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如何借助Virtual Antenna?技術克服Wi-Fi產品天線與射頻設計挑戰

2021-08-30 來源:EEWORLD

 如何借助Virtual Antenna?技術克服Wi-Fi產品天線與射頻設計挑戰


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Ignion的專有Virtual Antenna?技術把復雜的天線和射頻設計、測試和組裝過程,簡化為基于小型化、標準化和芯片式天線的軟件定義配置和表面貼裝工藝,幫助包括Wi-Fi在內的天線與系統工程師省時省力省錢。Wi-Fi設備制造商可以盡享標準化芯片式天線產品的便利性,媲美定制天線的高性能。

 

Wi-Fi跟AP類設備制造商面臨射頻與天線設計挑戰


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得益于新標準的頒布和更多免受限頻段的加入,可預期全球范圍內支持Wi-Fi功能的設備將會激增。


據ABI Research估算,到2025年,全球Wi-Fi設備的保有數量將從2020年的104億部左右增長到155億部以上。諸如汽車、智能家居、家庭娛樂、游戲和可穿戴設備等快速增長的目標市場,以及越來越多的企業采用,都在推動Wi-Fi設備的增長。


當然,沒人喜歡性能不可靠的Wi-Fi連接。如果設備制造商想要充分利用Wi-Fi帶來的機遇,那么他們的產品將需要提供穩定且可預測的性能。實現更高的數據吞吐量、更短的延遲時間和更低的功耗都是必須的,而所有這些也都是Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E標準所要求的。此外,這些對性能功耗的要求都必須在Wi-Fi所支持的所有頻段上同步實現。


因此,如何進行互聯設備的天線設計與優化,成為了實現上述目標的其中一環,但是傳統的天線設計幾乎都是針對客戶系統進行的定制,即使對于Wi-Fi、藍牙和Zigbee這些常見的通信協議也是如此,更遑論那些頻段在不同國家和地區都有所不同的蜂窩移動通信、物聯網通信標準和私有協議。這樣的開發模式需要大量的設計、制作和測試分析時間,同時還因為非標準化的產品還帶來了無法采用自動貼片加工流程的問題,供應鏈也非常難以控制,那么是否有一種更好的設計、開發和應用模式和方法呢?。


使用Virtual Antenna?去創造顛覆性的Wi-Fi產品


Ignion提供了創新的、標準化、芯片式Virtual Antenna?天線系統縮短了Wi-Fi設備的上市時間,同時還能實現與定制天線相當的性能水平,也無需依靠天線專家來解決與多頻段產品相關的復雜設計問題。


通過Ignion創新性的天線技術,并使用一個簡單的匹配電路,電子工程師可以簡單地“微調”設備以適應不同的頻段,同時仍能確保必要的性能水平。對于業務決策者來說,值得慶幸的是,設計周期縮短了,成本降低了,而且結果是可預測的。沒有必要進行實驗性和工匠式的天線設計,因為這些設計總是會帶來性能反復、延遲上市時間和打破研發預算的風險。


ABI Research董事總經理兼副總裁Dan Shey對Ignion尖端的解決方案印象深刻。“匹配網絡可以在數小時內創建,”他表示,“而且由于Virtual Antenna?技術是標準化和模塊化的,因此可以確保設備制造的可復制性和速度。Virtual Antenna?技術將會降低開發總成本。”


庫存管理和供應鏈物流也變得更易于處理。采用Virtual Antenna?技術的Wi-Fi天線系統覆蓋了與無線協議相關的所有標準和頻段,因此無需為不同地區采購不同的天線,盡管在那些地區可用的頻譜很可能是不同的。


NRE費用也是天線設計過程中必須考慮的問題,由于傳統天線采用定制模式,因此許多情況下天線設計公司還要向系統和模組廠商征收NRE費用。但是采用標準化芯片式天線,只需在Ignion的中文網站上采用Fast Track工具,就可以免費完成天線設計從而節省NRE費用;相同的Wi-Fi設備只需要進行一次設計,就可在不同地區成功運行。


ABI Research1在其最近出版的一份白皮書中強調了使用Ignion的Virtual Antenna?方法與其他天線設計方法相比的優勢,該市場研究機構得出結論:“Virtual Antenna?技術的主要優勢之一是有助于減少產品庫存和簡化集成復雜性。”

 

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在性能上沒有折讓


Ignion聯合創始人兼創新副總裁Carles Puente明確表示,一些人認為Virtual Antenna?產品是標準化現成可用的,就意味著Wi-Fi設備在性能上有折衷,這是一種錯誤的觀念。

“有些人可能會感到進退兩難,”他說,“如果您想獲得最佳的性能,那么您需要定制天線;如果您想獲得又快又便宜的產品,那么現成的芯片式天線就是最好的選擇;我們的技術實現了兩全其美!您只需要簡單地調整匹配網絡,而不是天線部分,即可獲得定制天線的性能。所以使用Virtual Antenna?技術,在性能上沒有任何折讓。”


印制電路板(PCB)走線和沖壓金屬是天線設計的其他一些選擇項。對于單頻段應用來說,前者可能在成本方面更具吸引力,但是對于多頻段部署而言,如何調整走線的長度和幾何形狀可能存在問題。ABI Research表示,PCB走線的一個主要缺點是生產過程中可能存在不一致性,這反過來又會導致質量問題。


易于使用的“匹配網絡”功能是Virtual Antenna?系統的一部分,該功能不會遇到這些類型的問題。


根據ABI Research的分析,金屬沖壓方法可以提供良好的多頻段性能,但這只有在“適當的定制設計”前提下才可能有效。這將涉及為每個設計定制制造模具和工具等額外投資。振動也可能會使天線松動。


“如果您更改頻段或PCB尺寸,當使用其他方法來設計天線時,您將重新回到繪制電路板階段,必須重新設計,”Ignion北美銷售總經理Dan Klaeren說,“使用Virtual Antenna?技術,就無需從頭開始。設備制造商可以重復使用現有的設計。”

 

Ignion Wi-Fi產品組合中的NANO mXTEND?芯片式天線,這是目前世界上尺寸最小的Virtual Antenna?天線元件。


Ignion擁有三款標準化、現成的Wi-Fi Virtual Antenna?產品,每款產品都適用于小尺寸設備。它們覆蓋了與該無線協議相關的所有標準和頻段。


“Wi-Fi市場需要小巧、時尚、頗具吸引力的設備,無論您是面向消費者還是企業,您都希望將這些產品快速推向市場,”Ignion的Dan Klaeren說,“這意味著要求縮短設計周期和降低風險,這一切都可以通過我們獨特的無線Fast Track工具實現。”


設計周期也是天線和射頻開發團隊必須考慮的一個問題,由于傳統的天線設計都需要花費大量的時間去設計、測試和調試,因此給射頻工程師帶來了不少的工作。但是采用Virtual Antenna技術,可以在Ignion中文網站上使用Fast Track工具,在24小時內就可為Wi-Fi設備提供樣品匹配電路設計。

 

NANO mXTEND?是目前最小的Virtual Antenna?芯片式天線,其超級小巧的尺寸僅為3.0 x 2.0 x 0.8毫米。NANO mXTEND?于今年5月在Wi-Fi世界大會(Wi-Fi World Congress)上推出,可安裝在PCB的角落或邊緣位置。該芯片天線的第一個應用場景是以2.4 GHz頻段為中心的應用,包括Wi-Fi,BLE跟Zigbee,后續將繼續開發NANO的其他無線應用。

 

DUO mXTEND?芯片式天線支持Wi-Fi 6,并覆蓋了2.4 GHz和5 GHz頻段。它的尺寸為7.0 x 3.0 x 2.0毫米,非常適合諸如游戲耳機等需要2.4 GHz和5 GHz連接的接入點和邊緣設備。

 

ONE mXTEND?產品是一款微型超薄芯片式天線。它的尺寸僅為7.0 x 3.0 x 1.0毫米,幾乎可以安裝在任何硬件平臺上。

ONE mXTEND?覆蓋2.4 GHz、5 GHz和6 GHz頻段,支持Wi-Fi 5、Wi-Fi 6和Wi-Fi6E。即使設備制造商還沒有準備好使用全部的Wi-Fi標準和頻段,但是通過從一開始就采用ONE mXTEND?,在當需要進行擴展時,就不需要進行冗長且昂貴的重新設計。ONE mXTEND?是一種面向未來的設計Wi-Fi產品天線創新方法。

 

為8x8 MIMO做好準備


Wi-Fi 6的到來擴展了對多輸入多輸出(MIMO)的支持,從Wi-Fi 5支持的4x4天線配置擴展到8x8 MIMO配置。新標準還引入了上行鏈路多用戶功能MU-MIMO,它支持多個客戶端同時向接入點傳輸數據。

為了提高Wi-Fi容量,需要在狹小的空間內容納多個天線,這與Ignion的微型Virtual Antenna?芯片式技術相得益彰。“在MIMO配置中,如果天線距離太近,可能會導致次優耦合,”Puente解釋說,“通過我們的創新解決方案,您可以將我們的芯片式天線安裝在AP或者Wi-Fi設備的PCB框架或周邊,由于已經知道它們占用最小的空間,并且可以盡可能地分開,同時仍能提供所需的多頻段性能。”

 

不受芯片短缺的影響

由于疫情的影響,陶瓷芯片和半導體產品供不應求。但這并不會影響Ignion芯片式天線的生產。我們的芯片天線是以環氧玻璃材料為基礎的,這是一種在PCB中常見的基板材料。環氧玻璃是一種具有廣泛來源的材料,現在在全球多個工廠生產。使用Ignion的Virtual Antenna?芯片天線的客戶無需為漫長的交貨時間而煩惱。

因為使用標準化的產品,他們也無需擔心無法預測的設計周期和不合格的性能。

Virtual Antenna?系統為Wi-Fi設備制造商提供了安心保障,讓他們的工作更輕松,并使他們能夠集中精力去全力開發這個蓬勃發展的市場。


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