Antenna Coupler for Smart City Street Lights: 5G NB IoT Ready

RF Savvy Technologies LLC，www.RFSavvy.com

智能城市正在美国、欧洲、中国等世界各地兴起。LED照明的蓬勃发展提高了能源效率、减少了城市的碳足迹，同时为增强连通性提供了可能。路灯杆开始用作物联网等应用中的蜂窝和格形网络的无线电台寄主(图1)。

图1：典型的LED路灯，顶部光电池中有一个无线电台。

如同上一个10年中数百万智能电表的部署那样(它们在壳体内使用了效率低下的冲压金属天线)，LED路灯装置迟早也会出现网络连接问题，即5-10%的装置会出现网络覆盖率下降或预期覆盖区域出现盲区。为了扩大覆盖距离与范围，地方政府和无线服务提供商可以在光电池壳体外部部署外置式增益天线(图2)。这样做需要注意的是，确保天线与路灯杆(通常是用挤压的金属建造的)之间的电气隔离的安全性和完整性。通常，无线电台是用120/240 V交流电源直接供电的。没有隔离，无线电台就容易受到kV量级的雷电浪涌的损伤，对施工工人和公众造成电击危险。

图2：外置式增益天线。图片得到了Panorama Antennas公司的授权

为了解决这个问题，RF Savvy开发了一种超宽带50Ω耦合器隔离电路，可提供高达10kV的隔离，同时覆盖了各主要通信频段：

* 600、700、850、900、1800、1900和2100 MHz的蜂窝频段。

* 900 MHz和2.4 MHz的ISM频段。

* 1575 MHz的GPS频段。

* 1616 MHz的铱星低轨卫星频段。

RFC001B-A射频耦合器结构紧凑、外形小巧，外形尺寸为45 mm×45 mm×0.8 mm，使得耦合器能够部署在灯杆顶部的光电池内。图3显示了一个典型应用的框图，射频耦合器的电连接位置是在无线电台和外置式增益天线之间。电容性耦合结构同时隔离了射频电路的信号、接地通道，在1 GHz以下频段内获得了1 dB以下的插入损耗。图4显示了典型的插入损耗。对于600 MHz的窄带物联网(NB-IoT)应用，插入损耗小于1 dB。当耦合器的频率响应扩展到2.4 GHz ISM频段，高频端的插入损耗通常小于2.5 dB。在整个通信频段中，典型的电压驻波比(VSWR)均优于1.3:1。

图3：采用了耦合器的典型应用的结构框图。

图4：射频耦合器的典型插入损耗特性。

到耦合器的输入和输出连接采用MMCX插孔、表面贴装的连接器。最大射频输入功率额定为2W，耦合器的额定工作温度范围为−40 ~ +85 °C。外部涂层的等级为UL 94V-0。

美、欧城市的LED路灯上已经使用了上万只这种耦合器，为各种智能城市的应用助力。