3.7. Антенны для устройств Bluetooth

Проектирование антенн для приложений не определено и не стандартизовано в

технических требованиях Bluetooth vl.l. Как известно, для характеристики антенн используют диаграммы направленности. Вид диаграммы направленности опреде­ляется конструкцией антенны. К наиболее распространенным типам диаграмм на­правленности относятся тороидальная (круговая) и сигарообразная (направлен­ная). Направленные антенны имеют главный лепесток, обеспечивающий основное излучение и паразитные боковые лепестки. Важной характеристикой диаграммы направленности является ширина основного лепестка по уровню половинной моги-

Рис. 3.14. Габаритные размеры антенны

ности 9_{0 5}. От вида диаграммы направленности зависит коэффициент направленно­го действия (КНД) антенны, определенный как отношение мощности, излучаемой в направлении максимума диаграммы, к усредненному по всем направлениям зна­чению плотности потока мощности.

С КНД однозначно связан коэффициент усиления антенны, определяемый как произведение КНД на КПД антенны. Обычно коэффициент усиления измеряется в децибелах по отношению к усилению изотропной антенны (дБи). Изотропная ан­тенна — это антенна, обеспечивающая одинаковое излучение во всех направлениях.

Другим важным показателем антенн является вид поляризации. Поляризация бывает линейной (горизонтальной и вертикальной) и эллиптической, в частном случае круговой. В сетях связи Bluetooth найдут применение ненаправленные в го­ризонтальной плоскости антенны с коэффициентом усиления (0—5) дБи.

Необходимо заметить, что для антенн применим принцип взаимности, в соответ­ствии с которым одна и та же антенна может использоваться как в качестве переда­ющей, так и в качестве приемной.

В приложениях Bluetooth широкое распространение могут найти микрополоско-вые и печатные антенны, представляющие собой металлический проводник той или иной формы, расположенный над заземленной подложкой. Такая антенна мо­жет быть удачно совмещена с печатной платой, на которой расположены СВЧ кас­кады приемопередатчика. Приемопередатчик подключается к антенне в определен­ной точке. В этой точке осуществляется отвод сигнала на приемник и подвод мощ­ности от передатчика.

В ряде приложений Bluetooth могут использоваться направленные антенны. Ни­же приведены краткие описания и спецификации антенн для Bluetooth систем от некоторых компаний производителей.

Антенны фирмы RangeStar

P/N100903

Вертикально поляризованная антенна Bluetooth (TM)/802.11b

Таблица 3.11.
Частотным диапазон	2400-2483 МГц
Максимальное усиление	ОдБи
Поляризация	Линейная
Ширина диаграммы направленности	Всенаиравленная
Коммутируемая мощность	10 Вт
Импеданс точки питания	50 Ом
Габариты	22,0 х 12,7 х 0,8 мм
Вес	1г

Рис. 3.13. Внешний вид антенны 100903

Антенна 100903 — это вертикально поляризованная антенна с рабочим частот­ным диапазоном 2400—2483 МГц [25]. Она хорошо подходит для интеграции в точ­ки доступа, устройства, установленные на столах и стенах, мобильные телефоны, PC карты, PDA и другие приложения Bluetooth. Это надежная, простая и не нуж­дающаяся в настройке антенна. Внешний вид антенны, конструкция и диаграмма направленности приведены на рис. 3.13, 3.14 и 3.15 соответственно. Основные ха­рактеристики приведены в таблице 3.11.

Рис. 3.15. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости

Антенна Bluetooth(TM)/802.11b - P/N 100930

100930 — это встраеваемая антенна для систем Bluetooth и 802.1 lb с рабочим ча­стотным диапазоном 2400—2483 МГц [25]. Она может быть интегрирована в точки Доступа, устройства, установленные на столах и стенах, PC-карты, и другие устрой­ства Bluetooth. Внешний вид антенны, конструкция и диаграммы направленности приведены на рис.3.1673.19. Основные характеристики сведены в таблицу 3.12.

[с. 3.16. Внешний вид антенны 100930

Антенны фирмы KOSANT

фирма KOSANT производит миниатюрные микрополосковые антенны для Bluetooth. Основные типы антенн и их характеристики приведены в таблице 3.13 [26].

Таблица 3.13. Основные типы и характеристики антенн фирмы KOSANT

Рис. 3.17. Диаграмма направленности в угломестной плоскости

Рис. 3.18. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости

Частотный диапазон (МГц)	2400-2500
Модель	SMT- L001-4	SMT-М001-2	SMT- S001-0	SMT-L002-0	SMT-L003-0	SMT-L004-1	CON-S001-2	САВ- S001-1
Усиление (дБи)	макс. 4	макс. 2	макс. 1	макс. 0	макс. 0	макс. 1	макс. 2	макс. 1
Поляризация	Линейная	Линейная	Линейная	Линейная	Линейная	Линейная	Линейная	Линейная
Импеданс (П)	50	50	50	50	50	50	50	50
Размер	16x5x1.6	11x5x1.6	7x4x1.6	25x8x3.2	25x8x2	18x8x2	19.5x8x1.6	19x9x3.2
Вес (г) —.	0.5	0.35	0.2	1	0.8	0.6	0.8	0.6

Пример внешнего вида и диаграмм направленности для этих антенн приведен на рис. 3.20 -5- 3.22.

Рис. 3.20. Внешний вид антенны

Рис. 3.19. Габаритные размеры антенны

не. 3.21. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости

Рис. 3.22. Диаграмма направленности в угломестной плоскости

Следует иметь в виду, что в приемопередатчике эти антенны устанавливаются на заземленный экран.

3.8. Отладочные и вспомогательные средства для разработки изделий на основе Bluetooth

Для упрощения понимания технологии, разработки и отладки изделий на ее осно­ве, компания Ericsson предлагает несколько специальных средств, каждое из кото­рых ориентировано на определенный круг пользователей, разработчиков и интег­раторов. Эти средства помогают удешевить, оптимизировать и ускорить разработ­ку устройств Bluetooth [22].

Набор для начинающих — Bluetooth™ Starter Kit

Конструкция набора приведена на рис.3.23.

Рис. 3.23. Bluetooth Starter Kit

Описание

Bluetooth Starter Kit (набор для начинающих) предоставляет дешевую и полно­стью функциональную среду разработки для голосовых и информационных прило-

жений, основанную на модуле Bluetooth от Ericsson Microelectronics. Набор позво­ляет начинающим разработчикам беспроводной технологии Bluetooth построить приложения Bluetooth, сэкономить время разработки и уменьшить цену.

Устройство Starter Kit обеспечивает гибкую среду проектирования для инжене­ров и служит для того, чтобы они познакомились с технологией и могли начать опытно-конструкторские работы. Оно демонстрирует основные особенности бес­проводной технологии Bluetooth, позволяя разработчикам создавать интегриро­ванные приложения для макетных изделий.

Набор содержит материнскую плату с согласованными соединителями и сило­выми цепями, а также дочернюю плату с полным модулем Bluetooth, расположен­ным на плате. С помощью этого набора можно получить все функции, необходи­мые для реализации беспроводной технологии Bluetooth.

Набор служит для разработки приложений, основанных на хост-устройстве, а также предоставляет основное программное обеспечение Bluetooth, включая соот­ветствующие программные интерфейсы приложения (Application Programming Interface — API).

Набор для разработки — Bluetooth™ Development Kit

Конструкция платы приведена на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Bluetooth Development Kit

Описание

Утвержденный специальной рабочей группой Bluetooth как Blue Unit, набор для разработки Bluetooth Development Kit от Ericsson Microelectronics упрощает, уско­ряет и удешевляет процесс разработки приложений Bluetooth.

Он предоставляет законченную и гибкую среду разработки, в которой инженеры могут интегрировать открытый беспроводной стандарт в целый спектр цифровых устройств. Предоставляя доступ ко всем аппаратным интерфейсам, набор приме­няется для разработки как встроенных, так и отдельных приложений. В наборе есть возможности отладки программного и аппаратного обеспечения для того, что­бы сделать процесс проектирования как можно быстрее и проще.

Расширяемая архитектура, созданная для удовлетворения потребностей новых разработчиков и пользователей Bluetooth, демонстрирует основные особенности технологии. Это позволяет разработчикам создавать прикладные платы для макет­ных изделий и ускорять разработку законченного приложения.

Набор для модернизации Bluetooth — Bluetooth Upgrade Kit

Конструкция изделия приведена на рис. 3.25.

Рис. 3.26. Bluetooth Application & Training Tool Kit

Рис. 3.25. Bluetooth Upgrade Kit

Описание

Набор для модернизации Upgrade Kit позволяет обладателям Bluetooth Development Kit наращивать его функциональные возможности. В зависимости от потребностей существует несколько различных наборов для модернизации.

Версия R1A

Upgrade Kit версии R1A обеспечивает многоточечную (multi-point) связь. В ор­ганизуемой сети поддерживается работа до семи подчиненных устройств, а также переключение мастер/подчиненное устройство. В этой версии поддерживаются протоколы ОВЕХ и TCS.

Версия R3B

Upgrade Kit R3B требуется для тестирования Blue Unit. Этот набор соответству­ет техническим требованиям Bluetooth v.l.Ob. И может использоваться для тести­рования Blue Unit согласно технических требований Bluetooth v.1.1.

В этой версии поддерживаются протоколы ОВЕХ и TCS.

Инструментарий для приложения и обучения — Bluetooth Application & Training Tool Kit

Конструкция изделия приведена на рис. 3.26.

Описание

Bluetooth Application & Training Tool Kit предназначен для школ и университетов и представляет собой дешевое, удобное средство для практических занятий при изуче­нии беспроводной технологии Bluetooth. Оно было разработано компанией Ericsson Microelectronics и позволяет студентам высших учебных заведений как теоретически, так и практически изучить систему радиосвязи ближнего действия Bluetooth.

Рис. 3.27. Подключение модуля к компьютеру с помощью USB-соединения

Аппаратное обеспечение состоит из модуля, который может быть легко подключен к компьютеру с помощью USB-соединения (рис. 3.27), что гарантирует использова­ние полной скорости передачи данных. Четко определенный программный интерфейс приложения (API) обеспечивает доступ к различным уровням стека протоколов.

3.9. Экономичные режимы работы устройств Bluetooth

Точки доступа, основанные на технологии Bluetooth, дадут возможность новым по­колениям мобильных устройств передавать большие объемы голосовой информа­ции и данных. Как правило голосовые приложения Bluetooth работают от малога­баритных батарейных источников питания. В тоже время системы передачи дан­ных могут работать от сетевых источников. В первом случае экономичный режим работы наиболее актуален. Эффективным способом экономии мощности является уменьшение времени, в течение которого активен приемопередатчик Bluetooth. Технические требования Bluetooth Baseband предусматривают три основных спо­соба работы в экономичном режиме [27]:

1. Если у подчиненного устройства нет надобности участвовать в пикосети, но оно все еще должно быть синхронизировано, оно может быть переведено в режим «ПАРКОВКА» (Park). Этот режим подходит для подчиненных устройств, которые время от времени нуждаются в связи с мастером. Устройства, находящиеся в этом

режиме, могут запросить выход из режима Park у мастера, путем передачи перио­дического сигнала маяка (beacon), передаваемого мастером. Интервалы между сиг­налами маяками могут составлять несколько секунд.

2. Режим «ВНИМАНИЕ» (Sniff) подходит для устройств, которым нужно свя­ зываться с мастером периодически с заранее заданной частотой. В этом режиме нет гарантии того, что устройства будут обслужены при каждом периодическом требо­ вании. Режим Sniff позволяет экономить потребление батареи за счет уменьшения трафика запросов. Sniff-интервалы могут продолжаться до нескольких секунд.

3. Режим «ПАУЗА» (Hold) целесообразен в том случае, когда устройство может иногда приостанавливать трафик вызова. Устройство может войти в режим Hold на заранее определенный промежуток времени для обработки другой задачи, на­ пример для участия в работе другой пикосети, когда в течение определенного пери­ ода времени ничего не надо передавать, естественно экономя при этом энергию.

Кроме того, в случае если мастер общается с известными (обнаруженными ра­нее) устройствами, то при организации связи можно пропустить процедуру запро­са. Если при этом подчиненное устройство находится в режиме «ожидания вызо­ва» (Page Scan), то время ожидания вызова будет составлять всего несколько де­сятков млсек. Это особенно важно, если мастер-устройство работает от батареи, а подчиненное устройство, постоянно находящееся в режиме ожидания вызова, пи­тается от сети. В этом случае энергопотребление устройства будет снижено.

Для того чтобы выбрать правильный экономичный baseband-режим, проекти­ровщику аппаратуры необходимо учитывать пропускную способность, время отве­та (или время ожидания) и требования к потребляемой мощности каждого кон­кретного приложения. Чем дольше устройство остается бездействующим, тем большее энергосбережение. Одним из ограничивающих факторов, который опреде­ляет, как часто устройству нужно выходить на связь, является условие синхрони­зации часов между мастером и подчиненными устройствами, принимающими учас­тие в пикосети. Технические требования Bluetooth требуют, чтобы устройство, ра­ботающее в нормальном режиме в пределах пикосети (в этом режиме к нему можно обратиться в любое время) работало с часами, обеспечивающими стабильность 20 ррщ. Чтобы поддерживать синхронизацию пикосети, мастер должен обеспечивать сообщения о синхронизации по крайней мере каждые 225 млсек. Это определяет максимальный период между включениями в нормальном режиме.

Использование энергосберегающих режимов работы позволяет не только умень­шить потребляемую мощность устройств Bluetooth, но и увеличить надежность пи­косети путем уменьшения интерференции от других беспроводных устройств. Каждая пикосеть Bluetooth использует 79 частотных каналов. Конфликты между разными пикосетями или между пикосетями Bluetooth и другими беспроводными устройствами, работающими в одной области частот, будут уменьшены, за счет то­го, что устройства Bluetooth большую часть времени пассивны, т.е. при использо­вании энергосберегающих режимов. Таким образом, в этом случае экономятся два наиболее важных ресурса — полоса частот и энергия источника питания.

Дополнительную информацию о режимах работы устройств Bluetooth можно найти в таблице 2.1.17 раздела 2.