因PCB天線的設(shè)計成本可忽略不計，那么是在什么時候又是因為什么使得它不是設(shè)計的優(yōu)先選項呢？其中幾個支配性因素與前端設(shè)計和實際實施有關(guān)。

首先，天線設(shè)計并不簡單。即使采用類似數(shù)字電磁碼(Numerical Electromagnetic Code)這樣的建模程序，電路或系統(tǒng)工程師對電磁世界也是陌生的。他們面對的是一個電磁場世界，而不是特定的電壓和電流點或以固定回路流動的電子流。

其次，與許多工程設(shè)計一樣，類似中心頻率、帶寬、場模式、效率以及組織(lobe)和增益等相互競爭和沖突的屬性使得它們之間的平衡取舍很困難。

第三，評估天線性能并不容易，它需要特殊的測試儀器、無反射的腔室或開闊地帶。它還需要時間、金錢和專門技能。另外，當(dāng)評估用戶的手對天線的影響，或相反、評估天線輻射對用戶手的影響時，要進行正確的測試設(shè)置，包括對人的手和頭的物理復(fù)制。

而且這些還都是理論上的。實際上，還有其它因素在起作用。天線當(dāng)然占用了PCB空間，其性能屬性受附近器件以及用戶手、頭和身體的顯著影響。人體組織的相對介電常數(shù)是40，而PCB成分的介電常數(shù)約介于25到85，所以人體組織將激勵共振元素并影響磁場。

另外，當(dāng)為了多頻帶操作或形狀多樣性設(shè)計而需要多個天線時，若干基于PCB天線間以及天線和附近區(qū)域間的交感將令性能預(yù)測非常困難，且其對細(xì)微的布局變化都敏感。

但也存在約束天線場特定吸收率(SAR)的規(guī)則。SAR是質(zhì)量(本例的人體組織)吸收RF能力的比率；通常采用兩種方法對其進行測量：一是測由于吸收引起的溫升；二是測模擬人體組織的流體的電場。美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的網(wǎng)站上有更多信息。必須理解和分析天線的近場和遠(yuǎn)場性能，它們可能緊密相關(guān)。

最后，天線并非與無線設(shè)備的接收前端或發(fā)射功率功放級隔絕獨立。電路設(shè)計師必須確定天線以及關(guān)聯(lián)級的阻抗，然后設(shè)計出一個匹配網(wǎng)絡(luò)以在整個目標(biāo)帶寬內(nèi)最大化功率傳輸(見圖2)。

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圖2：天線子系統(tǒng)包括前端接收放大器或發(fā)射放大器、匹配網(wǎng)絡(luò)和天線本身。

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這通常是一項困難的設(shè)計工作，涉及到專業(yè)計算和測量以及專用工具，例如就需要Smith圓圖。
電介質(zhì)成為天線設(shè)計一部分

幸運地是，材料科學(xué)和天線理論的發(fā)展為設(shè)計工程師在外接和基于PCB這兩類天線之外，還提供了其它選擇。這些天線將天線的體積效率最大化，同時克服或?qū)嶋H上消除了布局影響及匹配的不確定性。與此對照的是，塊狀和鞭狀無線是二維的，其效能主要取決于所處空間而非體積。雖然分立天線切實增加了成本，但它們也常常在改善或保證產(chǎn)品性能的同時減小了尺寸。

聽起來也許不合常理，作為絕緣體的電介質(zhì)會在天線設(shè)計和實現(xiàn)中扮演著重要角色。但事實的確如此，在超過50年的時間內(nèi)，電介質(zhì)一直是天線設(shè)計的一部分，它有助于成型和管理天線模式電場。場能量以相當(dāng)高的密度積聚并存儲在電介質(zhì)內(nèi)，所以，外部物體或場具有相對小的影響且并不影響天線的固有共振。

當(dāng)然，高相對介電常數(shù)只是基于電介質(zhì)的天線取得成功的關(guān)鍵因素之一。材料還需要低電介損失(高Q材料)和低溫系數(shù)以最小化物理尺度變異，該變異可導(dǎo)致失(調(diào))諧。

例如，英國Sarantel公司的Geohelix天線采用獨有的陶瓷材料和形狀，與塊狀和鞭狀天線相比，它具有將近場輻射減少最低90%的能力。受用戶手和軀體影響的近場在Sarantel天線內(nèi)幾乎是被完全封閉起來的。該天線當(dāng)帶通濾波器使用，以抑制帶外信號同時還去掉了做在PCB或機殼上的地平面。

不再需要地平面是該設(shè)計具有平衡電流的結(jié)果，因流進天線的電流總和為零，所以其共振獨立于PCB或封裝。與此相對，一個基于微帶的塊或外接鞭狀天線需要一個地平面以取得共振，流進(或流出)天線的電流需要在地平面上生成一個互補電流，這樣才能產(chǎn)生共振。

類似，另一家英國公司Antenova擁有一種高電介質(zhì)天線技術(shù)，它提供一種適用于全向、有向甚至多帶應(yīng)用、具有10GHz以上頻率響應(yīng)特性優(yōu)點的體積式非交感天線。這些高效器件對接近失諧和效應(yīng)具有相對免疫力。將這些器件整合起來可打造一款具有極佳操控性的智能天線，智能天線被越來越多地用在基站中以擴充系統(tǒng)能力同時改進每個呼叫的性能。

例如，Antenova已開發(fā)出一種用于無線LAN、覆蓋2.4到2.5GHz和4.9到5.9GHz雙頻段的雙帶混合IEEE 802.11a/b/g天線，它具有4×4×20mm的體積(見圖3)。

圖3：Antenova的高電介質(zhì)混合天線在一個緊湊封裝內(nèi)提供多帶性能

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該天線有三個元件：一條微帶饋線，它也與接至天線的1.2mm直徑、超小同軸電纜饋線匹配；一個發(fā)射器件，由1/4波長地塊和兩個共振器(每頻段一個)組成；及一個陶瓷顆粒，它負(fù)責(zé)激勵發(fā)射元件并在發(fā)射元件和饋線間形成耦合。

不同的方法

不是所有的這些新天線都以陶瓷為核心。巴塞羅納的Fractus公司將基于不規(guī)則碎片幾何學(xué)的幾何模式用于其封裝天線(antenna-in-package)設(shè)計中。該多帶天線能被印在襯底上或嵌入在芯片內(nèi)。他們提供一種發(fā)射效率高于70%、峰值增益高于1dBi、VSWR低于1.5:1的GSM天線。該天線具有50歐姆不平衡阻抗，體積僅有10×10×0.9mm。

作為來自同一家供應(yīng)商Centurion Wireless Technology(現(xiàn)Laird Technologies的一部分)的塊狀和分立天線的一種對比，Centurion提供一種能被附著在產(chǎn)品外殼內(nèi)的微帶塊天線。它工作在2.4到2.5GHz頻段、43×43×1.65mm大小。在工作頻帶內(nèi)，該天線具有5.1dBi的增益和小于2.5:1的VSWR。Centurion相同頻帶的BlackChip表貼天線的增益大于2dBi、VSWR小于2:1、8×6×2.4mm大小。

大多關(guān)于天線設(shè)計的書籍充斥著難以用于實際設(shè)計的復(fù)雜理論和公式。但這種現(xiàn)象主要還是源于天線問題的本來特性而不是作者刻意要顯得晦澀高深。由Newnes/Elsevier出版的Douglas B. Miron寫的《小天線設(shè)計》是一本覆蓋了理論、模擬和設(shè)計的參考資料。