今天，幾乎每個(gè)移動(dòng)設(shè)備都至少有一個(gè)內(nèi)置天線，有許多設(shè)備運(yùn)行三個(gè)或更多設(shè)備，為GPS，Wi-Fi，藍(lán)牙，ZigBee等功能提供無線通信，當(dāng)然還有手機(jī)（CDMA） ，GSM，3G，LTE 4G，WiMAX等）。在典型的單通道系統(tǒng)中，發(fā)射和接收路徑復(fù)用到天線（圖1）。然而，也可以在同一接收器上使用多個(gè)天線來利用“天線分集”，通過該天線分集，信號(hào)處理選擇更強(qiáng)的信號(hào)以改善接收。此外，MIMO（多輸入/多輸出）無線電的使用將為混合添加更多天線，每個(gè)接收/發(fā)送信道具有其自己的天線（例如，2×2MIMO系統(tǒng)將具有四個(gè)天線）。

圖1：典型的無線電子系統(tǒng)具有通過雙工器連接到天線的系統(tǒng)的發(fā)送側(cè)和接收部分。 （由Johanson Technology提供。）盡管天線是幾乎所有便攜式設(shè)備中必不可少的元件，但天線的選擇往往留在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后，設(shè)計(jì)人員最終試圖安裝天線或天線陣列進(jìn)入任何可用的空間。在某些系統(tǒng)中，天線是蝕刻在系統(tǒng)印刷電路板（PCB）上的跡線的一部分，或作為芯片元件安裝在PCB上（圖2）。在其他設(shè)計(jì)中（圖3），天線是RF模塊封裝的一部分，而在其他設(shè)計(jì)中，天線是系統(tǒng)外殼的一部分（就像嵌入Apple iPhone 4的天線一樣）。

圖2：芯片天線的一些代表性樣本。 （由Johanson Technology提供。）

圖3：幾個(gè)樣品天線沉積在塑料部件上，用于形成用于固定收音機(jī)的殼體的一部分。 （由Molex提供。）

為了將天線存放在塑料上，Molex采用了一種稱為激光直接結(jié)構(gòu)（LDS）的技術(shù)，將三維激光系統(tǒng)與其計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)（CAD）軟件連接起來，以傳輸天線設(shè)計(jì)直接從CAD系統(tǒng)到塑料載體上。

因此，選擇最佳天線需要的不僅僅是一組RF規(guī)范。物理尺寸是一個(gè)重要因素，當(dāng)便攜式設(shè)備中多個(gè)無線電同時(shí)有效時(shí)，天線之間可能存在干擾。此外，在將天線設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中時(shí)，您必須考慮因素，例如方向，天線與PCB上微帶線的阻抗匹配，PCB布局（考慮到PCB上的其他組件以及它們?nèi)绾慰赡軙?huì)干擾RF信號(hào)），外殼材料，相鄰金屬部件和其他因素。所有這些方面都可能導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度下降，使得當(dāng)組合時(shí)，系統(tǒng)沒有接收信號(hào)或傳輸功率的顯著損失。

例如，對(duì)于集成在PCB上的天線，接地層的幾何形狀會(huì)影響天線的阻抗。因此，應(yīng)根據(jù)地平面的大小和形狀調(diào)整天線的長度。天線形狀可以是圓形，方形，矩形或橢圓形，并且蝕刻在PCB的一側(cè); PCB的另一側(cè)應(yīng)裸露在天線區(qū)域內(nèi) - 天線下方不應(yīng)有地平面或電路走線。在發(fā)射路徑上，功率放大器連接到天線（直接或通過匹配網(wǎng)絡(luò)）。天線的另一端通常是開放的，天線類似于鞭狀或單極天線。雖然印刷天線可以節(jié)省金錢，但使用它們的缺點(diǎn)是它們的特性取決于電路板材料和跡線的制造公差。有表面貼裝天線可用，具有更多可重復(fù)的特性，當(dāng)天線設(shè)計(jì)的一致性很重要時(shí)，應(yīng)考慮它們。

天線輻射方向圖是一個(gè)關(guān)鍵方面，有助于確定輻射能量在自由空間中的釋放方式以及實(shí)現(xiàn)模式所需的天線配置。在大多數(shù)便攜式手持式應(yīng)用中，全向天線優(yōu)于高增益天線，因?yàn)楦咴鲆嫣炀€是定向的 - 它們?cè)谝粋€(gè)方向上提供了良好的性能，在其他方向上提供了性能下降。

天線也可以作為一個(gè)小型PCB，可以安裝在主系統(tǒng)PCB上。有時(shí)被稱為紙夾天線，它通常由連接到PCB的金屬絲或扁平金屬條組成，然后遵循與蝕刻的PCB天線類似的布局。這種凸起的天線的阻抗類似于蝕刻的PCB天線的阻抗。

典型天線的最短諧振波長是半波長，盡管四分之一波長的單極天線（例如Johanson的芯片天線）可以減少天線所需的空間。如果與適當(dāng)?shù)膫鬏斁€饋電結(jié)構(gòu)和合適的接地平面結(jié)合使用，天線可以像半波長偶極子系統(tǒng)那樣工作。接地平面形成第二四分之一波長元件以完成半波長偶極子。

必須進(jìn)行天線的阻抗匹配，以優(yōu)化天線性能。為了使天線與微帶線的50Ω阻抗匹配，外部組件通過最大化向天線的功率傳輸來“調(diào)諧”天線以在工作頻率帶寬處獲得最佳響應(yīng)。例如，Johanson Technology型號(hào)2450AT45A100芯片天線工作在2.45 GHz，需要1.5 pF串聯(lián)電容和3.9 nH分流電感（圖4）。圖4中的附圖顯示了天線的性能，有無調(diào)諧組件。優(yōu)化結(jié)果顯示回波損耗顯著改善（改善的VSWR）。但是，實(shí)際元件值會(huì)因每種應(yīng)用而異，具體取決于PCB材料，電路板和走線厚度以及其他因素。

圖4：2.45 GHz天線的物理PCB布局顯示了用于通過添加串聯(lián)電容和并聯(lián)電感來改善芯片天線性能的匹配網(wǎng)絡(luò)。 （由Johanson Technology提供。）

一般而言，為了選擇最佳天線，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將以下規(guī)范作為起點(diǎn)：頻率，帶寬，輻射方向圖（峰值增益和平均增益）和尺寸。通常，頻帶將確定天線的一般尺寸，或者如果系統(tǒng)將在多個(gè)頻帶上操作，則必須將多個(gè)天線合并到系統(tǒng)中。

Johanson Technology，Antenova，TDK Corporation，Molex等公司提供的芯片天線可以表面安裝在無線電電路板上。這些芯片天線具有各種尺寸，具有寬范圍的增益值和回波損耗值，具體取決于天線所需的頻率范圍。天線也可以激光蝕刻在容納無線電電路的殼體的各種塑料部分上。例如，用于移動(dòng)電視應(yīng)用的天線（圖5）將天線圖案打印到塑料載體上，塑料載體是移動(dòng)產(chǎn)品外殼的一部分。

圖5：設(shè)計(jì)用于移動(dòng)電視應(yīng)用，天線存放在長塑料載體框架上，該框架是移動(dòng)產(chǎn)品包裝（頂部）的一部分。用于工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻帶（底部）的非常緊湊的2.4 GHz天線也可以印刷在塑料上。 （由Molex提供。）

天線具有多種形狀和尺寸，可滿足幾乎所有應(yīng)用要求。但是，如果現(xiàn)成的天線不能滿足您的性能要求，幾乎每個(gè)天線供應(yīng)商也會(huì)設(shè)計(jì)定制解決方案。