物联网、智能硬件产品,要联网传输数据,都需要有天线。
随着移动通信的迅速发展,越来越多的业务将通过无线电波的方式来进行,有限的频谱资源面对着越来越高的容量需求的压力。
空间越小、频段越多,天线设计越复杂。
常用天线,按照使用场景分类,主要有以下几种:
外置天线一般都是标准品,买频段合适的,无需调试,即插即用。
例如快递柜、售货机这些,普遍使用磁吸的外置天线,吸在铁皮外壳上即可。
这些天线不能放在铁皮柜里面,金属会屏蔽天线信号,所以只能放在外面。
好处是使用方便、价格便宜,坏处是不能用在小尺寸产品上。
磁吸外置天线,SMA接头
天线的长度大约是电磁波波长的1/4,所以信号频率越低,天线的长度越长。
因此100MHz左右的FM收音机需要长杆天线,400MHz左右的对讲机,也需要用外置长杆天线。物联网常用的433MHz的无线串口,通常也用外置天线。
天线做的更短,如1/8波长或1/16波长,也能用,只是效率会下降。某些设备会采用“短天线+LNA”的方式,也能达到长天线的接收效果。
但是短天线要达到长天线的发射效果,就需要提升发射功率了,因此对讲机需要发射信号,都是长的外置天线,而FM收音机只收不发,有内置接收天线。
例如2G(900MHz)、4G(700-2600MHz)、WIFI和蓝牙(2.4GHz)、GPS(1.5GHz),这些常用的物联网通信方式,可以做内置天线。
对于手持机、穿戴设计、智能家居等小尺寸产品,很少使用外置天线,普遍采用内置天线。
集成度高,产品外观更美观,性能比外置天线略弱一点。
手机内置天线(黄色部分)
内置天线主要有:陶瓷天线、PCB天线、FPC/钢片天线、LDS天线
陶瓷天线
陶瓷天线,在物联网产品中用的最多的,就是GPS天线和蓝牙天线了。
优点是:占用空间很小、性能比较好。
缺点是:很难做到多频段,因此难以应用在4G类产品中。对电路板净空要求比较高,不适用于特别紧凑的产品。
GPS、蓝牙和GSM陶瓷天线
PCB天线
上面讲了,天线就是一根特定长度的导线。这根线也可以画在PCB板上,这就是PCB天线。如下图金色蛇形部分。
PCB天线大量应用于蓝牙模块、WIFI模块、ZIGBEE模块等单一频段的模块电路板上。
优点:几乎不需要成本,一次调完就无需再次调试。
缺点:只适合单一频段,如蓝牙,wifi。不同批次的PCB天线性能会有一定偏差。
蓝牙模块的板载天线(金色蛇形部分)
FPC/钢片天线
钢片和FPC,相当于把PCB板上的天线线路拉出来,用其他外部的金属来做天线。
通常用于频段复杂的中低端手机和智能硬件产品里。
优点:适用于几乎所有的小型电子产品,能够做4G这样的十多个频段的复杂天线,性能好,成本也比较低。
缺点:需要根据每一款产品单独调试。
钢片天线和FPC天线
LDS天线
LDS天线是FPC天线的进化版。空间利用率极高。
钢片天线是冲压出来的,必须要做到平整,不能冲压出来复杂的形状。
FPC天线是一整块平面,虽然能弯折,但是也不能做的太复杂。
在4G手机时代,天线频段特别多,产品内部空间非常紧凑,很难找到一大块平整的平面给天线。于是LDS天线诞生了:通过激光把天线的图形雕刻出来。
优点:可以充分利用立体空间的中的各种不规则的面,缩小天线体积。
缺点:贵。比FPC天线要贵一个数量级。且对产品外表面的工艺也有很多特殊要求。
LDS天线
成本:PCB天线 >钢片天线 >FPC天线 >外置天线 >陶瓷天线 >LDS天线
性能:外置天线>内置天线(各类内置天线性能类似)
空间:LDS最小,外置天线最大
要根据物联网和智能硬件产品的频段需求、外观需求、成本要求来选择合适的天线。
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