在物联网大行其道的今天,越来越多的数据和信号需要通过无线通信的方式进行传输,这个过程中必不可少的一个部件就是天线,它的作用就是向空中发射和从空中接收电磁波能量。
具体来说,在无线通信的发射端,发射机会将已调制的高频电流能量经馈线传输到发射天线,天线再将其转换为某种极化的电磁波能量,并向所需的方向发射出去;而在接收端,接收天线将来自空间特定方向的极化的电磁波能量转化为已调制的高频电流能量,经过馈线传输给接收机。
也正因为其无可替代的作用,所以天线的选型也就成了无线系统开发中的一门必修课。
如何选“对“天线
在天线选型中需要考虑到诸多因素,归纳起来可以分为下面三个方面。
01. 通信协议
当下可供我们使用的无线通信技术众多,其中常见的既有3G/4G/5G这类蜂窝移动通信技术,也有蓝牙、WiFi这类无线局域网协议,既有ISM(工业、科学、医疗)领域偏爱的Sub-GHz技术,也有方兴未艾的UWB超宽带技术,此外还有近场通信的NFC和GNSS卫星导航系统……
这些无线技术原理各异,工作频段也各不相同,对天线的要求也是有区别的,因此明确通信协议自然是选对天线的第一步。
02. 电气参数
不论是何种天线,都会通过一些相同的电气参数来描述其性能的优劣。这些参数通常包括:
这些参数都可以在天线的Datasheet中找到,横向对比产品优劣便可一目了然。
03. 其他因素
除了上述两类因素之外,天线选型时还会有其他一些影响和制约因素,比如:
☞ 外形:如今电子设备外形越来越紧凑,如果天线个子太大,违和感就太强了。
☞ 成本:成本有时具有一票“否决权“,实操中必须考虑在成本和性能之间找到很好的平衡点。
☞ 灵活性:即使是同一无线技术,应用的场景也会千差万别,这就需要天线产品具有灵活性和可扩展性。
如果将天线的选型看做是一场考试,通信协议、电气参数是必选题,而最后这个“其他因素”可以算是自选题,而往往这自选题做得好,才能体现出差异化的实力。因此,想要你的产品设计与众不同,就要学会综合考虑这些选型因素,善于发现天线界的“新物种”。
下面我们就以应用广泛的WiFi天线为例,试着一起去搜寻一下有哪些能让人眼前一亮的“新物种”。
小型化的WiFi天线
目前常见的WiFi天线类型有以下几种:
从表中可以看出,如果我们要为一个小型化的带有WiFi功能的电子终端设备选择天线,外置式天线性能虽高,但是成本和天线外形显然不能够满足我们的要求;PCB板载式和陶瓷SMD电线尺寸小,成本低,但是在性能上有折中,且灵活性不足。这样看下来,外接式的WiFi天线就是合适的选择了。比如Molex公司推出的2.4/5GHz平衡Flex和PCB天线,就是外接式WiFi天线中的典范。
从基本结构来看,Molex的这个天线系列产品包括三部分——天线、电缆和MHF连接器,在使用天线时,只需要将连接器与PCB上对应的射频端口连接,然后通过背胶将天线粘贴在电子产品适当的位置上即可。
虽然单个天线产品看上去很简洁,而为了适应不同应用场景的需要,Molex为客户提供了丰富的技术选项,形成了完整的产品系类。比如在天线基底材料上,该天线系列可提供聚合物柔性材料和PCB板两种基底。
为了满足更紧凑的空间要求,Molex不仅提供中心馈电电缆形式的产品,还新推出了侧向馈电的产品(详情点击这里),而在侧向馈电产品中又细分出单极化天线(206994系列)和双极化天线(204281系列)两个版本。
此外,Molex还为产品配置了50mm至300mm不同电缆长度供客户选择,而且可以在不受电缆长度影响的情况下实现平衡的射频传输。
可见虽然外接式WiFi天线不是一个新概念,但是经过Molex的努力,从材料、工艺、产品形态等方面精进,进化出的新产品系列,也就成了贴合客户需求的“新物种”。
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多合一WiFi天线
不断开发新的小型化外接独立天线,固然是实现系统小型化设计的一个路径,而除此之外还有另一个思路,那就是用单一天线产品支持多模的无线通信协议,这对于需要采用多种无线技术的系统尤为实用。
此类多合一的天线“新物种”的代表,就是Molex公司的三合一外部天线。
这款外部天线产品在一个直径77mm、厚度15mm的产品封装中,可以同时支持Wi-Fi、4G和GPS三种天线,并通过三根长3米的电缆连接到远程的无线设备中。电缆末端的连接器,可以根据用户的需要定制。由于在外部使用,所以该天线具有IP66的防水等级,确保产品的可靠性。对于车载通信、远程监控跟踪和其他有防水要求的多模无线应用,Molex的这个三合一外部天线无疑是理想选择。
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总之,无线应用的扩展,市场需求的变化,正在催生更加千姿百态的天线产品,这也给开发者带来了更大的选型自由度。探索更多天线产品的“新物种”,可以访问Mouser天线频道,你一定不会失望!