如何在一个设计中放置两个或多个天线

在设计中放置天线总是需要小心,但是当设计中有两个或更多天线时,更重要的是了解天线是如何辐射的,它们将如何一起工作,它们的相对位置将如何影响信号。

一般来说,SMD天线的设计是为了与其他部件共存,只要遵循一些基本规则。

建议是让天线远离其他噪音部件,并允许天线下面的地面平面,使其有效辐射。重要的是要保持天线下面的空间在整个电路板堆叠清晰。

要设计一个带有多个不同天线的设备,你会想知道多个天线将如何共存,并在一个单一的系统中执行。各种无线电系统需要与天线紧密相连才能操作,这被称为"设备内共存"。"

在某些情况下,用两个天线在一个多样性配置中在同一频率上一起工作,这将比单用一个天线提供更强大的传输。在其他情况下,一个设备需要在不同频率上运行的不止一个无线连接,设计应该考虑到它们之间的某种分离,使它们能够在"共存"中独立运行。

具有良好的设计,您可以实现高性能和可靠性的所有天线在板上。设计者的目标是将天线放置在所有天线之间实现隔离,并使它们能够正确地一起操作。

辐射模式

每个天线都有自己的辐射模式,将在制造商的数据表上显示,因为天线将在完美的条件下辐射,例如在消声室。

辐射模式通常表现为3d模式和该模式的二维横截面。天线将绕着沿天线长度运行的轴辐射,天线产生的电能最强烈地反射在垂直于该轴的方向上。这是天线的极化。

天线的辐射模式通常在使用天线的频带中心测量。

图11990兆赫LTE天线的三维天线图案。

图21990兆赫时同一LTE天线的天线图案,横截面。

多样性对

多样性是一种天线技术,两个天线在同一频率上一起使用,以创建一个更可靠的无线连接。对于在自由空间中移动的移动无线设备来说,这是一个很好的解决方案,因为当设备在自由空间中移动时,这两个一起工作的天线更有可能提供可靠的连接。

具有多样性的第一个天线是主天线,第二个天线是多样性天线。这两个天线可以共享同一个地面平面,它们被放置在不同的空间区域,这就减少了"耦合"--这两个天线反映类似信号的现象。

在一个多样化的配置中,两个天线同时发射,但指向不同的方向。接下来,接收器将接收两个信号的强度,这将提高接收到的信号的可靠性。这对天线可以放置在电路板的对面角或对面。

当天线在多样化配置中使用时,它们被放置在降低耦合--即。,两个天线的位置使它们的辐射模式完全不同。

极化化

天线的极化与天线的长轴平行,天线垂直于长轴辐射其能量,天线两端均为空功率。

为了最好的交叉相关,应该将对多样性天线放在交叉极化、空间和极性的不同极化中。接收器将接收其中一个或另一个天线发出的最强信号。这比单用一个天线就能达到的接收能力更强。在实践中,这通常意味着这两个天线将放置在90度之间,实现不同的极化,并在设备运行时向接收器发送更可靠的信号。

减少耦合效应

天线与天线耦合是紧凑型设备中的自然现象。这降低了辐射模式,增加了每个天线所受的跨通道干扰。它还改变了天线的输入特性。您可以通过在地面平面上蚀刻来减少耦合效应。

天线之间的距离

这两个分集天线之间的距离应至少为一个波长的四分之一,它们之间的距离将影响信号。

图3:示例--图显示了隔离和隔离。主天线到分集天线的距离。40毫米,25毫米和20毫米显示以供比较。这个例子显示了安泰诺娃的积分天线sr4l049。

不同频率的孤立天线

应放置不同频率的天线,以免它们互相干扰。就天线而言,它们需要相互电隔离。目标是放置每一个天线,使其达到高性能,然而隔离可能减少天线的辐射功率。用网络分析器测量隔离值作为S21共效率。

有许多方法可以改进天线之间的隔离。只要把天线进一步分开,考虑到它们的辐射模式,就会产生一些分离,这将有帮助。

放置天线以便每对天线之间有隔离,将有助于它们独立辐射,但减少每个天线的发射功率。

下一个选择是使用滤波器来降低一个天线在频率上的效率,而另一个天线则需要相应的频率。

图4波束转向技术是一种在多样化应用中改进隔离和交叉相关的天线技术.

(包络相关系数)

为了验证多目标天线系统的隔离性能,ECC是多目标天线系统的重要性能指标。在此基础上可以计算ECC。 ‐ 参数或远距离 ‐ 天线系统的场特性。电子商务中心基于 ‐ 场参数考虑了MIMO天线系统中每个天线的辐射光束的方向,而ECC基于S ‐ 参数考虑了两个天线的端口特性。

电子商务中心基于 ‐ 在隔离分析中,场特性被认为更精确,尽管由于需要测量天线的辐射模式,它更困难。一般认为,对于MIMO天线系统来说,小于0.5的ECC值是可以接受的。

辐射相对的收益损失

图5:图像显示了两个平行和直角天线的辐射图,以及第二个配置如何显示更一致的信号。

结论

许多移动设备使用多个无线连接。它们可以是4G/LTE、MIMO/W局域网、蓝牙或全球导航卫星系统定位天线的任何组合,在一个设计中可以很容易地有五六个天线--例如,LTE/4G的多样性天线提供蜂窝连接,无线Wi-Fi蓝牙天线,以及用于定位的全球导航卫星系统天线。在这种情况下,目标是使所有天线在多系统环境中并行运行,但不相互干扰。如果不考虑共存,很可能一个强的LTE/4G信号将会阻断来自较小的天线的信号,例如一个微小的Wi-Fi天线。

设计一个具有多个天线的电路板并不简单。本文着重介绍了影响天线行为及其射频信号的一些因素,并在电路板的布局中考虑到这些因素。为了确保所有部件都能正确地工作在一起,多氯联苯应该在消声室进行过空气测试。它将突出强调设计所需的任何修改,展示天线是如何一起工作的,并预测设备的实际性能。