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9-2015

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

ApplikationAusgangsleistung selten über0 dBm liegt. Niedrige Versorgungsspannungist eine einfacheMöglichkeit, um die Leistungsaufnahmeauf Systemebene zuverringern, aber sie erfordert einfür niedrige Betriebsspannungausgelegtes HF-IC.Spitzenstrom ist ein andererSchlüsselparameter für Sender/Empfänger.Fast alle drahtlosenSensornetze verwendenDuty-cycling, um Leistung zusparen. Dieses erzeugt Spitzenim Stromaufnahmeprofildes Sensors. Funkgeräte, diehohe Spitzenströme aufweisenerlegen dem LeistungsmanagementEinschränkungen aufund machen die Unterdrückungvon Betriebsspannungsschwankungenschwieriger.Diese Einschränkung ist fürdrahtlose Sensoren, die mitgeernteter Energie versorgt werden,sogar noch wichtiger. Ofthaben die Wandler von Energieerntemaschineneine höhereAusgangsimpedanz als Batterien.Die Mikroleistungsmanagement-Ebenezwischen demSignalumformer und dem Sensorkonvertiert die Eigenschaften derStromversorgung, einschließlichder Quellimpedanz. Folglichverringert der niedrige Spitzenstromverbrauchim Transceiverdie Einschränkungen hinsichtlichder Stromversorgung desdrahtlosen Sensors.Bei einem Sender kann dieLeistungsaufnahme des PA sehrgroß sein. Viele 802.15.4- oderBluetooth-Funkgeräte verbrauchen25 – 40 mW zur Überbrückungvon 25 Meter Freiraum,wobei über 95% der Leistungvergeudet werden. Bild 2 zeigtdie Energie pro Bit gegenüberder Spitzenleistung einiger verfügbarerTransceiver-Lösungenfür 25 m Funkstrecke. Für Batterie-oder durch Energieerntebetriebene Systeme würde dieoptimale Kombination idealerweisein der linken unterenEcke liegen.Vom Gesichtspunkt des PA ausbestimmt der Empfänger die notwendigenLeistungsdaten. SeineEmpfindlichkeit definiert, füreinen gegebenen Bereich, wieviel Leistung ausgestrahlt werdenmuss. Die meisten Funkgeräteliegen im Empfindlichkeitsbereich-85 dBm bis -95 dBm,was in der Praxis einen Faktor10 in der PA-Leistungsaufnahmebewirkt. Die drei Hauptfaktoren,welche sich auf die Leistungsaufnahmeauswirken, sind:• Empfängerempfindlichkeit• Trägerfrequenz• Ausgang-Impedanz.Sie addieren sich und könnendadurch zusammen die PA-Leistungsaufnahme, für einenidentischen Bereich, über zweiGrößenordnungen hinweg beeinflussen.Bild 3 vergleicht die Versorgungsspannung,sowie denLeistungsverbrauch gebräuchlicherTransceiver beim Sendenund Empfang.Bild 3: Betriebsspannungsowie TX- und RX-Leistungsverbrauch einigerverfügbarer Transceiver-LösungenEin anderer wichtiger Parameter,der die PA-Leistungsaufnahmebeeinflusst, ist die Ausgangsimpedanz.Die meisten Funkgerätehaben Ausgangsimpedanzenunter 100 Ohm. Niedrige Impedanzist nur bei hoher Ausgangsleistungfür längere Streckenerforderlic, allerdings führt siezur fünffachen Stromaufnahmegegenüber hoher Impedanz, diemehr für drahtlose Kurzstreckenverwendet werden. Nimmt maninsgesamt eine ähnliche Empfängerempfindlichkeitund PA-Leistungsfähigkeit an, würdeein hochohmiges 900-MHz-Funkgerät nur 1 mW in seinemPA benötigen, um den gleichenBereich zu überbrücken, wie ein50-Ohm-2,4-GHz Funkgerät mit25 mW bis 40 mW.Die Wahl der Trägerfrequenz istein wichtiger Parameter für denSender/Empfänger. Die beidenvorhandenen Optionen innerhalbder industriellen, wissenschaftlichenund medizinischen (ISM)Funkbänder sind 2,4 GHz oderSub-GHz-Bereiche. Die nachfolgendeAufstellung listet einigeder bei der Wahl zu berücksichtigendenFaktoren auf:• Bereich• Leistungsaufnahme• Bitgeschwindigkeiten• Antennengröße• Interoperabilität• Weltweite VerwendungWi-Fi-, Bluetooth- und ZigBee-Technologien sind die intensivvermarkteten 2,4-GHz-Protokolle,die heute weitgehendverwendet werden. Sub-GHz-Systeme dagegen bieten Vorteilebei Low-Power-Anwendungenmit niedriger Bitgeschwindigkeit,wie z.B. drahtlose Sensoren,ULP-Kurzstrecken-Transceiver,der drahtlosen medizinischenÜberwachung oder z.B. beimintelligenten Dosieren. Sub-Gigahertz-TrägerfrequenzenBild 4: Durchschnittliche Leistung vs. Payload-Datenrate einesdrahtlosen Sensors mit dem ZL70250-Transceiver (Microsemi)8 hf-praxis 9/2015

Make the ConnectionFind the simple way through complex EMsystems with CST STUDIO SUITEComponents don’t exist in electromagneticisolation. They influence their neighbors’performance. They are affected bythe enclosure or structure around them.They are susceptible to outside influences.With System Assembly and Modeling,CST STUDIO SUITE helps optimizecomponent and system performance.Involved in antenna development? Youcan read about how CST technology isused to simulate antenna performance atwww.cst.com/antenna.If you’re more interested in filters,couplers, planar and multilayer structures,we’ve a wide variety of worked applicationexamples live on our website atwww.cst.com/apps.Get the big picture of what’s really goingon. Ensure your product and componentsperform in the toughest of environments.Choose CST STUDIO SUITE –Complete Technology for 3D EM.Come visit CST at EuMW 2015,booth# D311.CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY | www.cst.com | info@cst.com

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