颠覆传统的超宽带芯片天线满足不同应用的需求
发布时间：2023-7-19 10:32
发布者：eechina
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来源：Digi-Key 作者：Bill Schweber 天线的功能就是充当麦克斯韦方程组所描述的射频世界与电流和电压组成的电路世界之间的双向变换器。但令人惊讶的是，现今使用的天线类型和尺寸多种多样，包括八木天线、蝴蝶结天线、环形天线、碟形天线、贴片天线、偶极天线、单极天线、喇叭天线、螺旋形天线和短截线天线等等。 原因在于天线及其配置始终面临着复杂的挑战，需要满足许多通常相互冲突的目标。需要关注的参数包括中心频率、3 dB 带宽、辐射模式、方向性、前后比、副瓣、物理尺寸、阻抗和功率处理，以及典型尺寸、效率和成本问题。 理想情况下，一部天线要符合所有要求，特别是在成本和空间非常关键时。虽然我们还没有做到这一点，但对于需要快速、可靠、低功耗连接的很多不同应用而言，超宽带 (UWB) 天线是不错的选择。 评估天线 过去，很多系统的一个关键目标是将天线带宽（在 -3 dB 点之间测得）保持在最小值，以避免接收不相关的信号，或者产生不必要的干扰。毕竟，为什么要支持带外性能和增加接收的噪声呢？尤其是这样做意味着在其他因素上做出妥协的情况下。 带宽参数的一个常见指标是分数带宽 (FBW)。分数带宽就是频率跨度（最高频率减去最低频率）除以中心频率的比值。分数带宽的范围从零到二，通常表示为 0% 到 200% 之间的百分比。这一百分比越高，带宽越宽。 如果有个简单的原则能指出不同天线类型的分数带宽大概是多少就好了，但这是不可能的。原因在于，天线需要在设计和物理尺寸方面做出许多权衡，可能比大多数元器件更甚。天线具有很高的自由度，因而其包括分数带宽在内的各种参数必须保持相互平衡，以找到适合特定应用的“最佳”设计。 几乎所有天线的分数带宽都可以通过与其他参数的权衡来调整大小，包括方向性（增益）、副瓣、辐射模式、物理尺寸，以及多元件设计的元件数量等参数。例如，传统八木宇田天线的分数带宽可以从百分之几调节至百分之几十，方法是改变其元件的数量和间距、厚度及其他物理属性。 有些专家认为分数带宽等于或高于 20% 的天线就是 UWB 天线，而另一些专家则认为只有分数带宽高于 50% 的天线才算 UWB 天线。美国联邦通信委员会 (FCC) 和国际电信联盟无线通信部门 (ITU-R) 目前将超宽带定义为发射信号带宽超过 500 MHz 或算术中心频率的 20%（以较小值为准）的天线传输。由于存在混淆的可能性，在讨论该主题时，最好先问清楚。 超宽带：此一时彼一时，需求已发生变化 过去指令要求保持尽可能窄的分数带宽，但随着宽带和多频带应用的出现，现今偏好分数带宽非常高的超宽带天线，甚至强制要求这样的天线。事实上，近期的很多学术论文描述了具有超宽带特性的新型或创新天线配置。 下面我们讨论一下超宽带这个术语。“超宽带”具有两种不同的含义。对于天线而言，它与我们上文讨论的分数带宽相关。但是，对于电磁频谱而言，“超宽带”这个术语也用于描述有更多可用带宽的更高频率。 例如，使用 30 至 300 GHz 这一部分极高频 (EHF) 频段的应用通常被称为超宽带应用，因为它们可以使用几百 MHz 的超宽带来支持极高的数据速率。但是，在 60 GHz 频率下使用 1 GHz 带宽这样的超宽带应用并不需要超宽带天线，而是需要中心频率为 60 GHz，分数带宽仅为 1.7% 左右的天线。 超宽带天线，例如 ACG0806U、ACG0301U 和 ACG0502U（来自 Abracon）在很宽的频率范围内工作。它们可用于替代多个窄带天线，同时提供高度的设计灵活性和可靠的连接性（表 1）。 
表 1：ACG0806U、ACG0301U 和 ACG0502U 超宽带天线提供不同的频率范围和分数带宽组合。（图片来源：Bill Schweber，来自 Abracon 数据） 超宽带信号及其天线的潜在传输范围很广，使其非常适合网关和路由器、高速流媒体、无线接入点、手持式设备、跟踪定位、智能家居设备控制、娱乐系统等应用。它们还适用于物联网 (IoT)、机对机 (M2M) 通信、安全汽车门禁、物品追踪、室内导航、免动手支付、智能门禁、异物探测等领域的应用。 此外，Abracon 的超宽带天线专门针对下一代连接而设计。它们覆盖了从 698 MHz 到 7 GHz 的整个频谱，并具备多个优势： · 高性能 · 高辐射效率 · 低功耗（因为超宽带系统的功耗要求低） · 满足行业对快速稳定数据传输的需求 · 完整的分立式芯片器件，简化天线设计导入和电路板/系统布局 强调细节 仔细观察 Abracon 超宽带天线，便可发现其特性，以及其如何简化工程设计工作。ACG0806U 是一款表面贴装器件 (SMD) 超宽带天线，工作频率为 3.3 GHz 至 7.2 GHz（4000 MHz 带宽），采用小巧的 8.0 × 6.0 × 1.2 mm 陶瓷芯片封装（图 1）。 
图 1：Abracon ACG0806U 是一款超宽带天线，工作频率为 3.3 GHz 至 7.2 GHz，采用小巧的 8.0 × 6.0 × 1.2 mm 陶瓷芯片封装。（图片来源：Abracon） 在电气特性方面，ACG0806U 提供线性极化和全向方位波束宽度，标称阻抗为 50 Ω，电压驻波比 (VSWR) 则低于 3.5。以下图表显示了更详细的性能信息，包括回波损耗的阻抗特性，以及总效率的发射特性（图 2 和图 3）。 
图 2：ACG0806U 的回波损耗（以 dB 为单位）图，详细显示了其在指定工作频段内的一个性能方面。（图片来源：Abracon） 
图 3：图中显示了 ACG0806U 在工作频率范围内的效率。（图片来源：Abracon） 如何以及在何处放置和连接芯片天线，对设计人员而言同样重要。一个评估板显示了 ACG0806U 的放置位置以及相关匹配电路（图 4）。 
图 4：图中显示了放置 ACG0806U 天线的相关尺寸。（图片来源：Abracon） 总结 如今，多频带和宽带应用受到越来越多的关注，而支持这些应用就需要用到超宽带天线。Abracon 提供了一系列具有不同中心频率和带宽的表面贴装超宽带芯片天线。使用这些天线，设计人员能够快速选择超宽带天线并将其放置于电路板上，更快地进入项目的下一阶段。 |
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