Wi-Fi跟AP類設(shè)備制造商面臨射頻與天線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

 

得益于新標(biāo)準(zhǔn)的頒布和更多免受限頻段的加入，可預(yù)期全球范圍內(nèi)支持Wi-Fi功能的設(shè)備將會(huì)激增。

 

據(jù)ABI Research估算，到2025年，全球Wi-Fi設(shè)備的保有數(shù)量將從2020年的104億部左右增長(zhǎng)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(shè)備等快速增長(zhǎng)的目標(biāo)市場(chǎng)，以及越來(lái)越多的企業(yè)采用，都在推動(dòng)Wi-Fi設(shè)備的增長(zhǎng)。

 

當(dāng)然，沒(méi)人喜歡性能不可靠的Wi-Fi連接。如果設(shè)備制造商想要充分利用Wi-Fi帶來(lái)的機(jī)遇，那么他們的產(chǎn)品將需要提供穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)的性能。實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)所要求的。此外，這些對(duì)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(xiàn)。

 

因此，如何進(jìn)行互聯(lián)設(shè)備的天線設(shè)計(jì)與優(yōu)化，成為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的其中一環(huán)，但是傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)幾乎都是針對(duì)客戶系統(tǒng)進(jìn)行的定制，即使對(duì)于Wi-Fi、藍(lán)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(guó)家和地區(qū)都有所不同的蜂窩移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)和私有協(xié)議。這樣的開(kāi)發(fā)模式需要大量的設(shè)計(jì)、制作和測(cè)試分析時(shí)間，同時(shí)還因?yàn)榉菢?biāo)準(zhǔn)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(yīng)鏈也非常難以控制，那么是否有一種更好的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化、芯片式Virtual Antenna™天線系統(tǒng)縮短了Wi-Fi設(shè)備的上市時(shí)間，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)與定制天線相當(dāng)?shù)男阅芩?，也無(wú)需依靠天線專家來(lái)解決與多頻段產(chǎn)品相關(guān)的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。

 

通過(guò)Ignion創(chuàng)新性的天線技術(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(diào)”設(shè)備以適應(yīng)不同的頻段，同時(shí)仍能確保必要的性能水平。對(duì)于業(yè)務(wù)決策者來(lái)說(shuō)，值得慶幸的是，設(shè)計(jì)周期縮短了，成本降低了，而且結(jié)果是可預(yù)測(cè)的。沒(méi)有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性和工匠式的天線設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些設(shè)計(jì)總是會(huì)帶來(lái)性能反復(fù)、延遲上市時(shí)間和打破研發(fā)預(yù)算的風(fēng)險(xiǎn)。

 

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

 

庫(kù)存管理和供應(yīng)鏈物流也變得更易于處理。采用Virtual Antenna™技術(shù)的Wi-Fi天線系統(tǒng)覆蓋了與無(wú)線協(xié)議相關(guān)的所有標(biāo)準(zhǔn)和頻段，因此無(wú)需為不同地區(qū)采購(gòu)不同的天線，盡管在那些地區(qū)可用的頻譜很可能是不同的。

 

NRE費(fèi)用也是天線設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題，由于傳統(tǒng)天線采用定制模式，因此許多情況下天線設(shè)計(jì)公司還要向系統(tǒng)和模組廠商征收NRE費(fèi)用。但是采用標(biāo)準(zhǔn)化芯片式天線，只需在Ignion的中文網(wǎng)站上采用Fast Track工具，就可以免費(fèi)完成天線設(shè)計(jì)從而節(jié)省NRE費(fèi)用；相同的Wi-Fi設(shè)備只需要進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，就可在不同地區(qū)成功運(yùn)行。

 

ABI Research1在其最近出版的一份白皮書(shū)中強(qiáng)調(diào)了使用Ignion的Virtual Antenna™方法與其他天線設(shè)計(jì)方法相比的優(yōu)勢(shì)，該市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)得出結(jié)論：“Virtual Antenna™技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一是有助于減少產(chǎn)品庫(kù)存和簡(jiǎn)化集成復(fù)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(rèn)為Virtual Antenna™產(chǎn)品是標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)成可用的，就意味著Wi-Fi設(shè)備在性能上有折衷，這是一種錯(cuò)誤的觀念。

 

“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；如果您想獲得又快又便宜的產(chǎn)品，那么現(xiàn)成的芯片式天線就是最好的選擇；我們的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩全其美！您只需要簡(jiǎn)單地調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)，而不是天線部分，即可獲得定制天線的性能。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）走線和沖壓金屬是天線設(shè)計(jì)的其他一些選擇項(xiàng)。對(duì)于單頻段應(yīng)用來(lái)說(shuō)，前者可能在成本方面更具吸引力，但是對(duì)于多頻段部署而言，如何調(diào)整走線的長(zhǎng)度和幾何形狀可能存在問(wèn)題。ABI Research表示，PCB走線的一個(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(dǎo)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(tǒng)的一部分，該功能不會(huì)遇到這些類型的問(wèn)題。

 

根據(jù)ABI Research的分析，金屬?zèng)_壓方法可以提供良好的多頻段性能，但這只有在“適當(dāng)?shù)亩ㄖ圃O(shè)計(jì)”前提下才可能有效。這將涉及為每個(gè)設(shè)計(jì)定制制造模具和工具等額外投資。振動(dòng)也可能會(huì)使天線松動(dòng)。

 

“如果您更改頻段或PCB尺寸，當(dāng)使用其他方法來(lái)設(shè)計(jì)天線時(shí)，您將重新回到繪制電路板階段，必須重新設(shè)計(jì)，”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(shè)備制造商可以重復(fù)使用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)。”

 

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

 

Ignion擁有三款標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)成的Wi-Fi Virtual Antenna™產(chǎn)品，每款產(chǎn)品都適用于小尺寸設(shè)備。它們覆蓋了與該無(wú)線協(xié)議相關(guān)的所有標(biāo)準(zhǔn)和頻段。

 

“Wi-Fi市場(chǎng)需要小巧、時(shí)尚、頗具吸引力的設(shè)備，無(wú)論您是面向消費(fèi)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)，“這意味著要求縮短設(shè)計(jì)周期和降低風(fēng)險(xiǎn)，這一切都可以通過(guò)我們獨(dú)特的無(wú)線Fast Track工具實(shí)現(xiàn)。”

 

設(shè)計(jì)周期也是天線和射頻開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)必須考慮的一個(gè)問(wèn)題，由于傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)都需要花費(fèi)大量的時(shí)間去設(shè)計(jì)、測(cè)試和調(diào)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(nèi)就可為Wi-Fi設(shè)備提供樣品匹配電路設(shè)計(jì)。

 

 

NANO mXTEND™是目前最小的Virtual Antenna™芯片式天線，其超級(jí)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。該芯片天線的第一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是以2.4 GHz頻段為中心的應(yīng)用，包括Wi-Fi，BLE跟Zigbee，后續(xù)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)NANO的其他無(wú)線應(yīng)用。

 

 

DUO mXTEND™芯片式天線支持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(jī)等需要2.4 GHz和5 GHz連接的接入點(diǎn)和邊緣設(shè)備。

 

 

ONE mXTEND™產(chǎn)品是一款微型超薄芯片式天線。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(tái)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(shè)備制造商還沒(méi)有準(zhǔn)備好使用全部的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)和頻段，但是通過(guò)從一開(kāi)始就采用ONE mXTEND™，在當(dāng)需要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，就不需要進(jìn)行冗長(zhǎng)且昂貴的重新設(shè)計(jì)。ONE mXTEND™是一種面向未來(lái)的設(shè)計(jì)Wi-Fi產(chǎn)品天線創(chuàng)新方法。

 

 

為8x8 MIMO做好準(zhǔn)備

 

Wi-Fi 6的到來(lái)擴(kuò)展了對(duì)多輸入多輸出（MIMO）的支持，從Wi-Fi 5支持的4x4天線配置擴(kuò)展到8x8 MIMO配置。新標(biāo)準(zhǔn)還引入了上行鏈路多用戶功能MU-MIMO，它支持多個(gè)客戶端同時(shí)向接入點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。

 

為了提高Wi-Fi容量，需要在狹小的空間內(nèi)容納多個(gè)天線，這與Ignion的微型Virtual Antenna™芯片式技術(shù)相得益彰。“在MIMO配置中，如果天線距離太近，可能會(huì)導(dǎo)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安裝在AP或者Wi-Fi設(shè)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(dǎo)體產(chǎn)品供不應(yīng)求。但這并不會(huì)影響Ignion芯片式天線的生產(chǎn)。我們的芯片天線是以環(huán)氧玻璃材料為基礎(chǔ)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(xiàn)在在全球多個(gè)工廠生產(chǎn)。使用Ignion的Virtual Antenna™芯片天線的客戶無(wú)需為漫長(zhǎng)的交貨時(shí)間而煩惱。

 

因?yàn)槭褂脴?biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，他們也無(wú)需擔(dān)心無(wú)法預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)周期和不合格的性能。

 

Virtual Antenna™系統(tǒng)為Wi-Fi設(shè)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)。