物联网（IoT）是一种模式转变的技能趋势，在这种趋势下，从冰箱得手表等日常物品都变成了具有互联网连接功能的智能设备。这些物体可以相互共享数据，从而使日常生活的许多方面实现自动化并得到提升。
天线在这些设备中起着举足轻重的浸染。天线是一种将电磁辐射转换为电流的装置，反之亦然。这一功能对付物联网设备以无线办法相互通信和交流数据至关主要，从而促进了物联网的互联性。
然而，由于存在许多限定和考虑成分，将天线集成到这些小型物联网设备（图 1）中是一项重大寻衅。
图1。范例的短间隔无线系统。图片由英飞凌供应尺寸和空间的寻衅尺寸限定
在物联网天下中，消费者渴望紧凑、不引人瞩目的设备，而制造商也努力遵守。这些尺寸限定对天线集成构成了重大障碍。
天线的事情事理是在特定频率上产生谐振，其尺寸常日与设计事情频率的波长成正比。例如，在 2.4 GHz 频段事情的偶极子天线最好须要约 6.25 厘米长，而这种尺寸对付紧凑型物联网设备来说每每是不可行的。
空间限定小型物联网设备内的空间非常拥挤，这给天线集成带来了繁芜的任务。天线必须在靠近处理器、电池和传感器等其他组件的情形下发挥浸染。这些组件可能会滋扰天线的运行，影响其性能，并终极影响设备的功能。
例如，电池的金属外壳常日是紧凑型物联网设备中最大的组件，它可以通过两种办法滋扰天线的事情：一是使天线失落谐，改变其事情频率；二是因其尺寸而屏蔽天线，减少有效辐射模式，削弱设备的连接性。
类似地，处理器，特殊是那些在高频下运行的处理器，会产生大量的电磁噪声。当天线靠近时，它会拾取这种噪声，从而滋扰其旗子暗记的吸收和传输。
小型化导致天线性能降落
物联网设备越来越趋向于小型化、紧凑化，这对设备的便携性和时尚性来说是件好事，但对天线的性能却有不利影响。随着这些设备越来越小，个中的天线也须要缩小。尺寸的缩小会对天线事情的许多主要特性产生负面影响。
小型化对天线性能的一些不利影响包括：
谐振效率降落：天线的事情事理是与特定波长谐振，并且尺寸常日与该波长成比例。随着天线尺寸的减小，其与波长有效谐振的能力会受到影响，从而导致旗子暗记强度降落和传输范围减小。
减少带宽：带宽是指天线可以有效处理的频率范围。较小的天线由于其尺寸，常日具有更有限的带宽。这意味着它们在任何给定时间可以处理更少的数据，这可能会降落数据传输速率并妨碍设备的整体功能。
失落谐的敏感性增加：在紧凑型设备中，天线间隔其他组件更近。这种近间隔可能会导致失落谐，即由其他组件（尤其是金属组件）的滋扰引起的天线事情频率的变革。
辐射方向图受损：天线的辐射方向图描述了其发射旗子暗记的方向和强度，也可能受到小型化的负面影响。较小的天线常日具有不太空想的辐射方向图，这可能导致连接性较弱且不太可靠。
潜在的办理方案针对这些寻衅有几种潜在的办理方案：
片上系统 (SoC)SoC 将微掌握器单元 (MCU) 和 RF 前端集成到一个硅芯片中。通过合并这两种功能，SoC 可以很好地利用物联网设备内部的有限空间。这种空间效率上风是物联网设备越来越多地环绕无线 MCU 进行设计的关键缘故原由。
只管有这些好处，SoC 并不能办理所有问题：天线的物理尺寸仍旧受到其事情频率的波长的限定，并且失落谐（由附近组件引起的天线事情频率的变革）仍旧是一个重大问题。
图2 . 左边是PCB天线，右边是芯片天线。图片由英飞凌供应SoC 与 PCB 走线天线或芯片天线相结合
另一种潜在的办理方案是将 SoC 与 PCB 走线天线或芯片天线配对。
PCB 走线天线是一种其导体蚀刻在 PCB 表面上的天线（图 2）。它们具有本钱效益，但会占用相称大的空间，从而导致物联网设备体积弘大。另一方面，芯片天线是更小的表面安装元件，可以节省空间。然而，根据它们是否连接到接地层，它们可能须要大量的间隙区域。
在利用这些天线类型时，设计职员须要考虑各种成分来估计物联网设备的尺寸。个中包括天线所需的 PCB 尺寸、必要的间隙区域以及天线与设备外壳边缘之间的间隔。
然而，这种方法也有其自身的一系列寻衅。由于须要专门的射频设计技能和设备进行设计、测试和调谐，因此常日会导致更高的开拓本钱。此外，还须要考虑认证用度。
因此，虽然将 SoC 与这些天线配对可以办理一些空间问题，但须要仔细方案，并且由于设计、测试和认证哀求，还可能增加上市韶光。
系统级封装 (SiP) 模块SiP 是一种将微掌握器单元 (MCU)、射频 (RF) 前端和天线等多个组件集成到单个封装中的模块。SiP 模块具有 SoC 的紧凑性，同时还包含所有必要的无源组件，从而肃清了工程师的射频设计难题。
除了其紧凑性之外，SiP 模块还独特地办理了天线集成中臭名昭著的失落谐问题。这些模块内的天线支配设计为纵然在靠近塑料外壳时也能发挥最佳性能。这种设计灵巧性使工程师能够将 SiP 模块放置在设备上的任何位置，这有助于减小设备的整体尺寸。
统统都与管理约束有关将天线集成到小型物联网设备的过程面临着巨大的寻衅。这些困难紧张源于设备尺寸的限定以及小型化对天线性能的负面影响。
已经开拓出多种办理方案来在一定程度上应对这些寻衅。
例如，将 SoC 与 PCB 走线或芯片天线相结合可以办理空间限定问题。然而，由于设计、测试和认证过程须要额外的韶光，这种方法可能会延长产品的上市韶光。
SiP 为天线集成供应了更全面、更用户友好的办理方案。这些现成的装置配有集整天线，无需繁芜的射频设计。此外，它们还可以有效办理常日与紧凑型物联网设备干系的天线失落谐问题。
本文由EETOP编译自allaboutcircuits
