如何為手持設(shè)備選擇合適的天線
天線是影響所有無線通信系統(tǒng)可靠性和性能的眾多因素中很關(guān)鍵的一個。選擇能*系統(tǒng)性能指標(biāo)的天線是非常重要的。
天線是影響所有無線通信系統(tǒng)可靠性和性能的眾多因素中很關(guān)鍵的一個。選擇能*系統(tǒng)性能指標(biāo)的天線是非常重要的。
然而，現(xiàn)今的小型手持設(shè)備也給天線設(shè)計工程師帶來了挑戰(zhàn)，天線要盡量薄、結(jié)構(gòu)要緊湊、性能要高，而且還要滿足各種各樣的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。面市時間和成本也是制造商要考慮的兩個重要因素。
為系統(tǒng)選擇的天線的兩個主要條件是天線的電氣和機(jī)械特性。這些指標(biāo)受設(shè)備的設(shè)計和機(jī)械結(jié)構(gòu)所限制。
基本的電氣特性
應(yīng)該考慮的基本電氣特性是天線的工作頻率、帶寬、zui大增益、平均增益、效率、回波損耗，或者電壓駐波比（VSWR），以及極化方向、指向性、副瓣和后瓣輻射強(qiáng)度、前后比、相位方向圖、阻抗和額定功率。天線的構(gòu)成材料和實際的射頻RF設(shè)計也決定了天線的zui終電氣性能。天線的構(gòu)成材料應(yīng)該有很低的損耗和很好的傳導(dǎo)率。
工作頻率
工作頻率的范圍由應(yīng)用的類型決定。例如，Wi-Fi 802.11b/g、ZigBee和BlueTooth都使用相同的2.4GHz ISM頻段，該頻段的帶寬大約是80MHz（2.4～2.48GHz）。商業(yè)GPS系統(tǒng)使用L11.575GHz頻段，其帶寬為2MHz（1575.42MHz1MHz）。
GSM系統(tǒng)使用850/1900MHz頻段，或者900/1800MHz頻段，具體采用哪個頻段取決于相應(yīng)地區(qū)的運(yùn)營商。3G系統(tǒng)也使用不同的頻段，也是與地區(qū)相關(guān)的。例如，歐洲的WCDMA系統(tǒng)使用2.1GHz頻段。
四或五頻段的天線主要用于漫游，以及實現(xiàn)不同通信體制間的通信，如圖1所示。它們可以在四頻段GSM系統(tǒng)和W-CDMA2100系統(tǒng)中收發(fā)信號以實現(xiàn)在所有頻段內(nèi)的互通。其他一些應(yīng)用也包括WiMax、UWB、ISM900、ISM5/5.8GHz、DVB-H、MediaFLO、DECT、RFID、VHF、UHF、AM和FM等。
多天線系統(tǒng)，例如分集和多天線系統(tǒng)（MIMO）被用在需要提高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用中。使用多天線系統(tǒng)時http://.cn，設(shè)計和表征整個天線系統(tǒng)是至關(guān)重要的，這包括天線與天線之間的隔離度和相關(guān)性測試等。
增益和效率
zui大增益、平均增益和效率決定了天線的帶寬和性能。這些指標(biāo)越高，天線的帶寬和性能就越好。而且，天線在它的工作頻率范圍內(nèi)也應(yīng)該有足夠的VSWR。
通常，10dB的回波損耗（2.0:1.0 VSWR）或更好是人們預(yù)期的指標(biāo)。為了獲得天線整體性能的更好相位圖，應(yīng)該考慮效率的zui大增益或者平均增益。但是不要陷進(jìn)僅考慮這些特性中的一個就得出一個結(jié)論。
zui大峰值增益是衡量天線指向性的一個很好指標(biāo)，但如果把它作為決定常規(guī)天線性能的主要標(biāo)準(zhǔn)則會被誤導(dǎo)。通常，越是復(fù)雜的設(shè)備中，增益會越低，所以當(dāng)天線被安裝在實際的設(shè)備中時就會產(chǎn)生損耗。
這是由于高的峰值增益總是意味著指向性的某一強(qiáng)度，而且可能導(dǎo)致天線在某個方向上增益更低，這是由于在相位方向圖中某方向的零強(qiáng)度。人們應(yīng)該選擇一個在推薦的分貝值之上還有余量的天線，以確保它滿足實際環(huán)境中的系統(tǒng)需求。
大多數(shù)的無線系統(tǒng)都有50Ω的阻抗，天線也應(yīng)該盡可能地與這個值匹配，以減少系統(tǒng)中的不匹配/損耗。為了全面表征天線的特性，其他要考慮的因素還包括極化方向（垂直極化、水平極化，或圓極化），以及相位方向圖（在xz平面、zy平面和xy平面）等。
大多數(shù)手持便攜設(shè)備需要一個線性極化天線，并且具有用于覆蓋360全方向的全向相位方向圖，但真正的全向相位方向圖只是理論上的。
通常，設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)影響天線相位方向圖的形狀，并在相位方向圖中產(chǎn)生零強(qiáng)度和指向性。如圖2所示，在許多情況下，決定真實天線性能的方式是天線的完整三維輻射效率，因為它顯示了有多少天線的能量被轉(zhuǎn)換成輻射波傳輸出去，以及由于天線阻抗不匹配所造成的損耗和輻射損耗有多少。
特別是在小型便攜或手持設(shè)備中，由于實際使用的設(shè)備可能是朝著任意方向，三維效率是比zui大增益更好的參數(shù)。此外，由于zui大增益峰值波束可能朝向用戶的身體，增益會由于人體衰減而降低。
機(jī)械結(jié)構(gòu)布局
設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)布局決定了所需要的天線的尺寸和類型金屬加工網(wǎng)版權(quán)所有，而天線的尺寸和類型也限制和決定了天線的電氣特性。因此，設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)該考慮到天線的選擇。
典型的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性就是形狀要素（外部的或內(nèi)部的）、結(jié)構(gòu)、尺寸、安裝方式、連接形式、美學(xué)考慮，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的持久性和天線部件的可靠性。設(shè)備和天線這兩者的構(gòu)成材料選擇和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響著可制造性。
恰當(dāng)?shù)倪x擇可以實現(xiàn)成本敏感、易于制造的方案，特別是對于大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。值得注意是，更大的天線與更好的天線性能沒有直接關(guān)系。當(dāng)實現(xiàn)了如下設(shè)計規(guī)則時，體積小巧的陶瓷天線印證了比體積更大的天線的性能要好得多。
選擇內(nèi)置天線
大多數(shù)手持設(shè)備需要一個內(nèi)置天線，而不是外部天線，這純粹是出于美學(xué)考慮。實際上，根據(jù)應(yīng)用和設(shè)備的功能不同可能需要不止一個天線。
內(nèi)置天線的典型結(jié)構(gòu)是印制金屬、PCB、塑料基板的柔性印制板、彎折天線、LTCC、陶瓷天線、四臂天線和內(nèi)置板天線。設(shè)備的尺寸和機(jī)械結(jié)構(gòu)的約束，以及電氣要求，也決定了所要使用的天線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。
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