多天线设计的基本原则

Posted 2021-09-17 瑞奇Ricky

近期笔者在资产跟踪设备的某定制功能项目服务中，遇到了关于多天线设计的问题。

资产跟踪设备作为物联网技术发展的重要方向之一，该设备主要应用于医疗药物、生鲜冷链、贵重物资的运输监测中，为资产提供追踪的实时数据，避免货物中途出现损坏或丢失等情况的出现。资产跟踪设备使用了多个无线连接，多天线设计的原则使得该设备的信号较强，在使用过程中能够将数据第一事件传递给云端后台，用户能够及时了解实际情况。
提出问题
关于多天线设计的问题。

分析问题
许多移动设备使用多个无线连接，可以是4G/LTE、MIMO/WLAN、蓝牙或GNSS定位天线的任何组合。在一个设计中经常会同时用到多个天线的组合，例如LTE/4G的分集天线提供蜂窝链路，用于蓝牙的Wi-Fi天线，以及用于定位的GNSS天线。在这种情况下，要达到所有天线同时工作，但不相互干扰，必须考虑共存情景，否则很可能是一个强大的LTE/4G信号会阻挡来自较小天线的信号，例如小型Wi-Fi天线。
设计一个有多个天线的PCB并不简单。本文着重介绍了影响天线及其射频信号性能的一些因素，以及在PCB布局时应遵循的基本原则。为了确保所有的元件都能正常工作在一起，PCB应该在消声室进行空气测试。着重对比设计任何修改带来的影响，并展示天线如何一起工作，预测设备的实际性能。

解决问题
建议是让天线远离其他有噪声的部件，并在天线下方留出一个接地层，使其能够有效地辐射。在整个PCB堆叠过程中，保持天线下方的空间保持干净是很重要的。要设计一个内部有多个不同天线的设备，需要了解多个天线如何在PCB上的单个系统中共存和工作。要求各种无线电系统在天线相互接近的情况下工作，称为“设备内共存”。
在某些情况下，分集配置中使用两个天线在同一频率上协同工作，这将提供比单独使用一个天线更强的传输。在其他情况下，一个设备需要在不同频率上运行的不止一个无线连接，并且设计应考虑到这些连接之间的一些分离，以允许它们在“共存”中独立运行。通过良好的设计，您可以实现板上所有天线的高性能和可靠性。
遇到类似情况的开发人员可参考以上内容，避免出现信号互相干扰的情况出现。