特殊的微型天线

介绍

在过去的十年，网络技术有着爆炸性的进步。我们可以在网络的世界里找到我们需要的数据且我们的日常生活也变得更依赖他了。大部分的人其生活作息已经与网络世界融合在一起了。因此，在我们的生活中无线的网络连接变成一个必要的方式，亦就是所有携带式装置都要有无线通信的能力。 更进一步，物联网势必变成科技业发展的一个焦点。最终，每一个对象将会透过无线通信装置连接在一起。在无线产业的竞争环境里，一个微型天线技术可使得携带式装置更薄、更小与更轻，让您的产品更具有竞争力，也让您的产品在这个广大的市场中获得胜利。

观察过去电子产品的发展轨迹，我们可以知道，如何依新世代产品的需求先期开发关键组件，实时推出新产品所需要的组件，或提供性能优越的替代组件，将能使该新产品在市场上占有相对优势及增加竞争力。就无线通信产品而言，天线产品或技术，就是占有重要地位的关键零组件。为了能有稳定的上网能力与数据下载速度，个人行动装置都需要效能优越的天线装置，来强化其讯号收发能力，以便能随时轻轻松松上网无障碍。而咏业科技独特的专利芯片天线(Chip Antenna)技术，能提供给客户高收讯效率的微小型芯片天线，提高客户无线通信产品的效能。

以网络联机相当重要的无线路由器(WiFi AP Router)为例，大多数市售机种还是采用外置双极(Dipole)棒状天线，不但影响外观设计、占用很大的体积、使用不方便，材料与组装成本也都很高。尤其是商务人士用的口袋型路由器，如果还要外挂一支棒状天线，更是不搭调。

以平板计算机当例子，FPC天线仍被广泛的使用。但要使用FPC天线，必须先将FPC天线用人工组装的方式黏贴到平板计算机的外壳上，并在主板上焊接两个弹片，以便让FPC天线与主板做电性连接。这样的做法不只是总成本高，而且人工组装之FPC天线的稳定性不佳。但以咏业的芯片天线而言，只需将芯片天线利用SMT制程打件在主板上，即可完成，具有方便性、稳定性与总成本低等特点。

如何设计一个内建型的天线

智能型手机、平板计算机、手持式装置等产品的天线，主要仍以内建型天线为主。想要将天线设计为内置，目前主要有几种形式可供选择，包括：金属片冲压成型天线、印刷电路板(PCB)或软板(FPC)天线、LDS天线以及芯片天线。模具冲压成型金属天线，在生产上都需要开发金属加工成型模具，开模具不但贵而且时程长，对于新产品开发的成本与时程控制甚为不利。而且不论是使用印刷电路板制成的天线、模具冲压成型金属天线或LDS天线，最后都需要用人工组装于行动装置内，不仅人工成本高昂，而且人工组装的良率较不稳，对质量的管控较困难。而且，不管是金属冲压天线或是LDS天线，其尺寸都相当大，并不符合个人可携式产品轻薄短小的趋势需求。所以，具有轻薄短小优势的芯片天线，便成为另一种颇具吸引力之选择，芯片天线之设计方式，主要以单极(Monopole或PIFA)天线与回路(Loop)天线为主。

而内建型的天线在实际应用上会遭遇哪些主要问题呢？我们例举如下:
1.人体靠近时对天线特性的影响
2.天线尺寸与效率的关系
3.辐射场型对有效讯号传输能力的影响
4.是否需针对每一机型制作客制化天线
5.生产成本

而咏业的专利芯片天线，采用改良的回路天线设计原理，在上述的几个问题领域，都有优越的表现。咏业的芯片天线如何克服以上的问题，并与其他类型的天线做一比较，叙述如下:

1.人体靠近时对天线特性的影响
天线的电抗近场分为电场与磁场两种型式，人体属于电介质，对电抗近场的电场效应影响较大，会造成天线馈入阻抗的变化。目前市场上大多数芯片天线，都运用单极天线或PIFA天线的设计原理，天线电抗近场中的电场效应较强，当人体靠近天线时(例如:以手握持手机)，天线的效能会受到比较显著的影响。而咏业科技的芯片天线采用经过改良的回路天线设计原理，天线电抗近场中磁场效应的比例较高，相对降低电场效应的影响，因而降低了人体对天线效能的影响。

2.天线尺寸与效率的关系
咏业的专利芯片天线，是利用芯片天线周边的金属，来增加天线之辐射效能，换句话说，虽然芯片天线的体积缩到很小，但只要天线两边的金属具有足够长度的话，仍可拥有相当好的辐射效率。但对一般以LDS或FPC制作的PIFA天线而言，天线的辐射体长度要达到4分之一波长且天线本体要离金属越远越好，如此辐射效率才会好。但以现在3C产品的发展趋势来看，越做越薄是ㄧ个主要的趋势，PIFA天线会离电路板越来越近，导致天线的辐射效率受到影响，除非把天线覆盖到的电路板上的金属层全部移除，否则天线效率会大幅下降。而咏业所发明的芯片天线克服了上述的问题，即使将天线尺寸缩小到3.2*1.6*0.5(mm)，还能保持高的辐射效率。此一芯片天线的推出，也立即受到国际一级大厂的热烈采用。

3.辐射场型对讯号传输能力的影响
采用PIFA结构设计的天线，辐射场型的主要方向会指向接地金属的方向，因此天线工程师无法轻易的调整天线的设计形状，来改变辐射场型的方向，导致辐射场型的主要辐射方向不一定是该产品需要的方向。例如，智能型手机上要建置一个GPS天线，一般而言，因为手机的下端会设计LTE/3G的主天线，所以GPS天线都会设计在智能型手机的顶端，如果运用PIFA结构来设计的话，辐射场型的主要辐射方向会是朝向下方，亦就是朝向地面，但是GPS的卫星讯号又是来自于天空，如此真正可以用于接收GPS讯号的有效辐射增益其实是很低的。而咏业的芯片天线，将天线的电流流动局限在芯片天线的周围，如此可轻易的将辐射场型设计成指向上方的天空，也就是卫星讯号来源的方向，因此，有效的辐射增益可大幅增加，换句话说，GPS的讯号接收能力即可大幅提升。

4.是否需针对每一机型制作客制化天线
天线的基本物理特性显示，天线放置的位置及周遭环境，对其电气特性的影响是很大的，所以每一个3C产品的天线都需要客制化制作，如此会造成开发时程较久、库存压力大、成本高等问题产生。但咏业的芯片天线，有独家的调频组件设计，当同一个芯片天线装置在不同机构环境时，即使天线之共振频率有所偏移，皆可轻易的利用调频组件将共振频率调到该产品所需的频段。产品开发与制造单位，只要准备单一天线组件，即可满足各个不同产品之开发需求。而产品开发过程中，也不用重复地微调天线，因此，天线开发过程变得很简单，开发时程可大幅缩短，库存成本与制造成本也可显著降低。

5.生产成本
天线的生产成本，可以从两个层面来分析，一为直接成本，另一为间接成本:

一、直接成本:

以目前使用较普遍的LDS天线、FPC天线与芯片天线来做比较:

a.LDS的材料较昂贵、制程较复杂，其售价一直是所有天线种类里面最贵的一种
b.FPC的天线成本需包括天线本体、两个弹片、组装费用(人工组装与打件费用)，其总成本虽较LDS便宜，但仍比芯片天线贵。
c.芯片天线只要将天线用SMT制程打件在电路板上即完成，没有其他人工组装与弹片的需求，其总成本是最低的。

二、间接成本:

任何电子产品在开发过程里，难以避免的需要随时修改机构或结构，因此，像LDS天线与FPC天线，就必须随着机构的变更而变更天线设计，亦就是必须重新制作天线，导至开发时程的增长，如此开发成本势必升高。但是使用咏业的芯片天线的话，同一天线标准品(单一料号)可以使用于各式产品，不必因为机构或结构的变更，而重新设计芯片天线，电路板的布线(Layout)也不用改变，如此不仅可缩短开发时程，相对的整个开发成本自然也会下降。进入量产之后，库存也仅需要准备单一料号的天线标准品，不需要为不同机型准备不同料号的天线，库存管理的复杂度与成本都可显著降低，也不用担心呆滞料的发生。

实施例子

Fig1:咏业科技的GPS和 WiFi/Bluetooth 芯片天线在平板计算机上的应用实例

Fig2:咏业科技的双频WiFi (2.4G + 5G) 芯片天线在平板计算机上的应用实例

Fig3:咏业科技的GPS芯片天线在智能型手机上的应用实例

Fig4:咏业科技的WiFi芯片天线在无线分享器上的应用实例

Fig5:咏业科技的Bluetooth芯片天线在耳机上的应用实例

 

天线尺寸:3.2X1.6X0.5 mm

Fig.1 咏业科技的GPS和 WiFi/Bluetooth 芯片天线在平板计算机上的应用实例

 

Table1 GPS&WiFi 芯片天线的3D辐射增益

 

天线尺寸:3.2X1.6X0.5 mm

Fig.2 咏业科技的双频WiFi (2.4G + 5G) 芯片天线在平板计算机上的应用实例

 

Table2 双频WiFi芯片天线的3D辐射增益

 

天线尺寸:3.2X1.6X0.5 mm

Fig.3 咏业科技的GPS芯片天线在智能型手机上的应用实例

 

Table 3 GPS芯片天线的3D辐射增益

 

天线尺寸:3.2X1.6X0.5 mm

Fig.4 咏业科技的WiFi 芯片天线在无线分享器上的应用实例

 

Table 4 WiFi 芯片天线的3D辐射增益

 

Size:5.0X3.0X0.5 mm

Fig.5 咏业科技的Bluetooth芯片天线在耳机上的应用实例

 

Table 5 Bluetooth芯片天线的3D辐射增益

 

结论:

咏业科技的芯片天线已成功的应用在各种产品领域，例如:Smart phone、Tablet PC、PND、Portable router、Wireless dongle、BT earphone等产品，各国际品牌大厂也都热烈地采用，在在的证明了我们芯片天线的优势，不管是在成本的竞争力，在研发使用的便利性、抗干扰的特性、天线的轻薄短小等方面，都非常具有吸引力。如下表，我们整理了芯片天线、LDS 天线与FPC天线的综合特性比较，由此表中，即可看出咏业芯片天线的特性与优点。

 

	对抗人体影响的能力	天线的尺寸	场型的有效效率	使用单一标准料件	成本
芯片天线	高	小	高	可	低
雷雕天线	低	大	低	不行	高
软板天线	低	大	低	不行	中