Antena Bluetooth en la parte superior de un objeto metálico grande y otras preguntas sobre RF

Estuve investigando un poco sobre las consideraciones de diseño de la antena de RF, pero realmente no encontré nada parecido a la situación en la que se encontrará mi dispositivo. Estoy diseñando un sensor inalámbrico para mi equipo FSAE que se montará dentro de cada neumático (adjunto al llanta), similar a este producto e informa varias medidas a un receptor montado en algún lugar del automóvil. El proceso de diseño (componentes, esquemas, etc.) está prácticamente terminado excepto por un área, la antena .

Dado que el dispositivo estará colocado muy cerca de un objeto metálico grande (rueda de aluminio), me preocupa el efecto que esto tendrá en la antena. A continuación se presentan algunas otras consideraciones:

  • El dispositivo utiliza el NRF52833 (módulo Laird BL653 con antena externa) y se comunicará a través de BLE (2,4 GHz)
  • El PCB tendrá aproximadamente 3 cm x 4 cm (estimado) con 4 capas, una de las cuales será un plano de tierra
  • Estoy abierto a usar cualquier variedad de antena (traza de PCB, SMD, parche, látigo, cúpula, etc.) siempre que tenga una impedancia de 50 ohmios como especifica el BL653

Ahora mis preguntas:

  • Entiendo que las antenas utilizan un plano de tierra conectado para mejorar el rendimiento. Si tuviera que conectar la tierra de la placa de circuito impreso a la rueda de aluminio, ¿toda la rueda ahora también actuaría como un plano de tierra y ayudaría al rendimiento en lugar de obstaculizarlo si estuviera desconectado?
  • ¿Sería deseable una antena de parche flexible conectada directamente a la superficie de la rueda de aluminio? (con o sin la rueda conectada a tierra de PCB como se mencionó anteriormente)

¡Muchas gracias a cualquiera que tenga el tiempo y/o la experiencia para responder!

Se agradece su minuciosidad, pero hay demasiadas preguntas diferentes incrustadas en su publicación (problema de antena/plano de tierra; problema de ruido eléctrico; problema de conector). Tal vez divida la pregunta y concéntrese más estrechamente. Usted dice que "el espacio físico no es realmente un problema", pero creo que la altura sobre la llanta está limitada por la necesidad de despejar el talón del neumático al montarlo.
@MarkLeavitt Gracias por el consejo, lo condensé y me concentré en el problema principal. Y tiene razón en que se debe considerar la altura sobre la llanta de la rueda, la única forma en que veo que ocurre el contacto con el talón del neumático es si se usa una antena de látigo o cúpula que se pegaría hacia arriba. Siento que la antena de parche directamente en la parte superior de la llanta de la rueda conectada a tierra funcionaría mejor en teoría, pero quería que la ejecutara alguien que realmente tenga una idea sobre RF.

Respuestas (1)

Una antena de parche flexible fijada directamente a la rueda de metal no funcionará bien. La superficie conductora de la rueda "cortocircuitará" efectivamente la antena en las frecuencias de radio, ya sea que haya una conexión eléctrica o no.

La rueda crea un plano de tierra inevitable, por lo que tiene dos opciones:

  1. Utilice una antena "independiente del suelo", como un dipolo de parche flexible, orientada paralela al borde y elevada por encima de este. Es óptimo elevarlo un cuarto de longitud de onda (a 2,4 GHz, eso es unos 3 cm), pero funcionará decentemente a la mitad de esa distancia. Puede colocar el parche en la pared superior de una caja de plástico o laminarlo con un poco de espuma entre la antena y el borde.

  2. Utilice una antena monopolo "dependiente de tierra". Puede usar su plano de tierra de PCB. Conectar esa tierra de PCB a la rueda de metal real podría o no funcionar mejor. En este caso, el elemento de la antena sobresaldría perpendicularmente a la llanta de la rueda. La longitud óptima es un cuarto de longitud de onda, pero hay formas de acortarla doblando la punta, enrollando el elemento o agregando un inductor en el circuito de alimentación.

Además de la temperatura, deberá tener en cuenta los impactos, las vibraciones y la aceleración en su diseño mecánico.

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