A4 S5 }

0 O& j/ I9 z$ r7 C! E% g5 r

$ [( _6 e6 x7 v& t! Q/ e3 W3 L

( L6 J8 }. R; _, ~# W; t* c

- I' n( o5 ~0 |5 I: e

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

" G4 ]* J' d- W  u! M  [8 V

  S; g! a0 w3 W! p# a

) k9 j4 \. [% r0 \: ^

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

若以矩形共振腔的角度来探讨

3 m8 B. j8 c4 e+ W3 `  _

9 Y1 \9 W4 G* A" H) O0 E8 V4 F; M& u

  Y" A+ i/ h% q+ V7 S9 q6 t7 u

不同尺寸   其共振点也不同

' w* I  u0 Q3 _7 u1 g' c. v) d; E( O

以Lora在北美的操作频率  915 MHz为例:

, k$ B: j9 U8 k! t+ y

) r* n& C! t0 b- u! |6 r0 k& q

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

举个实际例子   在WIFI 5GHz中   有Desense

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

0 B+ A0 J9 m) E' `
- W$ I7 ], `) z( \
8 O* Y0 m; ~' t! a3 O4 ]

为何会这样呢?

2 h# _* M" e7 l, J6 ?5 I" ~

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

criterion

3 {4 s% s4 V% M' S9 `; _4 N1 M

Desense!!

- D  R! S7 w9 c( A$ ?- I0 C

  d" x3 z7 A/ p/ u8 G- ?5 ]

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

; U- |4 U& F+ \; S, S2 B

0 a5 g$ z6 D2 A) T+ @  f1 Q

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?

1 |5 o  l1 O6 j; h- [/ g

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   

  @/ q% C3 c- O, n6 p% ^( l

汪洋大海

小模块本身担当辐射体   --这句话如何理解？

cariban

汪洋大海 发表于 2020-2-13 09:44
# N# x% e/ C/ a% l. p1 x小模块本身担当辐射体   --这句话如何理解？

) a( R* |+ _/ y- O5 H) p6 \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
3 r, _) D& c+ j' R. J

wangyou2050

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。