Wi-Fi跟AP類(lèi)設備制造商面臨射頻與天線(xiàn)設計挑戰

 

得益于新標準的頒布和更多免受限頻段的加入，可預期全球范圍內支持Wi-Fi功能的設備將會(huì )激增。

 

據ABI Research估算，到2025年，全球Wi-Fi設備的保有數量將從2020年的104億部左右增長(cháng)到155億部以上。諸如汽車(chē)、智能家居、家庭娛樂(lè )、游戲和可穿戴設備等快速增長(cháng)的目標市場(chǎng)，以及越來(lái)越多的企業(yè)采用，都在推動(dòng)Wi-Fi設備的增長(cháng)。

 

當然，沒(méi)人喜歡性能不可靠的Wi-Fi連接。如果設備制造商想要充分利用Wi-Fi帶來(lái)的機遇，那么他們的產(chǎn)品將需要提供穩定且可預測的性能。實(shí)現更高的數據吞吐量、更短的延遲時(shí)間和更低的功耗都是必須的，而所有這些也都是Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E標準所要求的。此外，這些對性能功耗的要求都必須在Wi-Fi所支持的所有頻段上同步實(shí)現。

 

因此，如何進(jìn)行互聯(lián)設備的天線(xiàn)設計與優(yōu)化，成為了實(shí)現上述目標的其中一環(huán)，但是傳統的天線(xiàn)設計幾乎都是針對客戶(hù)系統進(jìn)行的定制，即使對于Wi-Fi、藍牙和Zigbee這些常見(jiàn)的通信協(xié)議也是如此，更遑論那些頻段在不同國家和地區都有所不同的蜂窩移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)通信標準和私有協(xié)議。這樣的開(kāi)發(fā)模式需要大量的設計、制作和測試分析時(shí)間，同時(shí)還因為非標準化的產(chǎn)品還帶來(lái)了無(wú)法采用自動(dòng)貼片加工流程的問(wèn)題，供應鏈也非常難以控制，那么是否有一種更好的設計、開(kāi)發(fā)和應用模式和方法呢？。

 

使用Virtual Antenna™去創(chuàng )造顛覆性的Wi-Fi產(chǎn)品

 

Ignion提供了創(chuàng )新的、標準化、芯片式Virtual Antenna™天線(xiàn)系統縮短了Wi-Fi設備的上市時(shí)間，同時(shí)還能實(shí)現與定制天線(xiàn)相當的性能水平，也無(wú)需依靠天線(xiàn)專(zhuān)家來(lái)解決與多頻段產(chǎn)品相關(guān)的復雜設計問(wèn)題。

 

通過(guò)Ignion創(chuàng )新性的天線(xiàn)技術(shù)，并使用一個(gè)簡(jiǎn)單的匹配電路，電子工程師可以簡(jiǎn)單地“微調”設備以適應不同的頻段，同時(shí)仍能確保必要的性能水平。對于業(yè)務(wù)決策者來(lái)說(shuō)，值得慶幸的是，設計周期縮短了，成本降低了，而且結果是可預測的。沒(méi)有必要進(jìn)行實(shí)驗性和工匠式的天線(xiàn)設計，因為這些設計總是會(huì )帶來(lái)性能反復、延遲上市時(shí)間和打破研發(fā)預算的風(fēng)險。

 

ABI Research董事總經(jīng)理兼副總裁Dan Shey對Ignion尖端的解決方案印象深刻。“匹配網(wǎng)絡(luò )可以在數小時(shí)內創(chuàng )建，”他表示，“而且由于Virtual Antenna™技術(shù)是標準化和模塊化的，因此可以確保設備制造的可復制性和速度。Virtual Antenna™技術(shù)將會(huì )降低開(kāi)發(fā)總成本。”

 

庫存管理和供應鏈物流也變得更易于處理。采用Virtual Antenna™技術(shù)的Wi-Fi天線(xiàn)系統覆蓋了與無(wú)線(xiàn)協(xié)議相關(guān)的所有標準和頻段，因此無(wú)需為不同地區采購不同的天線(xiàn)，盡管在那些地區可用的頻譜很可能是不同的。

 

NRE費用也是天線(xiàn)設計過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題，由于傳統天線(xiàn)采用定制模式，因此許多情況下天線(xiàn)設計公司還要向系統和模組廠(chǎng)商征收NRE費用。但是采用標準化芯片式天線(xiàn)，只需在Ignion的中文網(wǎng)站上采用Fast Track工具，就可以免費完成天線(xiàn)設計從而節省NRE費用；相同的Wi-Fi設備只需要進(jìn)行一次設計，就可在不同地區成功運行。

 

ABI Research1在其最近出版的一份白皮書(shū)中強調了使用Ignion的Virtual Antenna™方法與其他天線(xiàn)設計方法相比的優(yōu)勢，該市場(chǎng)研究機構得出結論：“Virtual Antenna™技術(shù)的主要優(yōu)勢之一是有助于減少產(chǎn)品庫存和簡(jiǎn)化集成復雜性。”

 

 

在性能上沒(méi)有折讓

 

Ignion聯(lián)合創(chuàng )始人兼創(chuàng )新副總裁Carles Puente明確表示，一些人認為Virtual Antenna™產(chǎn)品是標準化現成可用的，就意味著(zhù)Wi-Fi設備在性能上有折衷，這是一種錯誤的觀(guān)念。

 

“有些人可能會(huì )感到進(jìn)退兩難，”他說(shuō)，“如果您想獲得最佳的性能，那么您需要定制天線(xiàn)；如果您想獲得又快又便宜的產(chǎn)品，那么現成的芯片式天線(xiàn)就是最好的選擇；我們的技術(shù)實(shí)現了兩全其美！您只需要簡(jiǎn)單地調整匹配網(wǎng)絡(luò )，而不是天線(xiàn)部分，即可獲得定制天線(xiàn)的性能。所以使用Virtual Antenna™技術(shù)，在性能上沒(méi)有任何折讓。”

 

印制電路板（PCB）走線(xiàn)和沖壓金屬是天線(xiàn)設計的其他一些選擇項。對于單頻段應用來(lái)說(shuō)，前者可能在成本方面更具吸引力，但是對于多頻段部署而言，如何調整走線(xiàn)的長(cháng)度和幾何形狀可能存在問(wèn)題。ABI Research表示，PCB走線(xiàn)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中可能存在不一致性，這反過(guò)來(lái)又會(huì )導致質(zhì)量問(wèn)題。

 

易于使用的“匹配網(wǎng)絡(luò )”功能是Virtual Antenna™系統的一部分，該功能不會(huì )遇到這些類(lèi)型的問(wèn)題。

 

根據ABI Research的分析，金屬沖壓方法可以提供良好的多頻段性能，但這只有在“適當的定制設計”前提下才可能有效。這將涉及為每個(gè)設計定制制造模具和工具等額外投資。振動(dòng)也可能會(huì )使天線(xiàn)松動(dòng)。

 

“如果您更改頻段或PCB尺寸，當使用其他方法來(lái)設計天線(xiàn)時(shí)，您將重新回到繪制電路板階段，必須重新設計，”Ignion北美銷(xiāo)售總經(jīng)理Dan Klaeren說(shuō)，“使用Virtual Antenna™技術(shù)，就無(wú)需從頭開(kāi)始。設備制造商可以重復使用現有的設計。”

 

Ignion Wi-Fi產(chǎn)品組合中的NANO mXTEND™芯片式天線(xiàn)，這是目前世界上尺寸最小的Virtual Antenna™天線(xiàn)元件。

 

Ignion擁有三款標準化、現成的Wi-Fi Virtual Antenna™產(chǎn)品，每款產(chǎn)品都適用于小尺寸設備。它們覆蓋了與該無(wú)線(xiàn)協(xié)議相關(guān)的所有標準和頻段。

 

“Wi-Fi市場(chǎng)需要小巧、時(shí)尚、頗具吸引力的設備，無(wú)論您是面向消費者還是企業(yè)，您都希望將這些產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)，”Ignion的Dan Klaeren說(shuō)，“這意味著(zhù)要求縮短設計周期和降低風(fēng)險，這一切都可以通過(guò)我們獨特的無(wú)線(xiàn)Fast Track工具實(shí)現。”

 

設計周期也是天線(xiàn)和射頻開(kāi)發(fā)團隊必須考慮的一個(gè)問(wèn)題，由于傳統的天線(xiàn)設計都需要花費大量的時(shí)間去設計、測試和調試，因此給射頻工程師帶來(lái)了不少的工作。但是采用Virtual Antenna技術(shù)，可以在Ignion中文網(wǎng)站上使用Fast Track工具，在24小時(shí)內就可為Wi-Fi設備提供樣品匹配電路設計。

 

 

NANO mXTEND™是目前最小的Virtual Antenna™芯片式天線(xiàn)，其超級小巧的尺寸僅為3.0 x 2.0 x 0.8毫米。NANO mXTEND™于今年5月在Wi-Fi世界大會(huì )（Wi-Fi World Congress）上推出，可安裝在PCB的角落或邊緣位置。該芯片天線(xiàn)的第一個(gè)應用場(chǎng)景是以2.4 GHz頻段為中心的應用，包括Wi-Fi，BLE跟Zigbee，后續將繼續開(kāi)發(fā)NANO的其他無(wú)線(xiàn)應用。

 

 

DUO mXTEND™芯片式天線(xiàn)支持Wi-Fi 6，并覆蓋了2.4 GHz和5 GHz頻段。它的尺寸為7.0 x 3.0 x 2.0毫米，非常適合諸如游戲耳機等需要2.4 GHz和5 GHz連接的接入點(diǎn)和邊緣設備。

 

 

ONE mXTEND™產(chǎn)品是一款微型超薄芯片式天線(xiàn)。它的尺寸僅為7.0 x 3.0 x 1.0毫米，幾乎可以安裝在任何硬件平臺上。

 

ONE mXTEND™覆蓋2.4 GHz、5 GHz和6 GHz頻段，支持Wi-Fi 5、Wi-Fi 6和Wi-Fi6E。即使設備制造商還沒(méi)有準備好使用全部的Wi-Fi標準和頻段，但是通過(guò)從一開(kāi)始就采用ONE mXTEND™，在當需要進(jìn)行擴展時(shí)，就不需要進(jìn)行冗長(cháng)且昂貴的重新設計。ONE mXTEND™是一種面向未來(lái)的設計Wi-Fi產(chǎn)品天線(xiàn)創(chuàng )新方法。

 

 

為8x8 MIMO做好準備

 

Wi-Fi 6的到來(lái)擴展了對多輸入多輸出（MIMO）的支持，從Wi-Fi 5支持的4x4天線(xiàn)配置擴展到8x8 MIMO配置。新標準還引入了上行鏈路多用戶(hù)功能MU-MIMO，它支持多個(gè)客戶(hù)端同時(shí)向接入點(diǎn)傳輸數據。

 

為了提高Wi-Fi容量，需要在狹小的空間內容納多個(gè)天線(xiàn)，這與Ignion的微型Virtual Antenna™芯片式技術(shù)相得益彰。“在MIMO配置中，如果天線(xiàn)距離太近，可能會(huì )導致次優(yōu)耦合，”Puente解釋說(shuō)，“通過(guò)我們的創(chuàng )新解決方案，您可以將我們的芯片式天線(xiàn)安裝在A(yíng)P或者Wi-Fi設備的PCB框架或周邊，由于已經(jīng)知道它們占用最小的空間，并且可以盡可能地分開(kāi)，同時(shí)仍能提供所需的多頻段性能。”

 

 

不受芯片短缺的影響

 

由于疫情的影響，陶瓷芯片和半導體產(chǎn)品供不應求。但這并不會(huì )影響Ignion芯片式天線(xiàn)的生產(chǎn)。我們的芯片天線(xiàn)是以環(huán)氧玻璃材料為基礎的，這是一種在PCB中常見(jiàn)的基板材料。環(huán)氧玻璃是一種具有廣泛來(lái)源的材料，現在在全球多個(gè)工廠(chǎng)生產(chǎn)。使用Ignion的Virtual Antenna™芯片天線(xiàn)的客戶(hù)無(wú)需為漫長(cháng)的交貨時(shí)間而煩惱。

 

因為使用標準化的產(chǎn)品，他們也無(wú)需擔心無(wú)法預測的設計周期和不合格的性能。

 

Virtual Antenna™系統為Wi-Fi設備制造商提供了安心保障，讓他們的工作更輕松，并使他們能夠集中精力去全力開(kāi)發(fā)這個(gè)蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)。