手持式和便攜式無線產(chǎn)品，如智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備依靠微小的芯片、貼片和印制線天線，可放置在設(shè)備。盡管這些小型器件解決了在小尺寸系統(tǒng)中攜帶多頻帶天線陣列的問題，但它們也引入了輻射效率下降、阻抗匹配以及與附近物體和人體的交互等相關(guān)問題。

為解決這些問題，設(shè)計人員開始采用新的設(shè)計和電路方法，讓這些天線不只成為一個獨(dú)立的元器件，而是成為能夠化解上述諸多設(shè)計挑戰(zhàn)的動態(tài)天線子系統(tǒng)的一部分。這一設(shè)計轉(zhuǎn)變需要進(jìn)行大量仿真和分析，而不斷改進(jìn)的場解算器軟件可以滿足這一需求。

芯片、貼片天線提供了折衷之選

從傳統(tǒng)的外部鞭形或短截天線過渡至芯片和貼片天線的原因很多，首當(dāng)其沖的是外部天線存在的美觀性和易折性問題。從性能的角度而言，智能手機(jī)等設(shè)備在給定的頻帶往往需要多個天線才能提供天線分集，進(jìn)而改善性能。此外，多頻帶設(shè)備（尤其是與新興的 5G 標(biāo)準(zhǔn)兼容的設(shè)備）在其必須支持的每個頻帶，都需要單獨(dú)的獨(dú)立式天線。盡管有這么多原因，但芯片和貼片天線也有自身的短板。

芯片天線使用多層陶瓷結(jié)構(gòu)構(gòu)成在目標(biāo)頻率諧振的元器件（圖 1）。與其他所有表面貼裝元器件一樣，它們的尺寸很小，可以輕松地貼裝在 PC 板上。

圖 1：沒有體積小、成本低且易于應(yīng)用的陶瓷芯片天線，許多便攜式無線設(shè)備將無從實現(xiàn)。圖中顯示的是 Johanson Technology 2450AT18B100E，位于廣泛使用的 2.4 至 2.5 GHz 頻段的中間位置。

我們用兩個例子來說明它們的特性。Johanson Technology 2450AT18B100E 是適用于 2.4 至 2.5 千兆赫 (GHz) 頻段的 1.6 x 3.2 mm 芯片天線，盡管它的體積很小，卻能提供近乎全向的輻射模式，而無需考慮方向（圖 2）。類似這樣的天線在便攜式和手持無線設(shè)備中已得到廣泛的成功應(yīng)用。盡管芯片天線自身很簡單，但設(shè)計人員必須將相關(guān)的驅(qū)動器電路與其 50 ? 標(biāo)準(zhǔn)阻抗相匹配。當(dāng)在分集架構(gòu)中使用多個芯片天線時，這可能成為一大難題。

圖 2：Johanson 描述了芯片天線在全部三個軸（自上而下分別為：a) XY、b) XZ 和 c) YZ）上的輻射模式；請注意，該模式在所有三個軸上近乎全向。

另一款芯片天線是 Taiyo Yuden AF216M245001-T，用于仿真同樣適合 2.4 至 2.5 GHz 頻帶的單極螺旋形天線。該天線的尺寸為 2.5 x 1.6 mm，同樣具有近乎全向的特征，并且可在 2.45 GHz 至 2.7 GHz 頻帶保持低于 2:1 的 VSWR（圖 3）。

圖 3：Taiyo Yuden 的 AF216M245001-T 芯片天線可在其主要工作帶寬 2.45 GHz 至 2.7 GHz 范圍內(nèi)保持 2:1 的 VSWR。

由于芯片天線具有成本低、體積小和易于使用等特點(diǎn)，它們看起來是可滿足眾多無線需求的最優(yōu)解決方案。盡管很多情況下的確如此，但在現(xiàn)實中，與所有元器件一樣，芯片天線也有自己的短板。在此案例中，它們的典型效率相對較低，僅為 40% 至 50%，而且容易受周邊的固定和變化條件影響，包括 PC 板布局、附近的元器件和用戶等。

芯片天線的替代產(chǎn)品是貼片天線（圖 4）。盡管它的尺寸比芯片設(shè)計要大，但相當(dāng)扁平，因此往往能夠沿產(chǎn)品外殼的內(nèi)側(cè)放置，遠(yuǎn)離元器件和其他輻射模式失真源。