¿Esta antena GSM de rastreo de PCB se verá afectada por EMI?

Estoy diseñando una PCB en la que hay 3 módulos SIM800 GSM que comparten una antena externa (comercial). La antena externa está conectada a la placa de circuito impreso a través de un conector de antena, y desde ese conector, la señal de la antena se "comparte" a través de pistas de placa de circuito impreso que se ejecutan en el puerto GSM_ANT de los módulos GSM (ver foto)

La razón por la que prefiero este diseño es que es barato y conveniente. Pero sin un conocimiento profundo sobre el diseño de antenas y EMI, mi pregunta es ¿Podría ser un mal diseño? ¿O debería haber escenarios en los que este diseño no funcione de manera confiable?

Solo para brindar más información, la PCB se alojará dentro de una carcasa de acero y su PSU principal es un adaptador AC-DC (buena marca) que ya está sellado para EMI. El adaptador también está dentro de la caja de acero. El recinto de acero se desplegará en una zona residencial donde no haya grandes maquinarias alrededor.

¡Gracias de antemano! daveingrese la descripción de la imagen aquí

ACTUALIZACIONES:

Siguiendo algunas de sus respuestas, actualizo la pregunta de la siguiente manera: a continuación se muestra el diseño anterior, que usa 3 conectores de antena separados para los 3 módulos GSM. Sin embargo, estos 3 cables de antena están combinados (soldados) en uno (con sello) fuera de la PCB y van a la antena externa.

Se supone que los 3 módulos GSM envían la señal uno a la vez.

Este diseño antiguo ha sido probado y trabajado (aunque sospecho que la intensidad de la señal es solo alrededor de 8/10 de lo que debería ser, aunque lo suficientemente bueno para la aplicación)

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Esta es una idea fatalmente defectuosa, por razones que no tienen nada que ver con "EMI", sino más bien con la coincidencia de impedancia y la transmisión a los otros problemas de los receptores planteados. Tenga en cuenta que no puede controlar cuándo transmite un módulo GSM, a menos que lo haya apagado por completo. E independientemente de si está operativo o apagado, la tolerancia de tener potencia de nivel de transmisión acoplada directamente es un detalle de implementación que tendría que investigar. Probablemente debería usar antenas distintas con un espacio razonable, o considerar multiplexar 3 SIM en un módulo si cambia solo lentamente.

Respuestas (7)

Creo que una forma más razonable sería usar un divisor externo de tres vías y el diseño anterior para conectar sus tres módulos GSM a una antena.

Parece que no tiene el conocimiento para hacer diseños de PCB de RF (no es sorprendente, yo tampoco), por lo que sería más seguro para usted usar un dispositivo externo que "simplemente funciona".

Divisor de tres vías:

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El diseño anterior puede haber sido más avanzado de lo que cree: las longitudes adecuadas de coaxial unidas correctamente pueden formar un divisor de RF. Consulte "Divisor de potencia de Wilkinson" en la página de divisor de potencia de Wikipedia. Para el ojo desinformado, parecería que alguien simplemente ató un montón de cables coaxiales en paralelo y esperó lo mejor, cuando en realidad las longitudes y las conexiones se seleccionaron cuidadosamente para hacer un divisor adecuado que aísle las tres fuentes entre sí.

Divisor de Wilkinson:

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También puede hacer un divisor Wilkinson en su placa de circuito, aunque eso puede ocupar demasiado espacio.

Divisor de microcintas Wilkinson:

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Lugares como los minicircuitos venden circuitos integrados divisores/combinadores de RF que proporcionarían un medio para combinar las señales a bordo en lugar de tener una parte externa o grandes consideraciones de diseño.
@Andrew: Eso suena como una respuesta en sí misma. ¿Quieres publicarlo?

Aparte de los problemas de EMI, me cuesta creer que esto funcione. ¿Hay un diseño de referencia disponible para algo similar? Por lo que supongo (no soy un especialista en antenas en absoluto):

  • Múltiples controladores para una antena
  • No hay red coincidente (al menos ninguna que pueda usarse si es necesario)
  • Su línea de antena no tiene una referencia sólida, pero hay rastros en el otro lado.
  • Si se trata de una placa de dos capas, no creo que su traza tenga una impedancia de 50 ohmios.
  • Los dos conectores en el medio parecen Ethernet. Así que probablemente sea metal, directamente encima de tu línea de señal.
  • Si quita dos de los SIM800, tendrá líneas auxiliares locas por todas partes, sin terminar en ninguna parte.
agradezco el consejo. De todos modos, en el medio hay 2 LED 0805 (luces de red). También he actualizado mi pregunta.
@Dave Creo que los "dos conectores" a los que se refiere Tom son los grandes rectángulos azules que se extienden desde la parte inferior de la imagen.
Un problema aún más grave es que el módulo de transmisión sobrecargará los receptores o los inactivos, muy posiblemente hasta el punto de dañarse.
@DoktorJ, el color azul es en realidad el plano GND del lado inferior. De todos modos, no hay otros conectores.
No ese azul, los rectángulos celestes.

A riesgo de dar una recomendación de producto, es posible que desee ver un CI divisor/combinador de potencia de RF de alguien como los minicircuitos. Divisores de mini circuitos

Esto le permitirá combinar las 3 salidas (y dividir la señal de retorno) en la PCB sin los desajustes de impedancia y otras molestias causadas por su diseño actual.

A se ha mencionado antes, esta es una forma 'interesante' de combinar las señales. Ciertamente no es bueno, pero realmente creo que estás preguntando si es peor que tu vieja solución falsa de poner en paralelo el cable coaxial.

Con el coaxial, tiene un circuito más simétrico (cada ruta de RF se ve similar y tiene las mismas conexiones parásitas). También tiene una línea de transmisión más larga que brinda un toque de aislamiento desde el punto de unión (tal vez solo 0.1-0.2 dB, pero va en ambos sentidos, por lo que no es nada). Siento que este diseño es inferior, pero no puedo cuantificarlo. Por ejemplo, enviará más potencia de transmisión directamente a los otros dos módulos (pero necesitan aislamiento para su propio Tx, por lo que debería estar bien).

Me sentiría tentado a tratar de presentar esto como una estrella y experimentar con resistencias en serie para mejorar la coincidencia (tiene ciertas pérdidas aquí, pero también una mejor coincidencia, por lo que, en general, probablemente será mejor). La falta de coincidencia del potenciómetro de la antena en los módulos puede afectar la sintonización de los filtros, etc. Alrededor de 25 Ω debería estar en lo cierto, creo.

Claramente, esta es la opción barata y fea, un divisor adecuado de baja pérdida sería mejor.

Este es un error horrible (ya sea implementado en coaxial o en la PCB).

En primer lugar, las interconexiones directas crearán desajustes de impedancia horribles que reducirán la integridad de la señal. Algunos transmisores de RF de alta potencia pueden incluso resultar dañados por los reflejos de la señal.

En segundo lugar, siempre que cualquier módulo transmita, una fracción subestacional de la potencia de transmisión retroalimentará a los otros módulos. Esto puede cegar los módulos a las señales entrantes o, en casos extremos, incluso puede dañarlos.

Un bifurcador de impedancia adecuada es una mejor solución, pero los reflejos del bifurcador y la antena aún pueden causar problemas, ya que las coincidencias de impedancia rara vez son exactas.

Primero: todos los combinadores de las otras respuestas solo pueden funcionar en una sola banda. No puede usar el mismo combinador para GSM900 que para GSM1900. Eso es físicamente imposible.

El hecho de que los dispositivos GSM puedan usar la misma antena para transmitir y recibir se debe al hecho de que los enlaces descendentes de upage en GSM están en diferentes frecuencias, por lo que puede usar un dispositivo selectivo de frecuencia, llamado diplexor para evitar TX . señal entrando al receptor (y destruyéndolo).

Ahora, la forma en que funciona un diplexor es que básicamente tiene al menos un filtro en la rama RX que bloquea las frecuencias del enlace ascendente y solo deja pasar el enlace descendente. Junto con el mismo principio y un divisor, la rama TX está conectada a la antena. Dado que se trata de una tecnología de microondas muy eficiente en cuanto a costes, espacio y energía, los dos filtros y el divisor se combinan básicamente en un solo dispositivo.

El problema con eso es que es muy difícil lograr una coincidencia de impedancia perfecta tanto en RX como en TX al mismo tiempo en todas las bandas de frecuencia en las que existe GSM (800,900,1800,1900,...).

Dado que recibir con éxito es más importante que transmitir con una eficiencia perfecta, normalmente se acepta una falta de coincidencia de la impedancia de la rama TX en comparación con la impedancia nominal de la antena. En el caso de un solo transmisor por antena, está bien.

Esto significa que una gran parte de la energía de TX se refleja de nuevo en el amplificador de TX en la carcasa de una sola antena.

Ahora, imagine que tiene dos emisores de TX, A y B, conectados a un divisor. No solo un poco de la energía del transmisor A se reflejará de nuevo en A en el diplexor, sino que el resto que realmente va al divisor inevitablemente, al menos parcialmente, será visto por el diplexor de B, donde se reflejará parcialmente, y por cierto todos los acopladores de directivas funcionan, interfieren destructivamente con la señal de A en el puerto de la antena.

Entonces, necesitaría construir tres diplexores, uno para cada módulo GSM, construir una red de adaptación de impedancia para los TX, un divisor de tres vías (o, ya que está en eso y ha seleccionado la señal RX, de todos modos, agregue un LNA) para RX, y entonces tendrá un sistema verdaderamente mejor.

"En primer lugar: todos los combinadores de las otras respuestas solo pueden funcionar en una sola banda. No puede usar el mismo combinador para GSM900 que para GSM1900. Eso es físicamente imposible". Los combinadores basados ​​en líneas de transmisión son fundamentalmente de banda estrecha, pero los combinadores basados ​​en transformadores pueden ser de banda ancha, por ejemplo, minicircuits.com/MCLStore/… cubrirá todas las bandas de telefonía celular.
@PeterGreen, razón por la cual me referí específicamente a la λ -Componentes de MW dependientes de las otras publicaciones :)

¿Cómo piensas usarlo? ¿Quiere usar tres módulos SIM800 al mismo tiempo con una antena? Esto no funcionará. En primer lugar, debido a la división de impedancia. En segundo lugar, la salida de los módulos se afectará entre sí, lo que interrumpirá la comunicación. Simplemente agregue dos conexiones adicionales para las antenas. Recuerde que la traza de la antena debe ser lo más corta posible.

¿Es consciente del hecho de que con una antena en una placa de circuito impreso necesita certificar su dispositivo?

Un consejo: agregue un blindaje de vía alrededor de la traza de la antena. Google -> a través de blindaje.

investigará a través de blindaje según lo recomendado. Por favor, vea también mi actualización de la pregunta.
El blindaje de @Dave no resolverá el problema real planteado aquí.
@ChrisStratton: gracias a todos ustedes, ahora soy totalmente consciente de eso. He aprendido mucho aquí. Usará 3 hormigas separadas o un divisor con el diseño anterior
@ChrisStratton Sí, no resolverá el problema, pero es algo que debe hacer para rastrear la antena: proporcione una buena ruta de retorno de baja impedancia.