为手持设备选择合适天线.docVIP

为手持设备选择合适天线 　　天线是影响所有无线通信系统可靠性和性能的众多因素中很关键的一个。选择能完全满足系统性能指标的天线是非常重要的。 　　然而，现今的小型手持设备也给天线设计工程师带来了挑战，天线要尽量薄、结构要紧凑、性能要高，而且还要满足各种各样的技术标准。面市时间和成本也是制造商要考虑的两个重要因素。 　　为系统选择最好的天线的两个主要条件是天线的电气和机械特性。这些指标受设备的设计和机械结构所限制。 　　 　　基本的电气特性 　　 　　应该考虑的基本电气特性是天线的工作频率、带宽、最大增益、平均增益、效率、回波损耗，或者电压驻波比(VSWR)，以及极化方向、指向性，副瓣和后瓣辐射强度、前后比、相位方向图、阻抗和额定功率。天线的构成材料和实际的射频RF设计也决定了天线的最终电气性能。天线的构成材料应该有很低的损耗和很好的传导率。 　　 　　工作频率 　　 　　工作频率的范围由应用的类型决定。例如，Wi-Fi 802．1 lb／g、ZigBee和BlueTooth都使用相同的2．4GHz ISM频段，该频段的带宽大约是80MHz(2.4～2.48GHz)。商业GPS系统使用L11.575GHz频段，其带宽为2MHz(1575.42MHz±1MHz)。 　　GSM系统使用850／1900MHz频段，或者900／1800MHz频段，具体采用哪个频段取决于相应地区的运营商。3G系统也使用不同的频段，也是与地区相关的。例如，欧洲的WCDMA系统使用2.1GHz频段。 　　 　　四或五频段移动电话的天线主要用于全球漫游，以及实现不同通信体制间的通信，如图1所示。它们可以在四频段G S M系统和W―CDMA2100系统中收发信号以实现在所有移动电话频段内的互通。其他一些应用也包括WiMax、UWB、ISMg00、ISM5／5.8GHz、DVB-H、MediaFLO、DECT、RFID、VHF、UHF、AM和FM等。 　　多天线系统，例如分集和多天线系统(MIMO)被用在需要提高数据速率的应用中。使用多天线系统时，设计和表征整个天线系统是至关重要的。这包括天线与天线之间的隔离度和相关性测试等。 　　 　　增益和效率 　　 　　最大增益、平均增益和效率决定了天线的带宽和性能。这些指标越高，天线的带宽和性能就越好。而且，天线在它的工作频率范围内也应该有足够的VSWR。 　　通常，10dB的回波损耗(2.0：1.0VSWR)或更好是人们预期的指标。为了获得天线整体性能的更好相位图，应该考虑效率的最大增益或者平均增益。 　　但是不要陷进仅考虑这些特性中的一个就得出一个结论。 　　最大峰值增益是衡量天线指向性的一个很好指标，但如果把它作为决定常规天线性能的主要标准则会被误导。通常，越是复杂的设备中，增益会越低，所以当天线被安装在实际的设备中时就会产生损耗。带来的额外开销，但无线USB协议设计者亦采用了一些新方法来提升系统传输率。因此，需要把全部因素包括进来，以作全面考虑。下面我们将计算无线USB的有效带宽，并作进一步的详尽描述。 　　 　　计算应用的有效带宽 　　 　　下面的计算基于一种单设备的简单方案。类似方法也可以分析多设备的情况。理想情况下，如果一个无线USB主机可以将不同设备的多个事务安排在单一事务组中，则能够大大改进平均传输率数字(因为令牌本身被认为是一种协议开销，因此，如果多个事务能够共享一个令牌，则能减少总开销)。 　　表1是一个标准无线USB数据包开销的计算。 　　现在，我们看看在事务级的带宽特性。此处以批量传出(bulk-out)事务为例，批量传入(bulk-in)事务的计算方法与之相似。此外，由于无线USB协议省略了bulk-in事务的独立握手包，因此bulk-in可以实现比bulk-out更高的流量。(相同的MMC可以用于批量传入(bulk-in)和批量传出(bulk-out)事务，前提是这些事务被组合到一个事务组。 　　整个事务的持续时间将为：T=2*S I F S+b u r s t s i z e*(M I F S+P a c k e t d u r a t i o n)+AckDuration+MMCOUTDuration。握手与MMC持续时间的计算采用一种简单方法，因为两种包都是一种预定义好的格式，有固定的长度。等效有效带宽的计算方式如下：B=[本次事务中传输的有效应用负荷／T]*15／16。 　　其中，附加的因数15／16用于消除信标操作的开销。 　　表2列出了不同数据包与突发尺寸配置下的有效应用带宽。 　　应用的全部有效带宽大约为总带宽的75％。 　　注意，上述计算是单纯基于事务级开销，没有考虑用于信道保留的MAC层共存策略。 　　USB