高速无线网络中天线的重要性

无论您是设计手机，平板电脑，笔记本电脑，无线路由器还是基站，您选择的天线（或多个天线）在信号链中起着关键作用，决定了系统的性能。随着数据速率升级超过1 Gbit/s，这种选择变得更加重要，即使接收信号流中的短间隙也可能导致大量数据丢失。在这些系统中，一些系统运行单个发送/接收信道，而其他系统采用多输入/多输出（MIMO）无线电系统，波束成形技术和信道绑定，以获得处理数百个数据速率所需的范围和带宽。超过1 Gbit/s的兆比特。这些技术与优化的天线相结合，确保发射和接收路径能够提供最后一微伏的RF信号。

在任何无线系统中，都可以调整几个关键性能指标，以优化应用的无线网络。这些指标包括：

RSSI - 无线电信号强度指示 - 接收信号的强度（天线增益，低噪声放大器和功率放大器都在最大化信号强度方面发挥作用）。

SNR - 信噪比 - 信号（有用信息）与任何背景噪声（不需要的信号）之间的功率比。

数据包传送 - 发送和接收消息的指示符。通常，大于50％是固态的，因为数据分布在一个频谱上。

接收机的灵敏度 - 通常为-83 dBm或更大的负数。数字越负，灵敏度越高。每次接收器灵敏度下降-3 dBm时，接收器检测输入信号的能力提高了两倍。

LOS（视线） - 这是指两个距离射频（RF）收发器可以在没有阻碍的情况下明显地看到对方。在估算分隔两个收发器的范围（距离）时，这很重要。诸如墙壁，树木，建筑物等障碍物减少了两个设备可以分开的距离，并且仍然保持所需的数据传输速率。诸如MIMO和波束成形之类的技术可以提高信号的通过能力。

分集 - 在许多无线传输系统中，由于信号从各种结构反弹，信号需要多条路径（多路径）才能到达接收机。弹跳导致信号到达其预期目的地的轻微延迟，导致信号的多个副本到达接收器。接收器必须能够选择最佳信号进行放大，并滤除剩余的副本。

所有这些指标都与天线捕获和放大射频信号的能力直接相关。接收方，或在发送方提供最强的信号。因此，天线和无线电布置（单信道与MIMO）的选择是任何无线系统设计中的关键决策点。通常，无线设备的物理设计将决定可以使用的天线的尺寸和类型。例如，在蜂窝手机中，设计已经远离外部短截线或可扩展天线，有利于内置天线，使手机具有光滑的外观。但是，在手持设备中使用内置天线时存在两个重要问题。 。天线音量是首要考虑因素：天线的大小取决于其设计运行的频率。因此，手持设备在其外壳内需要专用空间用于内部天线或多个天线。通常空间有限，因此总是需要较小的天线。第二个问题是天线与其周围环境之间的潜在干扰。这可能包括手机中的RF组件/电路，外壳本身，甚至是拿着手机或其他设备的人的干扰。

对于手机，平板电脑和其他便携式设备，一些天线可以直接存放在系统上主印刷电路板或产品外壳的内部，而其他的是预制在小型可表面贴装的芯片级基板上，而这些基板又安装在产品的主电路板上。此外，用于Wi-Fi，蓝牙，蜂窝网络，GPS和其他无线标准的手机中的多个无线电通常共享一个或多个天线，这些天线在发射时在不同的功率放大器之间切换，并且低噪声放大器在接收方。

陶瓷芯片天线的一个例子是Johanson的5400AT18A1000E系列是采用低温共烧陶瓷技术制造的无源表面贴装元件（图1）。该天线的频率范围为4，900至5，900 MHz，具有线性极化和近全向辐射模式，并匹配50Ω阻抗。长度仅为3.2毫米，宽度仅为1.6毫米，厚度仅为1.3毫米，可以将天线挤压到紧密封装的电路板上。

图1：设计用于表面安装，这是共烧的Johanson Technology的陶瓷天线（此处显示的放大视图）实际尺寸仅为3.2 x 1.6 x 1.3 mm，频率范围为4，900至5，900 MHz。

多频片式天线也很容易获得。例如，TDK的ANT016008LCD1575MA1处理GPS频段，中心频率为1，575 MHz，ISM频段的中心频率为2，442 MHz（图2）。该天线具有线性极化和4的VSWR，同时具有50Ω的阻抗。与Johanson的单波段天线相比，占用的电路板空间更小，TDK天线仅为1.6 x 0.8 x 0.4 mm。

图2：多频带芯片天线，TDK的ANT016008LCD1575MA1处理GPS和2.4 GHz ISM频段，尺寸仅为1.6 x 0.8 x 0.4 mm。

如果系统有足够的空间，即使是在PCB上制造的天线也可以用过的。此解决方案可能更适用于无线路由器，笔记本电脑和其他大型无线设备。 PCB天线的一个例子来自TE Connectivity，这是一种四频段解决方案（标记为1513259-1），尺寸为37.59 x 11.94 x 1.57 mm，适用于824至960和1，710至1，990 MHz频段（图3）。该天线的VSWR小于3，线性极化，峰值增益为+1 dBi。

图3：在小型印刷电路板上实现的四频天线TE Connectivity可处理美国和欧洲标准的824至960和1，710至1，990 MHz频段。虽然内置天线可提供稳定的性能，但有些应用需要使用外部棒状天线，以获得更高的增益和配置灵活性例如Linx Technologies ANT-DB1-RAF系列双频半波天线，覆盖2.45和5 GHz频段（图4a）。天线包括倾斜和旋转接头，允许其定向以优化接收或传输。 Pulse Electronics的W1043多频段天线提供略微不同的物理外观，也可在2.4和5 GHz ISM频段（5.15和5.85 GHz）上运行，使其与IEEE 802.11a/b/g/n，蓝牙和ZigBee兼容标准，以及其他ISM频段应用（图4b）。 Linx和Pulse天线都具有全向辐射模式，可提供宽广的360°覆盖范围

图4：双频天线，例如Linx Technologies（a，top）的ANT-DB1-RAF和Pulse Electronics的W1043（b，底部），专为外部使用而设计常用于网络路由器，接入点和其他需要广泛覆盖区域的系统。

总之，天线是无线系统的核心，因为系统的性能与天线的性能密切相关。其基本功能是在特定频带或频带中发送和接收电磁波。本文回顾了工程师可用的选项，这些工程师负责决定哪种天线可能与应用程序和系统配置选项最相关。