關於蜂窩模組天線的一些大白話常識

电子老师傅發表於2024-10-16

蜂窩模組這個產品形態存在的最大意義,從產業鏈分工上來說,是提升社會效率。

畢竟讓每個需要蜂窩通訊的公司自建一個團隊重複造輪子,既不經濟,也不聰明,就像做衣服的絕大部份公司也沒必要自己做拉鍊一樣。

蜂窩模組產品本身最大的特點之一
——就是標準化。

無論軟體的標準化(知道AT這玩意一般會被叫做“標準AT指令”了吧?),還是硬體的標準化,包括封裝、介面、協議等等。記住,這是所有模組這個產品形態的最大特點。

因為,只有有了標準化,才有可能儘可能的提升不同行業之間隔行如隔山的技術鴻溝,非標的東西是很難大規模在不同行業間普及使用的。

但有一個特例,很難做到標準化,
或者說,只能做到部分標準化:

這個特例——就是天線。

經常會有客戶問我,你家賣天線嗎?

我明白,他潛在的意思是:我用過很多種天線,但好像效果都不太好,你家的天線我也想試試看。

天線的問題,我們分類來看:

一、使用在外殼外面

這種情況下的天線,一般要麼是棒狀形式,要麼是吸盤形式。

這兩種形式的天線,一般也可以認為是標準天線,因為只要符合使用條件,就可以買來直接用。

棒狀天線一般長這樣:

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關於蜂窩模組天線的一些大白話常識

很顯然,因為長的像個棒子,所以叫做棒狀天線,就是這麼樸實無華。

吸盤天線一般長這樣:

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吸盤:吸,是指磁吸的意思;盤,是指磁吸物的形狀是圓的。

很顯然,吸盤天線一般都是用在鐵質外殼的產品上,而且,外殼通常也會比較大,所以需要延長線連線主機板和天線。

如果是塑膠殼,有時也會選擇“延長線+棒狀天線”的形式,本文不再單獨描述。

這兩種天線,有什麼特點呢?

特點一:

正如前面說的,當你的天線使用場景是在外殼外面,這個時候你就可以根據自己產品所選用模組的頻段,來選擇相應的標準天線即可。

主機板離外殼近的,就選棒狀天線;主機板離外殼遠的,就選吸盤天線。

補充一個知識點:

國內4G蜂窩模組,全頻段就這些:

FDD:B1 B3 B5 B8;

TDD:B34 B38 B39 B40 B41。

一般品牌的4G棒狀天線或吸盤天線都會把這些頻段全部除錯覆蓋全,大多數情況下都可以放心選擇。

話說前幾年4G Cat.1剛出來時,蜂窩模組正處於4G對2G的換代之際,不排除有不負責任的天線廠家拿2G庫存當4G賣。當下這個時候,想必這些2G天線的庫存應該也早就處理完了吧……

使用棒狀天線的示例:

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關於蜂窩模組天線的一些大白話常識

使用吸盤天線的示例:

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特點二:

無論棒狀天線,還是吸盤天線,幾乎都有一個共同的特點,那就是用SMA接頭。

SMA接頭需要注意幾點:

1. 如果是直接焊接在PCB板子上:一要注意SMA接頭的方向是朝上還是與PCB平行;二是看SMA自身需要用公頭還是母頭。

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2. 如果是透過射頻同軸線從PCB連線到外殼處:同樣也需要注意SMA固定方式和SMA公母頭的選擇。

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特點三:

無論SMA接頭直接焊接在板子上,還是透過IPEX接頭,或者是透過焊接,天線在PCB上的走線,也就是從模組引出來到SMA或IPEX接頭或焊接點的這一段——都需要注意做好保護,遠離干擾,並做好50Ω阻抗匹配,這是非常關鍵的一點!

如果這一點做不好,其它所有的努力都是白費!

使用SMA的示例:

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使用IPEX的示例:

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特點四:

無論棒狀天線還是吸盤天線,一般情況下都是“彈簧天線”的變種。

只是突破了外殼的限制,做成了不同的形狀,包裹了不同的天線外殼;但不要小看這一點,正是因為脫離了產品外殼的限制,所以它們才能夠做到標準化。

二、使用在外殼裡面

就蜂窩模組物聯網常見場景而言,大家常遇到的問題無非是三種:

PCB天線、FPC天線、PCB板載天線。

手機上常用的一些天線形式,比如說LDS鐳雕天線,不在今天的討論範圍。

PCB天線長這樣:

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顧名思義,用PCB走線畫出來的天線,所以叫PCB天線。

FPC天線長這樣:

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相較於PCB天線是透過PCB走線而成,FPC天線則是透過FPC走線而成;而且,大多數情況下,FPC一般可以直接貼上在數量外殼上,非常容易固定。

PCB板載天線長這樣:

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直接將天線走在了主機板PCB上,“拿來就能用”,不用自己再除錯,也不用再去花錢單獨購買。

這三種天線形式,有一個共同的問題:
那就是做成終端產品後,就必然要加上外殼。

那麼必然也就會遇到天線空間、周邊干擾以及外殼材質等等各種各樣的限制,沒有辦法不做針對性個性化的除錯,那麼也就必然無法標準化。

雖然,大多數情況下這樣用也沒出現過問題,你知道為什麼嗎?

因為中國的網路基建實在太好了!
好到大多數情況下都可以容忍你的天線訊號有點爛也不影響使用。

但是,當你裝置所在地方的訊號質量沒那麼好的時候,如果你的天線效能不佳,那麼問題就會暴露了。(如果你不信中國的網路基建有多好,那麼你可以到海外試試?當地的網路質量分分鐘教你如何做人。)

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說了這麼多,是想提醒大家:

當你的天線是用在塑膠外殼內的時候,尤其是當你的內部空間緊湊、PCB佈局緊張、干擾源較多(LCD屏、電源等):

請一定優先找天線廠家做針對性的除錯!
否則,天線效能做的差,一切都白費。

我們常說的通訊效能,更多的是指弱訊號下的射頻效能;而弱訊號下的射頻效能,更多取決於天線的效能!

最後問大家一個問題:

你碰到過“鐵殼+內部天線”的反常識設計嗎?
希望我的讀者朋友們都不會犯這樣的錯誤。

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