Wi-Fi跟AP類設備制造商面臨射頻與天線設計挑戰(zhàn)

 

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功能的設備將會激增。

 

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

 

當然，沒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帶來的機遇，那么他們的產(chǎn)品將需要提供穩(wěn)定且可預測的性能。實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更短的延遲時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現(xiàn)。

 

因此，如何進行互聯(lián)設備的天線設計與優(yōu)化，成為了實現(xiàn)上述目標的其中一環(huán)，但是傳統(tǒng)的天線設計幾乎都是針對客戶系統(tǒng)進行的定制，即使對于Wi-Fi、藍牙和Zigbee這些常見的通信協(xié)議也是如此，更遑論那些頻段在不同國家和地區(qū)都有所不同的蜂窩移動通信、物聯(lián)網(wǎng)通信標準和私有協(xié)議。這樣的開發(fā)模式需要大量的設計、制作和測試分析時間，同時還因為非標準化的產(chǎn)品還帶來了無法采用自動貼片加工流程的問題，供應鏈也非常難以控制，那么是否有一種更好的設計、開發(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™天線系統(tǒng)縮短了Wi-Fi設備的上市時間，同時還能實現(xiàn)與定制天線相當?shù)男阅芩剑矡o需依靠天線專家來解決與多頻段產(chǎn)品相關的復雜設計問題。

 

通過Ignion創(chuàng)新性的天線技術，并使用一個簡單的匹配電路，電子工程師可以簡單地“微調”設備以適應不同的頻段，同時仍能確保必要的性能水平。對于業(yè)務決策者來說，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。沒有必要進行實驗性和工匠式的天線設計，因為這些設計總是會帶來性能反復、延遲上市時間和打破研發(fā)預算的風險。

 

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)絡可以在數(shù)小時內創(chuàng)建，”他表示，“而且由于Virtual Antenna™技術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™技術將會降低開發(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™技術的Wi-Fi天線系統(tǒng)覆蓋了與無線協(xié)議相關的所有標準和頻段，因此無需為不同地區(qū)采購不同的天線，盡管在那些地區(qū)可用的頻譜很可能是不同的。

 

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

 

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

 

 

在性能上沒有折讓

 

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(xiàn)成可用的，就意味著Wi-Fi設備在性能上有折衷，這是一種錯誤的觀念。

 

“有些人可能會感到進退兩難，”他說，“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；我們的技術實現(xiàn)了兩全其美！您只需要簡單地調整匹配網(wǎng)絡，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，在性能上沒有任何折讓。”

 

印制電路板（PCB）走線和沖壓金屬是天線設計的其他一些選擇項。對于單頻段應用來說，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，如何調整走線的長度和幾何形狀可能存在問題。ABI Research表示，PCB走線的一個主要缺點是生產(chǎn)過程中可能存在不一致性，這反過來又會導致質量問題。

 

易于使用的“匹配網(wǎng)絡”功能是Virtual Antenna™系統(tǒng)的一部分，該功能不會遇到這些類型的問題。

 

根據(jù)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?shù)亩ㄖ圃O計”前提下才可能有效。這將涉及為每個設計定制制造模具和工具等額外投資。振動也可能會使天線松動。

 

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

 

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

 

“Wi-Fi市場需要小巧、時尚、頗具吸引力的設備，無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，”Ignion的Dan Klaeren說，“這意味著要求縮短設計周期和降低風險，這一切都可以通過我們獨特的無線Fast Track工具實現(xiàn)。”

 

設計周期也是天線和射頻開發(fā)團隊必須考慮的一個問題，由于傳統(tǒng)的天線設計都需要花費大量的時間去設計、測試和調試，因此給射頻工程師帶來了不少的工作。但是采用Virtual Antenna技術，可以在Ignion中文網(wǎng)站上使用Fast Track工具，在24小時內就可為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，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（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應用場景是以2.4 GHz頻段為中心的應用，包括Wi-Fi，BLE跟Zigbee，后續(xù)將繼續(xù)開發(fā)NANO的其他無線應用。

 

 

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等需要2.4 GHz和5 GHz連接的接入點和邊緣設備。

 

 

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有準備好使用全部的Wi-Fi標準和頻段，但是通過從一開始就采用ONE mXTEND™，在當需要進行擴展時，就不需要進行冗長且昂貴的重新設計。ONE mXTEND™是一種面向未來的設計Wi-Fi產(chǎn)品天線創(chuàng)新方法。

 

 

為8x8 MIMO做好準備

 

Wi-Fi 6的到來擴展了對多輸入多輸出（MIMO）的支持，從Wi-Fi 5支持的4x4天線配置擴展到8x8 MIMO配置。新標準還引入了上行鏈路多用戶功能MU-MIMO，它支持多個客戶端同時向接入點傳輸數(shù)據(jù)。

 

為了提高Wi-Fi容量，需要在狹小的空間內容納多個天線，這與Ignion的微型Virtual Antenna™芯片式技術相得益彰。“在MIMO配置中，如果天線距離太近，可能會導致次優(yōu)耦合，”Puente解釋說，“通過我們的創(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，同時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)氧玻璃材料為基礎的，這是一種在PCB中常見的基板材料。環(huán)氧玻璃是一種具有廣泛來源的材料，現(xiàn)在在全球多個工廠生產(chǎn)。使用Ignion的Virtual Antenna™芯片天線的客戶無需為漫長的交貨時間而煩惱。

 

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

 

Virtual Antenna™系統(tǒng)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發(fā)這個蓬勃發(fā)展的市場。