智能產品開發,怎麼選天線?陶瓷天線、LDS天線、FPC天線一文看懂

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物聯網、智能硬件產品,要聯網傳輸數據,都需要有天線。

空間越小、頻段越多,天線設計越複雜。

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常用天線,按照使用場景分類,主要有以下幾種:

大尺寸產品,用外置天線

外置天線一般都是標準品,買頻段合適的,無需調試,即插即用。

例如快遞櫃、售貨機這些,普遍使用磁吸的外置天線,吸在鐵皮外殼上即可。

這些天線不能放在鐵皮櫃裡面,金屬會屏蔽天線信號,所以只能放在外面。

好處是使用方便、價格便宜,壞處是不能用在小尺寸產品上。

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磁吸外置天線,SMA接頭

低頻通信,用外置天線

天線的長度大約是電磁波波長的1/4,所以信號頻率越低,天線的長度越長。

因此100MHz左右的FM收音機需要長杆天線,400MHz左右的對講機,也需要用外置長杆天線。物聯網常用的433MHz的無線串口,通常也用外置天線。

天線做的更短,如1/8波長或1/16波長,也能用,只是效率會下降。某些設備會採用“短天線+LNA”的方式,也能達到長天線的接收效果。

但是短天線要達到長天線的發射效果,就需要提升發射功率了,因此對講機需要發射信號,都是長的外置天線,而FM收音機只收不發,有內置接收天線。

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高頻信號,可以用內置天線

例如2G(900MHz)、4G(700-2600MHz)、WIFI和藍牙(2.4GHz)、GPS(1.5GHz),這些常用的物聯網通信方式,可以做內置天線。

對於手持機、穿戴設計、智能家居等小尺寸產品,很少使用外置天線,普遍採用內置天線。

集成度高,產品外觀更美觀,性能比外置天線略弱一點。

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手機內置天線(黃色部分)

主流內置天線,種類和特性

內置天線主要有:陶瓷天線、PCB天線、FPC/鋼片天線、LDS天線

  • 陶瓷天線

陶瓷天線,在物聯網產品中用的最多的,就GPS天線藍牙天線了。

優點是:佔用空間很小、性能比較好。

缺點是:很難做到多頻段,因此難以應用在4G類產品中。對電路板淨空要求比較高,不適用於特別緊湊的產品。

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GPS、藍牙和GSM陶瓷天線

  • PCB天線

上面講了,天線就是一根特定長度的導線。這根線也可以畫在PCB板上,這就是PCB天線。如下圖金色蛇形部分。

PCB天線大量應用於藍牙模塊、WIFI模塊、ZIGBEE模塊等單一頻段的模塊電路板上。

優點:幾乎不需要成本,一次調完就無需再次調試。

缺點:只適合單一頻段,如藍牙,wifi。不同批次的PCB天線性能會有一定偏差。

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藍牙模塊的板載天線(金色蛇形部分)

  • FPC/鋼片天線

鋼片和FPC,相當於把PCB板上的天線線路拉出來,用其他外部的金屬來做天線。

通常用於頻段複雜的中低端手機和智能硬件產品裡。

優點:適用於幾乎所有的小型電子產品,能夠做4G這樣的十多個頻段的複雜天線,性能好,成本也比較低。

缺點:需要根據每一款產品單獨調試。

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鋼片天線和FPC天線

  • LDS天線

LDS天線是FPC天線的進化版。空間利用率極高

鋼片天線是衝壓出來的,必須要做到平整,不能衝壓出來複雜的形狀。

FPC天線是一整塊平面,雖然能彎折,但是也不能做的太複雜。

在4G手機時代,天線頻段特別多,產品內部空間非常緊湊,很難找到一大塊平整的平面給天線。於是LDS天線誕生了:通過激光把天線的圖形雕刻出來

優點:可以充分利用立體空間的中的各種不規則的面,縮小天線體積。

缺點:貴。比FPC天線要貴一個數量級。且對產品外表面的工藝也有很多特殊要求。

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LDS天線

總結

成本:PCB天線

性能:外置天線

空間:LDS最小,外置天線最大

要根據物聯網和智能硬件產品的頻段需求、外觀需求、成本要求來選擇合適的天線。

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