Virtual Antenna技术改变物联网设备的研发与制造

发布时间:2021-10-8 17:19    发布者:eechina
关键词: Ignion , Virtual Antenna , 天线设计
Ignion公司白皮书

设备制造商不再需要成为天线专家,或需要巨额预算来应对蓬勃发展的物联网市场。

Ignion使物联网设备制造商的工作变得更加轻松。其开创性的Virtual Antenna™系统将天线产品的开发时间从数月缩短到数周,同时仍能确保其满足运营商的要求,特别是在多频段射频设备的天线处理上。

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您如何在物联网设备中设计和嵌入适合的多频段天线,而不会导致研发成本失控?

如果天线和射频(RF)工程师没有采取合适的方法,使用传统方法始终存在风险,同时设计周期也会陷入困境并被延长。物联网设备制造商最终会耗费比计划更多的资金,而且会丧失将产品快速推向市场的先机。

作为一家尖端的芯片式天线技术公司,Ignion非常清楚在商业应用中存在的挑战。更好的是,它推出了一种颠覆性的解决方案:Virtual Antenna™技术。该技术之所以被业界冠以颠覆性描述,是因为它可以将曾经费时、费力和费钱的天线设计缩减至零费用和工作日24小时以内,而且即使没有丰富射频和天线经验的工程师也可以完成;同时,所有这些设计需求还可以通过在Ignion网站上的Fast Track设计服务来完成。

“我们公司与Ignion合作,采用Virtual Antenna™技术的主要原因是:该技术有助于我们去解决设备当中的多频段技术问题,因为我们已经开始使用多频段设备。”Landis+Gyr的无线通信设备架构师Justin Matthews说,“如果您一直专注于单频段天线设计,那么设计有多种独立性能要求的多频段天线将是一项棘手的工作。”Justin是智能表计和无线mesh通信方面的专家。

Ignion的首席执行官Jaap Groot表示:“您可以通过缩短产品开发时间,来大幅度提高利润。”而且Jaap Groot称Virtual Antenna™技术是“革命性的”。Groot曾是专注于物联网领域的SigFox和Semtech公司的高管,以及多家科技初创企业的联合创始人。

他并不是业界唯一发表此类看法的人士。Ignion已售出的芯片式天线已超过了2500万颗。此外,包括Cavli Wireless、Nordic Semiconductor、Sequans和Sierra Wireless等在内的众多射频类公司都在其参考芯片设计中使用了Ignion公司的产品跟技术。这种全新、简化的方法,将给嵌入式天线设备带来里程碑式的变化。

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在更短的时间内产生销售收入

无论物联网设备的工作频段和采用的无线连接协议是什么,Virtual Antenna™技术都可以为每种类型的物联网设备加快设计周期。同样重要的是,Virtual Antenna™系统会让用户感到放心,其最终产品可以满足运营商的性能要求,而且宝贵的电池电量不会仅仅为了弥补天线的不足而被消耗掉。

天线设计曾经物联网系统设计中最为耗费时日的工作之一,而且还需要具有丰富射频和天线经验的工程师花费大量精力和支付NRE才能完成。今天,利用Virtual Antenna™技术,天线设计缩减至零费用和工作日24小时内完成;同时,所有这些设计需求既可以通过联络Ignion在中国的工程团队,也可以通过在Ignion网站上的Fast Track设计服务来完成。

消除设计阶段的风险

无论是传感器、追踪器还是可穿戴设备,快速、简单和低成本的设计过程是难以实现的,尤其是当设备需要在多频段环境中工作时更是如此。但Virtual Antenna™并不像普通的天线一样工作。远非如此。

Ignion的领先研究团队在重新解释物理定律以缩小天线尺寸方面有着悠久而成功的历史和经验,即使他们需要适应波长差异巨大的不同频率。

Ignion公司专为物联网市场打造的Virtual Antenna™技术延续了这一传统。

Virtual Antenna™系统的核心是Ignion独特设计的天线芯片,其尺寸可低至仅相当于一块5毫米x5毫米x5毫米的方糖。当与物联网设备的“接地层”(Ground Plane)协同工作时,Ignion的天线单元(Booster)将提供要求的辐射作用。当Ignion的微型芯片尺寸比其他定制的、且更昂贵的竞争产品小十倍时,这是一项了不起的成就。

这些技术进步在很多实际的应用场景和成功案例中得到了验证。一方面,虽然天线单元(Booster)尺寸非常小,但仍然能够支持从600MHz到10GHz的多个频段,因此它无需定制以适应不同的外形和设计。同一芯片式天线元件可用于多个物联网项目,从而简化采购物流,提高了规模经济。

而且也无需从头开始设计设备来适应不同地理区域要求的不同频段。就用相同的芯片式天线元件,只需稍加调整以“匹配”不同地区对网络的需求,就可使同一设备在全球范围内皆可使用。

另一个好处是:在生产阶段既不需要特殊的工具,也不需要定制昂贵的天线模具。由于天线booster被封装成一个标准的、现成可用的元件,因此可以在装配线上使用传统的表面贴装(SMT)工艺来完成加工;使用机器在物联网设备的印制电路板(PCB)上放置和焊接所有必要的元件,其中包括Ignion的天线booster,这样就不需要人工干预,从而将人为错误排除在外。

Virtual Antenna™技术为物联网设备制造商开启了加速增长和缩短实现营业收入时间的大门。

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消除设计周期风险

Virtual Antenna™技术能够实现更快、更具可预测性的设计周期的原因之一是:它使天线工程师不再需要反复摸索那些需要靠经验去做的设计与验证。

只需通过遵循三个易于使用的步骤,就可以确保成功实施Virtual Antenna™技术。即使是几乎没有天线集成经验的电子工程师,现在也可以成为微调不同网络和频段辐射性能的首选人员。Virtual Antenna™技术是物联网行业游戏规则的改变者。

Ignion联合创始人兼创新副总裁Carles Puente博士说:“射频和天线工程不再复杂。突然之间,设计天线变得像设计电子线路一样平常。电子工程师无需成为天线专家即可嵌入一款天线。”

第一步是为物联网设备电路板上的天线booster选择最佳位置。Ignion会在此阶段提供建议,并辅以可视化的建模。在选择和放置任何其他元件之前,先选择和放置在PCB上的天线元件,这是加速设计过程的关键。

第二步是调整无源电子元件,以创建一个“匹配电子电路”或“匹配网络”。这种匹配确保了各种网络的能源效率,而与无线协议或频段无关。同样,Ignion提供了所有必要的指导,使这个设计过程变得简单和易于遵循。

最后一步是将物联网设备通过网络分析仪来进行检验,以确保它符合所有需要的性能要求。根据结果,可能需要对匹配电路进行进一步的调整,但不需要任何可能会困扰电子工程师的东西。

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将一种物联网设备推向市场,而不会出现Puente所说的“令人讨厌的意外”,天线和射频从未像现在这样如此简单。“设计过程从一开始就是可预测的。”他说。目前,Ignion已经将上述三个步骤进一步简化到其网站上的Fast Track线上服务,物联网系统工程师可以在24小时内免费得到一款天线设计。

与过去为物联网设备定制开发天线和复杂的测试和安装方法相比,Virtual Antenna™位于现成的、更易于使用类方法的“神奇象限”内(参见相邻象限图)。

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覆盖所有的无线协议

Virtual Antenna™技术为面向多样化市场的物联网设备制造商提供了一种令其放心的解决方案。它可以针对蜂窝网络标准(NB-IoT和LTE-M,以及2G一直到5G)和一系列非蜂窝无线协议进行调整。

这些非蜂窝通信协议包括蓝牙、LoRa、Sigfox、Wi-Fi、WiSUN和Zigbee等。Virtual Antenna™无线协议组合也可以覆盖全球导航卫星系统(GNSS)和全球定位系统(GPS)形式出现的卫星信号接收。

加速增长

对于物联网设备制造商来说,当您将两个射频器件放入一个产品时,天线的复杂性并不是简单地翻了一倍。其复杂性将增加一个数量级,而这就是Ignion可以发挥作用的地方了。

Virtual Antenna™是一项业界可以广泛使用的技术突破,因为它可以为用户消除这种复杂性。Ignion的创新技术为物联网设备制造商提供了前所未有的开发周期,使其尽可能快地将多频段产品推向市场。

Fast Track工具

Ignion另一个功能强大的工具是其独特的无线设计Fast Track线上工具。Fast Track无线设计服务是专为那些可能不确定如何开始使用Virtual Antenna™技术的公司而设计的,该工具可以将天线单元(booster)虚拟地放置在客户的PCB上。

然后,Ignion为所需的频段设计第一版匹配电子电路方案,所有这些都针对物联网设备的特定电路板进行了优化。通过这种方式,从一开始就可以预测物联网设备的无线性能。

使用Fast Track无线设计工具的用户可以在24小时内获得反馈,目前Ignion也在其中文网站上为中国客户开始了Fast Track服务,成为了射频与天线工程领域内的一个重大的创新。

用户成功案例

从Landis+Gyr商业化案例中看各种优势……

在Landis+Gyr公司,Matthews负责北美和亚太地区无线设备的硬件架构。这必然意味着要使用不同的通信技术和多个工作频段,这也会造成设计周期中的复杂性,即使是一位经验丰富的射频和天线工程师,他也不愿意这样做。

目前,Landis+Gyr正在开发一款高端、小批量的通信设备,由于它通过笔记本电脑上的USB端口连接到网状网络,因此设计必须紧凑小巧。

“Ignion解决方案无疑对我们有很大帮助,因为我们能够更快地推出产品,”Matthews说,“对我们来说,极大地降低了设计复杂性,也显著减少了验证时间。”
对Matthews来说,Ignion的另一个吸引力是“最小的设备差异”。Landis+Gyr计划在多个地区推出新设备,而每个地区都有不同的工作频段。为了解决这个问题,Landis+Gyr最初考虑在不同地区使用不同的外部天线,但这个想法并不可行。最后,Matthews选择了Ignion的TRIO mXTEND™三频天线booster。

“我建议使用同一个Ignion硬件的不同变体来覆盖不同地区的所有频段,”他解释说,“这减少了我们建立库存管理系统的工作量,因此Ignion可能是我所遇到的最先进的天线技术公司。”

用户成功案例
......以及ZillionSource

由思科(Cisco)支持的ZillionSource是一家领先的资产追踪和供应链管理公司。该公司为货物和集装箱追踪提供企业级物联网软件平台和高性能物联网设备。
ZillionSource的设计工程师Peter Huang表示,“增强产品性能和可靠性”是我们公司选择Ignion来助力开发下一代物联网设备的主要原因。

ZillionSource和Ignion并肩合作,开发了一款GPS追踪器原型产品,可以覆盖LTE和GSM频段。该设计基于Ignion的TRIO mXTEND™三频天线booster构建。

“一切都在按计划进行,”Peter说,“高性能和专业设计是我们选择Ignion的主要考虑因素,很高兴我们做出了正确的选择。”

Ignion加入德国电信IoT Solution Optimizer物联网解决方案优化工具战略计划

Miguel Rodriguez是欧洲物联网行业的重要推动者。作为德国电信物联网设备验证和工程高级经理,他和他的团队负责确保设备与集团在欧洲12个国家运营商网络正常互联互通。除了从2G一直到5G,德国电信还推出了NB-IoT和LTE-M网络。

德国电信设备认证工作的核心是其物联网解决方案优化工具(IoT Solution Optimizer),该工具于2019年在巴塞罗那举行的世界移动通信大会(Mobile World Congress)上正式推出,它是一种线上“数字孪生”建模工具,可支持设备制造商去衡量不同的设计如何影响电池寿命和覆盖范围。该工具还提供了一系列指导,帮助厂商了解如何构建从停车传感器到智能表计等不同类型设备,它根据物联网垂直应用案例汇总和匿名化数据。这样做的目的是将产品更快地推向市场,同时仍能与网络保持兼容。

在2020年年中,德国电信将Ignion加入到其物联网解决方案优化工具合作伙伴名单中。Rodriguez表示,Ignion在天线方面拥有的专业知识和建模能力,让许多使用物联网解决方案优化工具的公司大开眼界,尤其是那些以前没有意识到天线集成对整体设备性能影响的公司。

通过在IoT Solution Optimizer物联网解决方案优化工具中对Ignion的天线进行建模,能够看到它们在PCB上的位置是如何影响覆盖范围和性能的,并了解它们如何影响电池寿命。Rodriguez说,这使得天线在实现商业应用具体目标方面所发挥的关键作用更加明显。

德国电信物联网设备验证和工程高级经理Miguel Rodriguez表示:“当我们开始与许多公司探讨时,他们通常将天线视为其移动物联网设备设计中具有最低风险的设计环节之一。”

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Virtual Antenna™技术改变了游戏规则

使Virtual Antenna™从竞争产品中脱颖而出的不仅仅是更大的规模经济和更快的上市时间,还有简捷易用。

易用性极大地简化了设计过程和工程师配置匹配电路,尽管这两项创新本身就是游戏规则的改变者,得到了Ignion的大力支持。目前,Ignion已经将复杂的天线设计过程进一步简化到其英文网站或者中文网站上的Fast Track线上服务,物联网系统工程师最快可以在24小时内就能够免费得到一款天线设计。

Matthews对Ignion的前端模拟、调优和性能审核服务的印象尤为深刻。“因为他们的报告是专业的、基于模板的,所以可以在内部传阅,而无需自己付出任何努力或对它们进行修饰,”他说,“综合所有因素,Ignion可能是我所遇到的最先进的天线技术公司。”

天线选择也被简化了。传统的方式是浏览在线目录,这些目录通常包含数千种可供选择的产品,每种产品都被预先定义为在狭窄的特定区域内运行。另一方面,Virtual Antenna™产品组合由不到十种产品组成,覆盖了所有的无线协议和频段排列。耗时搜索次优产品的日子可能已经一去不复返了。

Groot将Virtual Antenna™的行业重要性比作一级方程式赛车(Formula One cars)中的轮胎。如果轮胎不合格,那么“引擎”的力量将无法充分体现,大家在了解连接性和创新应用案例后再进行思考。

在Virtual Antenna™的驱动下,物联网加速发展的时代已经到来。

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