Funktechnik und Design-Entscheidungen

Im Rahmen der Durchführung des Projektes hat die Professur Funktechnik/Kommunikationstechnik der Hochschule Mittweida verschiedene Funktechnologien untersucht. Welche Technologie ist den Anforderungen in Industrieumgebung und den Anwendungen gewachsen? Welche sicherheitstechnischen Aspekte sind zu berücksichtigen?

Diesen Fragen sind wir nachgegangen und haben uns für ein kombiniertes System aus IEEE 802.15.4 und Bluetooth Low Energy entschieden. Die Konstellation ermöglicht uns ein Mesh-Netzwerk auf IEEE 802.15.4 Basis zu etablieren und eine Kommunikation über das weit verbreitete Bluetooth Low Energy mit mobilen Geräten aufzubauen.

Die Professur hat nun nach den Design-Entscheidungen ein Funkmodul entwickelt, dass die Kommunikation beider Technologien beherrscht. Zum Hardwaredesign gehören verschiedene Aufgaben. Über die Entwicklung des Schaltplanes werden alle elektrischen Komponenten verbunden, die für die Kommunikation mit dem Chip notwendig sind. Erst die Entwicklung des Layouts, lässt die Leiterplatte entstehen. Oftmals sind diese Verbindungen nur elektrische Verbindungen von Komponenten.
Das richtige Antennentuning

Interessant ist der Bereich der Antenne, denn hier sind Impedanzberechnungen notwendig, da im Hochfrequenzbereich Induktivitäten und Kapazitäten frequenzabhängig sind. Zusätzlich sind Anpassungsnetzwerke erforderlich, um Reflexionen zu vermeiden. Die Reflexionen würden sonst zu Leistungsabfall der Antenne führen, was sich negativ auf die Reichweite auswirkt.

In unserer konkreten Anwendung wird das Funkmodul in einem Metallgehäuse verbaut. Die Abschirmung reduziert EMV-Störungen enorm, führt aber auch dazu, dass die Sendeantenne außerhalb des Gehäuses verbaut sein muss. In diesem Fall haben wir uns dafür entschieden, die Antenne mithilfe eines Koax-Kabels nach außen zu führen. Eine Herausforderung war die Miniaturisierung der Leiterplatte auf eine Fläche von 40x40mm.

Mittels Netzwerkanalysator führten wir Messungen im Antennenbereich durch und konnten eine gute Anpassung der Antenne bestätigen. Zusätzlich ermöglicht das „Antennentuning“ die Anpassung verschiedener Antennen an das Funkmodul.

Erste Funktionstests bei der Datenübertragung verliefen erfolgreich, sodass die entwickelten Funkmodule bald im Gesamtsystem erprobt werden können. :rocket:



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