0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

天線環(huán)境差,整機的無線性能會好嗎?

AIoT行業(yè)洞察 ? 來源:AIoT行業(yè)洞察 ? 作者:AIoT行業(yè)洞察 ? 2024-05-06 16:34 ? 次閱讀

俗話說“近朱者赤墨者黑”,咳咳,這說明環(huán)境對人的影響非常大。人是這樣,天線更是如此。

辣么,環(huán)境是怎樣影響天線呢?而天線的環(huán)境又是怎樣影響整機的無線性能呢?

對很多無線終端產(chǎn)品而言,整機無線性能的調(diào)優(yōu),最大的難點并非在于天線單體的設(shè)計,而在于產(chǎn)品ID、結(jié)構(gòu)、堆疊、材質(zhì)等因素給天線預(yù)留的“可見”環(huán)境,及產(chǎn)品內(nèi)部其它零部件產(chǎn)生的電磁干擾等“不可見”環(huán)境;從某種程度上講,天線的環(huán)境,對產(chǎn)品整機的無線性能幾乎起著決定性的作用。

好了,閑言少敘,今日份重點奉上:

一、 天線的環(huán)境概述與分類

二、 天線之間的信號干擾案例

三、 天線基礎(chǔ)知識概述

四、 小結(jié)

一、 天線的環(huán)境概述與分類

這里天線的環(huán)境,主要針對內(nèi)置類天線,其環(huán)境大概可以籠統(tǒng)地分為以下幾類。

1、 預(yù)留空間(面積、高低、位置、凈空)

預(yù)留的空間,指產(chǎn)品在設(shè)計過程中為天線預(yù)留的空間是否充足,主要涉及天線設(shè)計區(qū)域的面積、天線距離主板的高度、天線的安裝位置、凈空區(qū)域等方面。

1)預(yù)留給天線本體的面積

根據(jù)波長-頻率的反比關(guān)系,天線所需滿足的頻率越低,波長越長,預(yù)留給天線區(qū)域的寬度和長度決定著天線的最低頻率。

2)天線所需的高度或距離

天線與主板間的高度(距離)也是重要的考量因素。一般來說,天線距離主板的高度至少需要8MM以上,極端的環(huán)境下也至少要做到5MM以上。當天線的高度小于8MM時,天線的輻射效率會受限。

如下圖1和圖2分別為天線垂直于主板及平行于主板放置時的情況。

wKgZomY4lgSAC-b9AABsC9a4Jsc59.jpeg

圖1

wKgaomY4lgWAJ9SKAABN63Yp-Us22.jpeg

圖2

3)天線的位置

天線的位置,指的是天線在產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)當中固定的位置,需要考量產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)層疊,盡量遠離干擾源,提供較好的環(huán)境給天線以實現(xiàn)良好的效果,并方便工廠端組裝。

4)凈空

凈空,指的是天線豎直面投影區(qū)域內(nèi)的空曠面積(上下范圍都要考慮)。在天線的投影區(qū)域范圍內(nèi),不要鋪地(尤其是板載天線),保持天線的凈空,以提高天線的輻射效率。

wKgZomY4lgWAAIgkAAAf06b6F7c32.jpeg

圖3

5)天線所需高度不足的例子

下面舉一個天線所需高度不足的例子。

wKgaomY4lgaAX7t1AACv_o2FXJk22.jpeg

圖4

如上圖所示的是某產(chǎn)品設(shè)計的天線,紅色標記的為天線的塑膠支架,蜂窩孔外殼為金屬材質(zhì)。

wKgZomY4lgeALzb9AAB6OOvDbZM35.jpeg

圖5

受限于外殼的裝配,該產(chǎn)品設(shè)計的天線支架剖面高度只能做得非常低,最高處的高度僅有5MM,最低處距離屏蔽板的高度只有2.5MM,而產(chǎn)品的天線需支持的頻段為1880-2690MHz,天線的電壓駐波比已到2以下,整機測試天線的效率僅僅為40%左右。這是由于天線距離金屬屏蔽外殼高度不夠?qū)е绿炀€較難具備好的效率值,這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計需調(diào)整。

2、 產(chǎn)品的外殼材質(zhì)

1)塑膠外殼介電常數(shù)對天線諧振頻率影響

產(chǎn)品的外殼會對天線的性能產(chǎn)生較大的影響,原因在于天線輻射的區(qū)域內(nèi),由于外部空間介電常數(shù)發(fā)生變化,電磁波在穿過介質(zhì)的過程中,波長會發(fā)生變化,從而導(dǎo)致天線的諧振頻率發(fā)生變化,在實際使用的頻率上性能出現(xiàn)偏差。

如下圖所示為天線的波長與介電常數(shù)的關(guān)系式。當工作的頻率一定時候,天線的波長和介電常數(shù)有關(guān)。

wKgZomY4lgiAP0x8AAAiH6iWrVA99.jpeg

圖6

在天線的調(diào)優(yōu)過程中,需代入產(chǎn)品外殼影響,因為產(chǎn)品在使用其無線功能時肯定也是帶上外殼的,但更重要的是在前期外殼材料選用時盡量少用外噴金屬成分涂料漆的外殼。

2)金屬外殼的開縫與斷層處理

一般對于金屬外殼的電子設(shè)備而言,都需要給天線留有輻射的縫隙,常見的是通過開槽或者金屬之間做斷層處理,從而制造輻射的空間;此外還可利用某段金屬殼體作為天線的輻射單元,達到節(jié)省空間和美觀的效果。

如下圖所示,金屬外殼的頂部做了隔斷,中間形成一根獨立的金屬輻射體,用作低頻段的天線;內(nèi)部采用頂針饋電的結(jié)構(gòu)。感興趣的可以找一臺手機拆開看看。

wKgZomY4lgiAKCB5AABTwel_2PM14.jpeg

圖7

3、 主板地的面積

對于天線的設(shè)計來說,通常來說主板的地面積越大是越好的。良好的地面積能有效拓寬天線的工作帶寬和提升天線的效率。對于做多頻段的天線而言,良好的主板接地方式,是提升天線性能的基礎(chǔ)之一。

4、 主板干擾源的處理

在某些干擾源施加預(yù)留屏蔽措施并有效接地,能相對營造一個較好的“無形的”天線環(huán)境。一般說來,常見的干擾源有:CPU、LCD、變壓器、喇叭、攝像頭、產(chǎn)品內(nèi)部通信接口的排線、電源電路、電機等。

5、 天線之間的信號干擾

這里的天線之間信號的干擾,指的是一臺設(shè)備中使用多天線情況下,天線之間的信號干擾。最常見的干擾是同頻干擾,所謂同頻干擾,是指無用信號的頻率范圍和有用信號的頻率范圍相同,對需接收有用信號的接收機干擾,造成其接收性能的下降。同頻干擾在雙天線或者多天線的產(chǎn)品中比較常見,此外,還可能存在交調(diào)干擾。因此,在搭載多天線的產(chǎn)品中,需充分考慮到每根天線的布局、朝向、位置,甚至極化方式等等,切忌天線與天線之間距離太近。

二、 天線之間的信號干擾案例

下面是一個天線之間信號干擾的案例。

wKgaomY4lgmAD8FrAACiu_ShNZQ28.jpeg

圖8

1)產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如上圖所示,產(chǎn)品內(nèi)含2/3/4G全頻段天線及GPS天線兩根天線, 1號、2號、3號位置均可作為天線的安裝位置。

2)當GPS天線安裝于3號位置時:

當將全頻段天線固定在1號位置,GPS天線固定在2號位置時,在RTS90混響實驗室測得的數(shù)據(jù)如下圖所示:FDD-LTE BAND1和BAND3的接收靈敏度分別為80dBm和-72dBm。

wKgZomY4lgqAb8W4AADpxEP60sg77.jpeg

圖9

3)當GPS天線安裝于2號位置時:

不改變天線設(shè)計,只改變天線的安裝位置。當將全頻段天線固定在1號位置,GPS天線固定在2號位置時,在RTS90混響實驗室測得FDD-LTE BAND1和BAND3頻段的接受靈敏度如下圖所示:分別為-91dBm和-84dBm。

wKgaomY4lgqAIihuAAC6dY4QPgM62.jpeg

圖10

三、 天線基礎(chǔ)知識概述

以上是天線對天線環(huán)境的一些簡單的介紹。既然說到天線,可以再看看和天線相關(guān)的基礎(chǔ)知識。

1、天線如何傳輸電磁波

首先,天線是什么?天線說白了其實就是一個能夠輻射或接收電磁波的一個器件,為什么天線可以輻射信號?舉個栗子,以我們常用的電子元器件電容器類比,它的結(jié)構(gòu)是兩塊平行的金屬板,電場方向與極板方向垂直,由正極指向負極。

wKgaomY4lguAeM3hAAAL8djyseE39.jpeg

圖11

如果我們嘗試把兩個極板掰開,那么電場的方向?qū)a(chǎn)生彎曲。

wKgZomY4lgyAQOa5AAAalmBUUk485.jpeg

圖12

將兩極板完全掰開,角度呈180°時,電場的方向?qū)⒆優(yōu)橐粋€半圓,此時的電場呈現(xiàn)環(huán)形閉合狀態(tài)。

wKgZomY4lhCAQFivAAAmjN4RSbU88.jpeg

圖13

我們知道,電場可以激發(fā)磁場,磁場同樣可以激發(fā)電場,兩者所在平面相互垂直。從上圖上看,由于電容器的夾角張開,在空間中形成了一個垂直于地平面的環(huán)形電場。相應(yīng)的,該電場又激發(fā)了平行于地平面的磁場。

wKgaomY4lhGAZTStAAA0LBsolCE83.jpeg

圖14

如此類推,從天線端激發(fā)的電磁場便可相互交替激發(fā),向空間的遠處進行傳輸。

2、天線的常見指標

最后介紹一下天線常用的一些指標指標,僅從通俗的角度去解釋。

1)效率

效率是指天線所輻射出去的功率與天線的輸入功率的比值。這個比值越大,說明天線輻射出去的能量越多,損耗的越少。

2)電壓駐波比

電壓駐波比的計算公式為:

VSWR = Vmax / Vmin ,Vmax 指的是傳輸線上的最大電壓值,Vmin指的是傳輸線上的最小電壓值。

或者也可以用反射系數(shù)來計算:VSWR = (1 +Γ) / (1-Γ) ,可以直觀地看到,當Γ=0時,即反射系數(shù)為0時,VSWR = 1,意味著當VSWR = 1時,沒有反射。當然這在實際情況中不可能發(fā)生。

3)增益

增益表征的是天線輻射場強的集中程度。增益越高,說明天線輻射的方向越集中。

wKgZomY4lhKAA8ZyAABcI61kODs36.jpeg

圖15

如上圖所示的天線為高增益天線的2D方向圖。E面為天線垂直面的方向圖,H面為水平面的方向圖。

4)回波損耗

回波損耗也被稱作S11參數(shù)。通常要求的值是小于-10dB。回損的值越小,說明天線反射的能量越少,這個值越低越好。

wKgaomY4lhKAOMm4AABMIv-NeAw49.jpeg

圖16

上圖是回損的圖片;回損在-10dB以下對應(yīng)的頻率范圍,則被稱為天線的帶寬。

5)極化

極化是根據(jù)電場振動的方向來規(guī)定的。當電場矢量的方向呈線性變化時,則稱為線極化。當線極化的天線的電場矢量與地面平行的時候,被稱為水平極化;與地面垂直的時候,則被稱為垂直極化。

還有一種極化方式是橢圓極化。圓極化天線是橢圓極化天線的一種特例。這里可以引入直角坐標幫助理解。

wKgaomY4lhOAH9y5AAAJDu49QrM81.jpeg

圖17

從上圖是右旋極化的一個例子。伸出右手,四指從電場E的正軸,往H正軸的方向旋轉(zhuǎn),大拇指指向信號傳輸方向。符合這個規(guī)律的橢圓機化,被稱作右旋橢圓極化。

wKgaomY4lhSAYOnaAAAJH5dWGtU78.jpeg

圖18

上圖則是左旋橢圓機化的示意圖。

需要明白的是,在橢圓極化和圓極化中,電場矢量的方向不是固定不變的,電場矢量會像時針一樣做右旋或者左旋的轉(zhuǎn)動。

四、小結(jié)

本文僅僅從較淺的層次描述了“天線的環(huán)境”相關(guān)的因素,而實際在產(chǎn)品前期設(shè)計中,產(chǎn)品ID及結(jié)構(gòu)設(shè)計基本決定了產(chǎn)品整機尺寸、外殼材質(zhì),對產(chǎn)品內(nèi)部組裝較復(fù)雜、零配件較多的產(chǎn)品,還應(yīng)做相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堆疊,在減小裝配難度同時,也能考慮到干擾零部件的對天線環(huán)境的影響。而若想要獲得較好的整機無線性能,在產(chǎn)品設(shè)計前期就應(yīng)考慮相應(yīng)的天線環(huán)境問題,如僅僅在PCB layout設(shè)計時才開始考慮射頻、天線的性能問題,將會受到較大掣肘。

深圳市安信可科技有限公司成立于2012年,業(yè)務(wù)包含天線、模組、射頻測試、云服務(wù)四大板塊,產(chǎn)品主要配套于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,協(xié)同打造智慧城市、智能家居、智能穿戴、智能安防、智慧養(yǎng)殖等行業(yè)終端。

安信可集自研、自產(chǎn)、自銷于一體,通過 ISO9001 國際質(zhì)量體系認證,多條標準化產(chǎn)線,助力快速打樣,快速驗證,快速出貨。

審核編輯 黃宇

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 天線
    +關(guān)注

    關(guān)注

    68

    文章

    3208

    瀏覽量

    140960
  • 無線
    +關(guān)注

    關(guān)注

    31

    文章

    5465

    瀏覽量

    173577
  • 電場
    +關(guān)注

    關(guān)注

    2

    文章

    173

    瀏覽量

    20468
收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    單臂螺旋天線:提升無線通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵

    深圳探測器|單臂螺旋天線:提升無線通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵
    的頭像 發(fā)表于 12-02 09:05 ?266次閱讀

    適用于低壓應(yīng)用的高性能線性調(diào)節(jié)器

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《適用于低壓應(yīng)用的高性能線性調(diào)節(jié)器.pdf》資料免費下載
    發(fā)表于 10-24 10:19 ?0次下載
    適用于低壓<b class='flag-5'>差</b>應(yīng)用的高<b class='flag-5'>性能</b><b class='flag-5'>線性</b>調(diào)節(jié)器

    適合低壓應(yīng)用的高性能線性穩(wěn)壓器

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《適合低壓應(yīng)用的高性能線性穩(wěn)壓器.pdf》資料免費下載
    發(fā)表于 10-23 09:17 ?0次下載
    適合低壓<b class='flag-5'>差</b>應(yīng)用的高<b class='flag-5'>性能</b><b class='flag-5'>線性</b>穩(wěn)壓器

    AMEYA360 :“Radisol”,一款可改善智能手機Wi-Fi天線性能的村田電子新產(chǎn)品

    株式會社村田制作所開發(fā)了村田首款(1)天線抗干擾器件‘Radisol’。Radisol是一款可配備到天線上來抑制無線性能下降的新產(chǎn)品,該產(chǎn)品已于2024年6月開始量產(chǎn),并已用在Motorola
    的頭像 發(fā)表于 08-28 15:35 ?324次閱讀
    AMEYA360 :“Radisol”,一款可改善智能手機Wi-Fi<b class='flag-5'>天線性能</b>的村田電子新產(chǎn)品

    天線自動測試系統(tǒng)如何自動化測試S參數(shù),評估射頻天線性能

    射頻天線用于傳輸和接收無線電頻率信號,是無線電通信系統(tǒng)中的重要組成部分,直接影響著設(shè)備的性能和通信狀況。作為衡量天線性能的重要指標,S參數(shù)測
    的頭像 發(fā)表于 08-19 14:06 ?431次閱讀
    <b class='flag-5'>天線</b>自動測試系統(tǒng)如何自動化測試S參數(shù),評估射頻<b class='flag-5'>天線性能</b>?

    天線測試需要測試哪些指標?

    綜上,天線性能測試的指標主要包括增益、頻率響應(yīng)、阻抗匹配、駐波系數(shù)、方向性、極化、傾角、隔離度、回波損耗、波瓣寬度等。天線是接收和輻射信號的無線電設(shè)備,通過檢測天線
    的頭像 發(fā)表于 07-11 18:23 ?963次閱讀
    <b class='flag-5'>天線</b>測試需要測試哪些指標?

    無線通訊幾種常規(guī)天線類別簡介

    天線對于無線模塊來說至關(guān)重要,合適的天線可以優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò),增加其通信的范圍和可靠性。天線的選型對最后的模塊通信影響很大,不合適的天線會導(dǎo)致通
    的頭像 發(fā)表于 06-21 17:50 ?2464次閱讀
    <b class='flag-5'>無線</b>通訊幾種常規(guī)<b class='flag-5'>天線</b>類別簡介

    信號穩(wěn)定,性能卓越!德思特礁鯊系列MiMo天線正式發(fā)布!

    ? 作者介紹 礁鯊?系列天線,以其獨特的外觀設(shè)計和強大的性能,成為德思特Panorama智能天線家族的最新成員。這款天線不僅穩(wěn)定提供5G、WIFI和GNSS信號,更能在各類復(fù)雜
    的頭像 發(fā)表于 05-31 10:28 ?473次閱讀
    信號穩(wěn)定,<b class='flag-5'>性能</b>卓越!德思特礁鯊系列MiMo<b class='flag-5'>天線</b>正式發(fā)布!

    假如AI圈有世紀大和解

    如果少點矛盾,這屆AI會好嗎?
    的頭像 發(fā)表于 04-02 11:00 ?361次閱讀
    假如AI圈有世紀大和解

    求助:智能家電整機無線desense測試方法

    如題,智能家電整機無線desense測試方法?
    發(fā)表于 03-19 14:08

    如何選擇天線?如何評估一款天線性能?

    天線是無源器件,它并不會增大信號強度。和PA的增益不同,天線的增益通常指最大輻射方向的功率增益值,可以理解為天線在特定方向上的輻射能力,增益越大,天線輻射的能量也越集中,在相應(yīng)方向上輻
    發(fā)表于 03-18 12:19 ?2765次閱讀
    如何選擇<b class='flag-5'>天線</b>?如何評估一款<b class='flag-5'>天線性能</b>?

    4g天線增益越大越好嗎

    無線通信中,天線增益是一個重要的參數(shù),它表示天線在特定方向上的輻射能力相對于無方向性天線的輻射能力的增益。對于4G天線而言,增益的大小對于
    的頭像 發(fā)表于 03-16 14:47 ?1622次閱讀
    4g<b class='flag-5'>天線</b>增益越大越<b class='flag-5'>好嗎</b>

    天線增益dBi以及考量

    天線增益是衡量天線性能的重要參數(shù)之一,它表示了天線在接收或發(fā)射信號時相對于無方向性天線的增強能力。天線增益通常用分貝(dBi)單位來表示,它
    的頭像 發(fā)表于 02-16 16:27 ?4241次閱讀
    <b class='flag-5'>天線</b>增益dBi以及考量

    低壓線性穩(wěn)壓器電路圖分享

    低壓線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator,簡稱LDO)是一種特殊的穩(wěn)壓器,它的主要特點是在輸入電壓與輸出電壓之間的壓很小時,仍然能夠保持輸出電壓的穩(wěn)定。與傳統(tǒng)的線性
    的頭像 發(fā)表于 02-06 15:48 ?7877次閱讀
    低壓<b class='flag-5'>差</b><b class='flag-5'>線性</b>穩(wěn)壓器電路圖分享

    天線匹配技術(shù)的概念

    無線通信信號的過程中,天線扮演著至關(guān)重要的角色,宛如信息在空間中傳遞的媒介。天線的品質(zhì)和性能直接塑造了無線通信的質(zhì)量和效能。在確保良好通信
    的頭像 發(fā)表于 01-20 09:46 ?859次閱讀