Guida al design RF   Che cos'é un modulo radio?

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Che cos'é un modulo radio?

Fra i prodotti che non richiedono un'autorizzazione radio ci sono i telefoni mobili e i sistemi LANs senza fili, oltre ad una vasta gamma di apparecchiature di comunicazioni senza fili fra i quali trasmissione di dati, sicurezza e così via. Questo genere di dispositivi sono usati molto ampiamente nel settore privato ed in quello industriale.
Il modulo è la parte radio dei dispositivi che usano le frequenze.
 

Si dice spesso che i circuiti ad alta frequenza non si progettano sulla base di conoscenze teoriche e che non possono essere realizzati senza esperienza. Per questo motivo, ai progettisti elettronici che stanno per intraprendere una progettazione radio audio o logica, la soglia fra la teoria e la pratica può sembrare piuttosto alta e questa è una delle ragioni per le quali molti esitano ad iniziare qualsiasi progetto radio. In più sono da tenere in considerazione le regolamentazioni vigenti e tutto ciò può sembrare veramente un grosso impedimento.
Naturalmente questo non è il nostro caso, ma nel corso della progettazione bisogna considerare soprattutto le difficoltà che provengono dall'elemento ad alta frequenza che deve essere integrato in questo componente (modulo).

Eppoi oltre alla difficoltà di progettare l'elemento ad alta frequenza bisogna mantenere eccellenti prestazioni radio e nello stesso tempo essere conformi alle normative di legge. Con circuiti ad alta frequenza già pronti i progettisti possono concentrarsi sulla messa a punto degli altri elementi ed apprezzare così i moduli radio.

1)  banda 434 MHz
I moduli radio nella banda 434 MHz trasmettono i dati in una frequenza a banda stretta utilizzando efficacemente le onde radio. Nella banda a 434MHz le onde radio hanno un raggio d'azione comparativamente lungo.
2)  banda 868 MHz
Similmente alla banda a 434 MHz, anche questi moduli trasmettono usando la modulazione a banda stretta. Rispetto alla banda a 434 MHz, ci sono meno apparecchiature che operano nella banda  868MHz e questo può rappresentare un vantaggio dal punto di vista di minori interferenze radio. Il raggio d'azione è meno ampio della banda a 434MHz.
3)  banda 2.4 GHz
I sistemi di comunicazione a diffusione di spettro nella banda a 2.4GHz sono consentiti per i sistemi di comunicazione dati a bassa emissione ed i moduli radio a diffusione di spettro usano una banda larga. Le onde radio a 2.4 GHz hanno alta tolleranza alla rettilineità e confrontate a quelle a 400 MHz le onde a 2.4 GHz hanno meno diffrazione e prestazioni inferiori nelle distanze di trasmissione anche se a causa dell'alto bit rate e delle proprietà di sicurezza nella comunicazione a diffusione di spettro e della buona immunità al rumore, il numero di utenti che usano questa banda sta aumentando ed il campo è molto congestionato.

Per sistema di modulazione digitale

I sistemi di modulazione usati in questi moduli sono FSK (CPFSK, MSK, GMSK), PSK (BPSK, QPSK, DQPSK) e ASK.
In generale, il sistema ASK è facilmente influenzato dalle condizioni ambientali ed è usato in apparecchiature e bassa potenza per comunicazioni a corto raggio nell'ordine di pochi metri.
l sistemi FSK e PSK sono usati per il loro raggio di comunicazione e di affidabilità. FSK è normalmente più a basso costo, di piccolo formato, con basso assorbimento, con bassa alimentazione e con un basso tasso di errore. I circuiti di PSK sono piuttosto complessi, ma sono anch'essi usati ampiamente. La banda di frequenza occupata nei sistemi MSK e di GMSK è stretta mentre il raggio di azione è lungo. DQPSK usa la modulazione a più livelli ed ha una larghezza di banda occupata relativamente stretta, con un alto bit rate e pochi errori, è usato ampiamente.

Per canale di frequenza

Con la frequenza fissata ad un'onda ed usando un sintetizzatore è possibile utilizzare svariati canali di frequenza. In generale, i moduli radio che usano un solo canale di frequenza sono piccoli, hanno bassi assorbimenti, bassa alimentazione e costi contenuti.
Con i moduli che invece usano un sistema di sintetizzatore è possibile commutare la comunicazione su un altro canale per evitare di interferire con canali sui quali è stata rilevata la stessa frequenza.
Ci sono inoltre moduli che possono commutare automaticamente i canali di frequenza. Dipendentemente dal canale di frequenza utilizzato, per questi moduli possono esserci limitazioni dovuti ai tempi di trasmissione etc.

Per tipo di circuito di oscillazione

Ci sono due tipi di circuiti oscillatori, cristallo e risonatore SAW. Il tipo a cristallo ha eccellente stabilità di frequenza mentre il tipo a risonatore SAW ha stabilità inferiore anche se quest'ultimo tipo è usato spesso per il costo relativamente basso.

Per metodo di ingresso/uscita dati

Ci sono due disposizioni per l'immissione dei dati nei moduli radio, per ingresso seriale e per ingresso parallelo. I sistemi di codifica dei dati includono il codice NRZ, il codice NRZI, il codice DMI, codice Manchester e così via. Tuttavia, poichè la banda di frequenza occupata e il bit rate hanno un rapporto implicato con il sistema di codifica, è necessario scegliere con attenzione quale sistema adoperare.

Per rate di trasmissione dati (bit rate)

Il bit rate varia ampiamente da diverse centinaia di bps a decine di Mbps. Il bit rate per il telecontrollo può essere di 2400bps, 4800bps, ci sono moduli ad alta velocità con capacità in bit rate di decine di Mbps.

Per metodo di elaborazione dati

I moduli radio per il telecontrollo e per la trasmissione dati devono semplicemente trasmettere comandi e flussi di dati. Tuttavia ci sono moduli provvisti di protocollo di elaborazione dati e processo di errori, e altri moduli non provvisti di speciali protocolli. Con i primi basta semplicemente connettersi al terminale input per l'immissione dei dati nel modulo che provvede all'elaborazione dei dati. Per i secondi è necessario che il progettista provveda a realizzare per proprio conto il sistema di protocollo per la trasmissione dei dati.
Ci sono inoltre diversi moduli che possono essere utilizzati in uno e nell'altro senso.

Per procedura legale

Se utilizzate un modulo radio conforme ad uno specifico standard, potete evitare le complesse procedure burocratiche richieste per la certificazione e ridurre significativamente il tempo di immissione del prodotto nel mercato per la commercializzazione.

Per applicazione

I moduli che utilizzano le batterie devono essere di piccole dimensioni ed avere bassi consumi.
Con i moduli destinati ad uso industriale, che devono operare in particolari condizioni ambientali, è necessario prestare attenzione alla temperatura di funzionamento, l'umidità etc.

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