ST60A2传输距离、隔离度、对位容差等探讨
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ST60是意法半导体推出的基于60GHz的非接触式连接器产品。
客户在使用ST60A2时经常问的几个问题是ST60A2的传输距离有多远、使用多对ST60A2时的最小间隔(隔离度)是多少、以及ST60A2容许的最大对位容差是多少。
今天我们就来聊聊这三个问题。
ST60A2的传输距离
理想空间的距离损耗由FRIIS公式决定，我们忽略公式细节、中间步骤，直接给出如下图1的结论。ST60A2的工作距离一般在1cm到10cm之间。从下图1的数据看，1cm的空间损耗是28dB，10cm的空间损耗是48dB。ST60A2无线系统的传输能力能补偿多少空间损耗，ST60A2就能传输多远距离。
表征无线传输能力有一个专有名词，叫做链路预算。ST60A2无线系统的链路预算由三部分构成：ST60芯片的链路预算，发射天线增益，接收天线增益。三部分相加就是整个ST60A2无线系统的链路预算，进而可以推算出ST60A2的传输距离。
下图2是ST60A2芯片的链路预算。我们可以看到ST60A2在不同传输数据速率下链路预算是不一样的。速率越低，链路预算越大;速率越高，链路预算越小。速率从最低的10Mbps到最高的6.25Gbps，链路预算典型值从33dB下降到22dB。在后面的例子中，我们以中间速率3.125Gbps为例来计算传输距离。在3.125Gbps速率下，链路预算典型值是28dB。
ST60A2芯片配套的天线有两种，一种是PCB印制板天线，另一种是Radiall公司的号角天线模组。下图 3是两种天线的性能总结。
PCB patch天线是面对面辐射，像两片汉堡包上下夹在一起那样。Radiall号角天线是边对边辐射，像两本书并排放在桌面上那样，向侧方辐射。天线增益可以把它理解成聚拢无线电波的能力。天线增益越高，越像聚光手电筒，光亮向两旁发散得少，光亮照射得远，但是照亮面积小。天线增益越低，越像散光手电筒，光向两旁发散得多，光亮照得不远，但是照亮面积大。
这个概念比较重要，是我们后面讨论两对ST60隔离间距和错位多少的理论基础。
PCB天线的增益不大，只有3dBi。Radiall号角天线的增益比较高，有9dBi。另外仔细观察Radiall号角天线的外形，左右两个天线不一样。它们一个是水平极化天线，另外一个是垂直极化天线。极化天线只能接收相同极化方向天线发射的电磁波。水平极化天线只能接收水平极化天线发射的电磁波，不能接收垂直极化天线发射的电磁波。垂直极化天线也是相同的情况。所以两对ST60分别采用水平极化天线和垂直极化天线，并排放置可以极大减少间隔距离。PCB天线没有Radiall号角天线的这种双极化隔离优势，所以间隔相比Radiall号角天线要远的多。
如果ST60A2收发芯片都采用PCB天线，那么无线系统的链路预算是28+3+3=34dB。
我们对照查找图1的表格，34dB链路预算可以传输2cm距离。
如果ST60A2收发芯片都采用Radiall号角天线，那么无线系统的链路预算是28+9+9=46dB。
我们对照查找图1的表格，46dB链路预算可以传输7cm距离。
如果系统的传输速率变高或者变低，可以查找图2表格的芯片链路预算数据，进而按照以上方法推算出传输距离。
两对ST60A2的间隔距离是多少
从前面的天线介绍可以知道，Radiall号角天线相比较PCB天线在间隔距离方面有两点优势：
1 天线增益高，能量向两侧发散得少;
2 有双极化隔离的优势。
所以Radiall号角天线相比较PCB天线间隔距离要小的多。这里直接给出结论：PCB天线中心到中心间距最小要1.5cm，并且一般要额外采取隔离措施，比如两PCB天线之间增加吸波材料;Radiall号角天线中心到中心间距1cm，不需要额外隔离措施。
如下图4是两对ST60A2的无线传输模型，显示了传输距离，隔离距离，有用信号，干扰信号的具体含义。在ST60A2芯片的接收端要求信噪比(有用信号/干扰信号)大于15dB。
ST60A2支持的对位容差(错位)是多少
对位容差是指考虑到实际的设计、生产等因素，收发天线不能完全正对，存在一定的偏差。
号角天线在传输距离和隔离间距方面有优势，在支持错位方面反而是劣势。因为PCB天线向旁边“散光”比较多，照射面积大，所以它相比Radiall号角天线支持错位尺寸要大。支持的错位大小和传输距离、数据率都有关系。
这里只能给出大概的经验估算：PCB天线错位大概在+/-4mm左右，Radiall号角天线错位大概在+/-2mm左右。
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