今天，幾乎每個移動設(shè)備都至少有一個內(nèi)置天線，有許多設(shè)備運行三個或更多設(shè)備，為GPS，Wi-Fi，藍牙，ZigBee等功能提供無線通信，當然還有手機（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天線來利用“天線分集”，通過該天線分集，信號處理選擇更強的信號以改善接收。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)計的最后，設(shè)計人員最終試圖安裝天線或天線陣列進入任何可用的空間。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)計中（圖3），天線是RF模塊封裝的一部分，而在其他設(shè)計中，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：幾個樣品天線沉積在塑料部件上，用于形成用于固定收音機的殼體的一部分。 （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)與其計算機自動設(shè)計（CAD）軟件連接起來，以傳輸天線設(shè)計直接從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。物理尺寸是一個重要因素，當便攜式設(shè)備中多個無線電同時有效時，天線之間可能存在干擾。此外，在將天線設(shè)計到系統(tǒng)中時，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蓴_RF信號），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)致信號強度下降，使得當組合時，系統(tǒng)沒有接收信號或傳輸功率的顯著損失。

例如，對于集成在PCB上的天線，接地層的幾何形狀會影響天線的阻抗。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，當天線設(shè)計的一致性很重要時，應(yīng)考慮它們。

天線輻射方向圖是一個關(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，因為高增益天線是定向的 - 它們在一個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小型PCB，可以安裝在主系統(tǒng)PCB上。有時被稱為紙夾天線，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?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，實際元件值會因每種應(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)計人員應(yīng)將以下規(guī)范作為起點：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)將在多個頻帶上操作，則必須將多個天線合并到系統(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，塑料載體是移動產(chǎn)品外殼的一部分。

圖5：設(shè)計用于移動電視應(yīng)用，天線存放在長塑料載體框架上，該框架是移動產(chǎn)品包裝（頂部）的一部分。用于工業(yè)科學醫(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，幾乎每個天線供應(yīng)商也會設(shè)計定制解決方案。