为物联网项目选择天线技术（为物联网项目选择天线）

物联网项目依靠无线连接来连接设备，但最佳连接类型和天线技术取决于相关应用。

Wi-Fi可能是接入点、便携式设备或IP摄像头的良好选择，而远程监控、智能电表、智能建筑、智能城市、制造自动化、智能农业和跟踪等工业应用更有可能使用LP -WAN网络，如NB-IoT、LoRa、SigFox、ISM 791-960MHz或蜂窝网络。每种类型的网络都有各种各样的嵌入式天线。

本文讨论了可用选项和影响天线选择的一些因素。

天线选择

您选择的天线应该非常适合PCB布局和堆叠。此外，它必须在要求的范围内工作，不受干扰，并使用合理的功率水平。当设计进入测试阶段时，所有这些性能因素都将得到验证，但明智的天线选择和满足其要求的设计将使设计有一个良好的开端。

乍一看，尺寸更小的天线可能很有前途，但需要考虑的因素还很多。天线的拓扑结构决定了其效率、带宽、辐射方向图和增益，因此最小的天线可能不是最佳选择。

仍有许多设计因素需要考虑，包括天线与其它元件的接近程度、天线在电路板上的位置、天线的接地层要求以及设备使用环境中的干扰水平。

或者芯片安装设计(SMD)天线在小型设备中已经变得非常流行。这里，我们回顾一下SMD嵌入式天线的主要类型。

表面贴装器件(SMD)天线

贴片天线需要一个接地面3354天线，用于谐振的一定大小的空间——位于天线下方或附近。这意味着天线封装必须没有可能干扰天线辐射的其他元件，并且PCB上的所有层都应该具有相似的间隙。

在净空区域中只有天线焊盘和馈电与接地的连接(图1)。制造商的数据手册将描述每个天线的接地层要求。

1.这种天线，LP-WAN的Latona芯片天线需要20.0 x 11.0 mm的间隙，与天线大小相同。

跟踪天线

跟踪天线曾经是显而易见的选择。它们相对便宜，可以快速大规模复制。

然而，它们在电路板上占用的空间是现代芯片天线的十倍。因为它们是纯二维的，所以它们不能提供与平面倒F天线(法披)、芯片甚至贴片相同的节省空间的功能。实际上，它们可能很难调整，因为电路板材料或元件布局的微小变化都会影响它们的性能，而且它们并不总是针对您的设备进行优化。

陶瓷贴片天线

陶瓷贴片天线在定位应用中很受欢迎，并且可以在车辆中很好地工作，但是由于各种原因，它们的受欢迎程度已经下降。

首先，它们的指向性很强，必须直接指向天空才能有效运作。小型陶瓷贴片天线可能很贵，但由于可用于发射和接收射频能量的陶瓷材料短缺，它们的性能会有所不同。

较小的贴片天线倾向于仅支持较窄的频带，因此当需要更宽的频率时，其他类型的天线是优选的。

法披天线

法披已经成为事实上的无线解决方案。它们现在普遍存在于手持设备、可穿戴设备和小型物联网设备中，主要是因为它们可以提供高水平的性能和小尺寸，但也因为它们广泛可用且价格低廉。它们在四分之一波长共振，产生良好的SAR特性。

所有这些都使它们成为设计师的便利选择。它们易于集成，电路匹配只涉及一个简单的匹配电路。还有一个优点：它们可以放置在PCB接地层的顶部，以便将元件放置在天线下方。法披是目前最流行的天线拓扑，因为它尺寸小，可以提供高水平的性能。

小型天线

或者ESA天线比其指定波长短得多。有些天线工作在地平面的1/4或1/2，而ESA可以小到波长的1/10。

世界上的一些首批天线已经使用了这种拓扑结构，它们的性能最近在增益、带宽和场型方面得到了显著改善。这些天线可能很小，可能不到20毫米。它们相对不受邻近和失谐的影响，一种称为波束控制的技术可以用来相对容易地扩展它们的系统容量。

磁环天线

最后是磁环天线，在天线附近区域与磁场波耦合。它们非常适合要求在紧凑外形中实现高性能的超小型设备。它们具有抗失谐能力，非常适合PCB空间宝贵且性能至关重要的可穿戴和手持设备。

其他天线类型和拓扑

SMD不是嵌入式无线的唯一解决方案；对于某些物联网和嵌入式设计，还有其他一些天线拓扑可能有用。

有柔性和外置天线，两者各有优势。柔性天线不直接位于PCB上，也不需要接地层。外置天线位于设备外部，可以很好地匹配各种接地面尺寸，在自由空间有效工作，简化天线集成。

2.贴片、FPC和终端天线

柔性天线

如果设备中没有太多空间，柔性天线(FPC)可能是一个不错的选择。FPC不需要放置在实际的PCB 3354上。它通过自己的集成I-PEX电缆连接到系统。

FPC不需要接地层来辐射，所以它可以被塞进设备的外壳中。这有助于节省PCB上的空间，但FPC天线的集成需要小心，因为辐射时电缆实际上会成为天线的一部分。

图3。SRFC025柔性天线放置在跟踪设备的外壳中，并通过其电缆和I-PEX连接器连接到电路板。

终端天线

在要求关键任务无线性能的应用中，终端天线可以提供获得最高性能水平的机会，尤其是在有其他射频噪声的环境中。这些天线要大得多，并且放置在设备外部。

它们可以在自由空间中实现出色的性能，而无需在设备中进行任何调整或匹配。

电路板尺寸和布局：节省空间

PCB设计的尺寸和布局可能决定您对天线的选择。空间总是宝贵的，所以小巧低调的天线通常是个不错的选择。

请记住，天线应远离其他“嘈杂”的组件，如电池、电机和设计的金属零件，这些组件可能会造成干扰，影响设备的无线性能。如果设备的外壳是金属的，可能会出问题，所以塑料通常是更安全的选择。

接地层要求将是决定电路板布局的一个因素。如果空间比较小，设计成工作在PCB一个边缘或者角落的芯片天线可能是一个不错的选择，可以节省大量PCB上的空间。

图4。天线工作在角落，提供左右选项，让设计师在PCB上有更多的位置选择。

如果天线是为角落设计的，它可以提供左和右选项，为设计人员提供更多PCB上的位置选择。

制造商的数据手册将准确解释天线应如何放置并集成到设计中。

物联网环境

最后，一个好的无线设计应该能够在使用它的环境中运行。

物联网解决方案经常出现在商业和工业环境中。物联网应用于工厂自动化、车辆和集装箱跟踪以及智能建筑的计量解决方案。然而，这些可能不是射频的好环境。当附近有金属物体、马达或其它无线设备，甚至有人时，无线性能可能会受到影响。

在消声室中测试设计将显示设备在完美环境中的性能，但每个原型也应在其真实工作环境中进行测试。测试是实现工作设计和获得监管机构批准的第一步。

编辑：郭婷