如何借助Virtual Antenna技术克服Wi-Fi产品天线与射频设计挑战

作者：Ignion公司

Ignion的专有Virtual Antenna技术把复杂的天线和射频设计、测试和组装过程，简化为基于小型化、标准化和芯片式天线的软件定义配置和表面贴装工艺，帮助包括Wi-Fi在内的天线与系统工程师省时省力省钱。Wi-Fi设备制造商可以尽享标准化芯片式天线产品的便利性，媲美定制天线的高性能。



Wi-Fi跟AP类设备制造商面临射频与天线设计挑战

得益于新标准的颁布和更多免受限频段的加入，可预期全球范围内支持Wi-Fi功能的设备将会激增。

据ABI Research估算，到2025年，全球Wi-Fi设备的保有数量将从2020年的104亿部左右增长到155亿部以上。诸如汽车、智能家居、家庭娱乐、游戏和可穿戴设备等快速增长的目标市场，以及越来越多的企业采用，都在推动Wi-Fi设备的增长。

当然，没人喜欢性能不可靠的Wi-Fi连接。如果设备制造商想要充分利用Wi-Fi带来的机遇，那么他们的产品将需要提供稳定且可预测的性能。实现更高的数据吞吐量、更短的延迟时间和更低的功耗都是必须的，而所有这些也都是Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E标准所要求的。此外，这些对性能功耗的要求都必须在Wi-Fi所支持的所有频段上同步实现。

因此，如何进行互联设备的天线设计与优化，成为了实现上述目标的其中一环，但是传统的天线设计几乎都是针对客户系统进行的定制，即使对于Wi-Fi、蓝牙和Zigbee这些常见的通信协议也是如此，更遑论那些频段在不同国家和地区都有所不同的蜂窝移动通信、物联网通信标准和私有协议。这样的开发模式需要大量的设计、制作和测试分析时间，同时还因为非标准化的产品还带来了无法采用自动贴片加工流程的问题，供应链也非常难以控制，那么是否有一种更好的设计、开发和应用模式和方法呢？

使用Virtual Antenna去创造颠覆性的Wi-Fi产品

Ignion提供了创新的、标准化、芯片式Virtual Antenna天线系统缩短了Wi-Fi设备的上市时间，同时还能实现与定制天线相当的性能水平，也无需依靠天线专家来解决与多频段产品相关的复杂设计问题。

通过Ignion创新性的天线技术，并使用一个简单的匹配电路，电子工程师可以简单地“微调”设备以适应不同的频段，同时仍能确保必要的性能水平。对于业务决策者来说，值得庆幸的是，设计周期缩短了，成本降低了，而且结果是可预测的。没有必要进行实验性和工匠式的天线设计，因为这些设计总是会带来性能反复、延迟上市时间和打破研发预算的风险。

ABI Research董事总经理兼副总裁Dan Shey对Ignion尖端的解决方案印象深刻。“匹配网络可以在数小时内创建，”他表示，“而且由于Virtual Antenna技术是标准化和模块化的，因此可以确保设备制造的可复制性和速度。Virtual Antenna技术将会降低开发总成本。”

库存管理和供应链物流也变得更易于处理。采用Virtual Antenna技术的Wi-Fi天线系统覆盖了与无线协议相关的所有标准和频段，因此无需为不同地区采购不同的天线，尽管在那些地区可用的频谱很可能是不同的。

NRE费用也是天线设计过程中必须考虑的问题，由于传统天线采用定制模式，因此许多情况下天线设计公司还要向系统和模组厂商征收NRE费用。但是采用标准化芯片式天线，只需在Ignion的中文网站上采用Fast Track工具，就可以免费完成天线设计从而节省NRE费用；相同的Wi-Fi设备只需要进行一次设计，就可在不同地区成功运行。

ABI Research1在其最近出版的一份白皮书中强调了使用Ignion的Virtual Antenna方法与其他天线设计方法相比的优势，该市场研究机构得出结论：“Virtual Antenna技术的主要优势之一是有助于减少产品库存和简化集成复杂性。”



在性能上没有折让

Ignion联合创始人兼创新副总裁Carles Puente明确表示，一些人认为Virtual Antenna产品是标准化现成可用的，就意味着Wi-Fi设备在性能上有折衷，这是一种错误的观念。

“有些人可能会感到进退两难，”他说，“如果您想获得最佳的性能，那么您需要定制天线；如果您想获得又快又便宜的产品，那么现成的芯片式天线就是最好的选择；我们的技术实现了两全其美！您只需要简单地调整匹配网络，而不是天线部分，即可获得定制天线的性能。所以使用Virtual Antenna技术，在性能上没有任何折让。”

印制电路板（PCB）走线和冲压金属是天线设计的其他一些选择项。对于单频段应用来说，前者可能在成本方面更具吸引力，但是对于多频段部署而言，如何调整走线的长度和几何形状可能存在问题。ABI Research表示，PCB走线的一个主要缺点是生产过程中可能存在不一致性，这反过来又会导致质量问题。

易于使用的“匹配网络”功能是Virtual Antenna系统的一部分，该功能不会遇到这些类型的问题。

根据ABI Research的分析，金属冲压方法可以提供良好的多频段性能，但这只有在“适当的定制设计”前提下才可能有效。这将涉及为每个设计定制制造模具和工具等额外投资。振动也可能会使天线松动。

“如果您更改频段或PCB尺寸，当使用其他方法来设计天线时，您将重新回到绘制电路板阶段，必须重新设计，”Ignion北美销售总经理Dan Klaeren说，“使用Virtual Antenna技术，就无需从头开始。设备制造商可以重复使用现有的设计。”



Ignion Wi-Fi产品组合中的NANO mXTEND芯片式天线，这是目前世界上尺寸最小的Virtual Antenna天线元件。

Ignion拥有三款标准化、现成的Wi-Fi Virtual Antenna产品，每款产品都适用于小尺寸设备。它们覆盖了与该无线协议相关的所有标准和频段。

“Wi-Fi市场需要小巧、时尚、颇具吸引力的设备，无论您是面向消费者还是企业，您都希望将这些产品快速推向市场，”Ignion的Dan Klaeren说，“这意味着要求缩短设计周期和降低风险，这一切都可以通过我们独特的无线Fast Track工具实现。”

设计周期也是天线和射频开发团队必须考虑的一个问题，由于传统的天线设计都需要花费大量的时间去设计、测试和调试，因此给射频工程师带来了不少的工作。但是采用Virtual Antenna技术，可以在Ignion中文网站上使用Fast Track工具，在24小时内就可为Wi-Fi设备提供样品匹配电路设计。



NANO mXTEND是目前最小的Virtual Antenna芯片式天线，其超级小巧的尺寸仅为3.0 x 2.0 x 0.8毫米。NANO mXTEND于今年5月在Wi-Fi世界大会（Wi-Fi World Congress）上推出，可安装在PCB的角落或边缘位置。该芯片天线的第一个应用场景是以2.4 GHz频段为中心的应用，包括Wi-Fi，BLE跟Zigbee，后续将继续开发NANO的其他无线应用。



DUO mXTEND芯片式天线支持Wi-Fi 6，并覆盖了2.4 GHz和5 GHz频段。它的尺寸为7.0 x 3.0 x 2.0毫米，非常适合诸如游戏耳机等需要2.4 GHz和5 GHz连接的接入点和边缘设备。



ONE mXTEND产品是一款微型超薄芯片式天线。它的尺寸仅为7.0 x 3.0 x 1.0毫米，几乎可以安装在任何硬件平台上。

ONE mXTEND覆盖2.4 GHz、5 GHz和6 GHz频段，支持Wi-Fi 5、Wi-Fi 6和Wi-Fi6E。即使设备制造商还没有准备好使用全部的Wi-Fi标准和频段，但是通过从一开始就采用ONE mXTEND，在当需要进行扩展时，就不需要进行冗长且昂贵的重新设计。ONE mXTEND是一种面向未来的设计Wi-Fi产品天线创新方法。



为8x8 MIMO做好准备

Wi-Fi 6的到来扩展了对多输入多输出（MIMO）的支持，从Wi-Fi 5支持的4x4天线配置扩展到8x8 MIMO配置。新标准还引入了上行链路多用户功能MU-MIMO，它支持多个客户端同时向接入点传输数据。

为了提高Wi-Fi容量，需要在狭小的空间内容纳多个天线，这与Ignion的微型Virtual Antenna芯片式技术相得益彰。“在MIMO配置中，如果天线距离太近，可能会导致次优耦合，”Puente解释说，“通过我们的创新解决方案，您可以将我们的芯片式天线安装在AP或者Wi-Fi设备的PCB框架或周边，由于已经知道它们占用最小的空间，并且可以尽可能地分开，同时仍能提供所需的多频段性能。”



不受芯片短缺的影响

由于疫情的影响，陶瓷芯片和半导体产品供不应求。但这并不会影响Ignion芯片式天线的生产。我们的芯片天线是以环氧玻璃材料为基础的，这是一种在PCB中常见的基板材料。环氧玻璃是一种具有广泛来源的材料，现在在全球多个工厂生产。使用Ignion的Virtual Antenna芯片天线的客户无需为漫长的交货时间而烦恼。

因为使用标准化的产品，他们也无需担心无法预测的设计周期和不合格的性能。

Virtual Antenna系统为Wi-Fi设备制造商提供了安心保障，让他们的工作更轻松，并使他们能够集中精力去全力开发这个蓬勃发展的市场。