如何实现便携无线产品中的小天线设计

　　通常在进入设计周期末尾之前，天线设计不会引起太大注意。原因或许就是因为它们是无源器件，在RF信号通路中所起的作用看来不大。也可能是因为设计师希望他们一直有能力在剩余空间内配置天线设计和进行元件选择。还有可能是因为天线不是摩尔定律的受益者。无论具体原因何在，便携无线产品设计人员现如今都面临着许多新的工具、新的方法和新的元件，从而使得对理想天线的追求又增添了新的折衷过程。在这个过程中，设计人员需要切切实实地在“造和买”之间作出艰难取舍。与你必须花钱购买的有源器件不同，完全可能只以PCB上几平方厘米的代价免费制造一个天线。在许多情况下，这是一种有吸引力的可行选项。但在其它许多情况下，享用这种明显的“免费午餐”的成本太高。现在，一些更新的天线设计和器件的出现，使得设计师有了另一种选择。小天线的世界小天线在电气上的一般定义是：基本元件的尺度短于波长的1/10。对一个300MHz信号，定义上的阀值是10厘米；而在 1GHz，该值仅为3厘米。传统上，小天线仅能提供有限的性能。若你想要真正高效的天线性能，你需要将更多的金属伸向空中并采用多种或形状复杂的元件，以提升增益、控制带宽、改变场型或抑制邻近信号。另外，你必须确保天线阻抗与RF前端相匹配，以使功率传输最大化。以蜂窝手机和Wi-Fi为代表的向更高频率RF转变的主要好处之一，是小天线在这些应用中具备电气可行性。虽然天线“族谱”纷繁复杂，但无论你使用基于PCB的天线还是分立天线，包含小天线的这个分支都需要在设计中很好地进行折衷处理。 PCB天线，既可以是小片或小环，可以是螺旋形或线形。它们的BOM成本可以忽略不计，只需要占用PCB空间。值得注意的是，某些PCB天线并非主电路板的一部分，而是作为独立器件，通常附在产品外壳里面。其性能还取决于布局、几何尺寸及其与附近元件的相对位置。另外，用户的手、身体或头部通常对天线性能产生不利影响。产品中元件或PCB布局的任何改变都将波及到天线性能。所以这种设计是受到限制的，而最终产品定型前的修改也意义不大。另一方面，对天线的修改——无论是为了迎合规范的变化或克服设计缺陷——一旦被确定后都可迅速执行，且不会对BOM产生影响。修改还会影响天线阻抗。所以，你也许还需要改变设计好的匹配电路。相反，分立天线会涉及到BOM成本，且通常要由供应商根据特定的频段、带宽及其它性能参数进行专门设计。作为回报，这种天线比PCB天线占用更少的PCB空间，而且如果不是完全不受影响的话，PCB布局、临近器件或用户对其的影响也小得多。天线阻抗由物理设计所固定，所以匹配网络也被固定了，且与布局、器件摆放位置无关。这些因素使设计师不再面对某些挑战性约束，以及不用再重新设计PCB布局及计算BOM。