Antennenentwicklung

Für die unterschiedlichen Funkstandards können mittlerweile viele verschiedene Antennen kommerziell erworben werden. Ob externe oder integrierte Antennen, nach Anschließen oder Einbau der Antenne in das Gerät muss man oftmals feststellen, dass die Antenne nicht die im Datenblatt aufgeführte Performance zeigt. Ursache ist in der Regel die Wechselwirkung der Antenne mit der Umgebung, wie z.B. der elektronischen Schaltung oder dem Gehäuse. Die in den Datenblättern aufgeführten Antennenspezifikationen gelten oft nur für bestimmte Einbausituationen bzw. Umgebungsbedingungen, wie z.B. den Freiraum.

Gerade in Hinblick auf die Vernetzung von Maschinen und Sensoren mit dem Internet (Internet of Things) ist die richtige Integration einer Antenne in eine Funkapplikation von großer Wichtigkeit, da z.B. zur Kommunikation zwischen batteriebetriebenen Sensoren nur eine geringe Sendeleistung zur Verfügung steht.

Bei Systemen, die mehrere Antennen einsetzen, z.B. MIMO oder Beamforming (Smart Antennas), spielen neben den Eigenschaften der Einzelantenne noch andere Größen eine wichtige Rolle, damit die Techniken effizient funktionieren. Hierzu zählt z.B. die Verkopplung der Antennen untereinander. Während für ein MIMO-Antennensystem die Entkopplung (Dekorrelation) der Antennenelemente Voraussetzung für die nachfolgenden Algorithmen ist, ist bei „Intelligenten Antennensystemen“ die Verkopplung der Antennenelemente zu einem Array erforderlich. Moderne Basisstationen, die sowohl MIMO als auch Beamforming unterstützen, sind in der Lage die einzelnen Antennenelemente so zusammenzuschalten, dass beide Techniken einsetzbar sind.

Ein Großteil der beschriebenen Probleme lässt sich mit numerischen Simulationen lösen. Hierbei wird die Geometrie der Antenne in ihrer Einbausituation optimiert. Hier bei RF-Frontend setzen wir den professionellen 3D EM-Simulator CST Microwave Studio ein, mit dem auch sehr komplexe Strukturen charakterisiert werden können.

Von der Prototypenentwicklung bis zur Serienproduktion begleitet RF-Frontend ihre Antennenapplikation. Mit der Kernkompetenz im Bereich der Hoch- und Höchstfrequenzschaltungstechnik unterstützt RF-Frontend auch die Entwicklung des Frontends oder der kompletten Elektronik bis hin zur Software.

RFID / NFC

In unserem alltäglichen Umfeld trifft man heute auf RFID-/NFC-Systeme: Bei kontaktlosen Bezahl- und Türschließsystemen, der elektronischen Wegfahrsperre oder dem elektronischen Pass, um nur einige Beispiele zu nennen. In den heutigen Mobiltelefonen sind NFC-Transceiverchips integriert, die unter anderem einen Zugriff auf die ISO/IEC 14443- Infrastruktur erlauben. Somit können NFC-Geräte als Transponder oder Reader agieren. Zusätzlich können NFC-Geräte in dem sog. Peer-to-Peer Modus kommunizieren, welcher den Datenaustausch zwischen den Geräten erlaubt oder eine Kommunikation mit höherer Datenrate mit anderen Funkstandards, wie Blutooth oder WIFI, einrichtet.

Messaufbau ENVCo-Precompliance-Messung
Messaufbau ENVCo-Precompliance-Messung

Die Realisierung einer RFID bzw. NFC-Anwendung wird zu einer Herausforderung, wenn besonders strenge Spezifikationen zu erfüllen sind oder schwierige Umgebungsbedingungen vorliegen. Als Beispiel sei hier der EMVCo-Standard für kontaktlosen Kartenzahlungsverkehr genannt. Dabei steht EMV für Europay, Mastercard und Visa, den ursprünglichen Firmen, die diesen Standard entwickelt haben. Heute wird dieser Standard vom EMVCo-Konsortium gepflegt. EMV ist ein technischer Standard für Zahlungskarten und Terminals. In diesem Standard wird das Testequipment und Testmethoden in Anlehnung an den ISO/IEC 14443-Standard definiert. Sind die Readerspulen klein oder befinden sich Metallteile in der Nähe der Readerspule, sind oftmals spezielle Transceiverchips und zusätzliche Verstärker erforderlich, um die Spezifikationen erfüllen zu können. Neben den magnetischen Feldstärken müssen auch die Spezifikationen für die Modulationsparameter erfüllt werden. Feldstärke und Modulationsparameter hängen im wesentlichen vom designten Reader-Frontend ab.

RFID-Spule für den Betrieb auf einer Metalloberfläche (ENVCo Level 1)
RFID-Spule für den Betrieb auf einer Metalloberfläche
(ENVCo Level 1)

Als Experte für Hochfrequenzschaltungen und Kommunikationssystemen unterstützt Sie RF-Frontend bei der Realisierung ihrer RFID/NFC-Applikation für alle gängigen RFID-Standards:

  • LF (125 kHz, 134 kHz)
  • HF (ISO/IEC 15693, ISO/IEC 14443, EMVCo, ISO/IEC 18000-3, ISO/IEC 18092 NFC, ISO/IEC 21481 NFC)
  • UHF (EPCglobal Gen 2, ISO/IEC 18000-6c)

UHF-Readerantenne

Miniaturisierte, zirkular polarisierte UHF-Antenne für RFID-Reader
Miniaturisierte, zirkular polarisierte UHF-Antenne für
RFID-Reader

Für RFID-Applikationen spielen zirkular polarisierte UHF-Readerantennen eine wichtige Rolle. In der Regel sind kleine Readergehäuse und strenge Spezifikationen bzgl. Anpassung (input impedance matching), Bandbreite (886 MHz und 922 MHz Band), Antennengewinn (gain), Halbwertsbreite (Half Power Bandwidth, HPBW) und Achsenverhältnis (Axial Ratio) gefordert. Kommerziell erhältliche Antennen erfüllen selten die meisten der geforderten Spezifikationen, so dass auf eine kundenspezifische Lösung zurückgegriffen werden muss. Hier ist RF-Frontend der richtige Ansprechpartner für sie!

WiFi-Antennen

Dualband WLAN PCB-Antenne
Dualband WLAN PCB-Antenne

WLAN-Applikationen sind in unserem täglichen Leben allgegenwärtig präsent. Ob Smartphone, Smart-TV oder Sensoren, die Kommunikation mit diesen Geräten findet über das WLAN statt. Hierbei spielt die Antenne für eine gute Kommunikation mit dem Router eine zentrale Rolle.

Dualband WLAN PCB-Dipolantenne
Dualband WLAN PCB-Dipolantenne

RF-Frontend bietet die richtigen Antennenlösungen für High-End-Geräte oder Applikationen aus dem Low-Cost Bereich.

Breitbandantennen

Logarithmisch-periodische PCB-Antenne 600MHz-8GHz (Gain: 5dBi)
Logarithmisch-periodische PCB-Antenne 600MHz-8GHz
(Gain: 5dBi)

In der Antennenmesstechnik oder für den Empfang von Signalen breitbandiger Funkstandards, wie z.B. DVBT (470 MHz bis 870 MHz), sind sog. Breitbandantennen mit relativ konstanten Parametern (z.B. Eingangsimpedanz, Antennengewinn) erforderlich. Abhängig von der gewünschten Richtcharakteristik (Rundstrahler oder Richtantenne), dem Frequenzbereich und den Herstellungskosten, bietet RF-Frontend kundenspezifische Antennendesigns an.

Anpassungsmessung der logarithmisch-periodischen PCB-Antenne 600MHz-8GHz
Anpassungsmessung der logarithmisch-periodischen
PCB-Antenne 600MHz-8GHz

Gute Anpassung im Bereich 600MHz bis 8,5GHz.

Antennenarrays

Seriengespeistes Antennenarray eines Radarmoduls
Seriengespeistes Antennenarray eines Radarmoduls

Zur Erhöhung der Richtwirkung oder zur elektronischen Steuerung der Hauptstrahlungskeule werden Antennenarrays verwendet. In Bezug auf die Antennenverkopplung (Strahlungskopplung) und der Abstrahlung, sowie den Verlusten des Verteilnetzwerks, stellt das Design eines Antennenarrays eine besondere Herausforderung dar. Hier weist RF-Frontend durch langjährige Erfahrung eine besonders gute Expertise auf.

Verteilnetzwerk, 2.4GHz und 5GHz WLAN Antennenarray
Verteilnetzwerk, 2.4GHz und 5GHz WLAN Antennenarray

Das nebenstehende Bild zeigt einen Ausschnitt eines Verteilnetzwerks für ein lineares 16-Element Antennenarry (2,4 GHz und 5 GHz-WLAN Band). Sehr gut zu erkennen sind die breitbandigen Wilkinson-Koppler.