前言
隨著越來越多的設備以無線方式連接到Internet，電子工程師面臨許多挑戰，例如如何組裝無線電發射機以展現設備空間以及如何設計和制造尺寸越來越小的設備。此外，他們正在努力滿足客戶對符合人體工程學，適用的可訪問性以及與環境和諧的物聯網（IoT）產品的需求。

在考慮物聯網產品時，期望尺寸是最重要的考慮因素之一，此外，通常還要考慮無線電性能和價格。理想情況下，工程師更喜歡具有小尺寸，出色的RF（射頻）性能和低價格的IoT組件。但是，物聯網組件通常無法包含上述所有優勢，因此解決方案提供商必須面對挑戰。

幸運的是，由于電子行業不斷依賴全新的硅工藝技術，因此近年來見證了越來越小的硅芯片尺寸。通過將MCU（微程序控制單元）和RF前端集成到SoC（片上系統）結構中，空間問題已成功解決，用于IoT實施。但是，SoC的發展趨勢尚未解決與RF發射機（即天線）的物理結構有關的問題。我們通常將天線設計留給客戶，或建議他們選擇集成天線的易于使用的天線模塊。在設計小型物聯網設備時，天線空間是我們必須面對的另一個挑戰?？臻g設計要求高效和可靠的無線連接能力。

為什么選擇SoC？

由于21 日世紀看到物聯網的初始蓬勃發展，被業界視為M2M（機器對機器）。促成物聯網互連的組件主要包括GPRS調制解調器，藍牙串行電纜或Sub-G無線電。所有設計都利用兩個領先的組件來實現連接：MCU和無線調制解調器。足以實現基本物聯網功能的最小空間為所有尺寸均為50mm，這意味著所有設備的尺寸僅相當于手機的尺寸。

隨著硅行業不斷朝著將MCU和RF功能集成到一個芯片空間中的技術發展，開發人員開始擁抱更多機會?，F在，他們可以在同一IC / SoC內實現IoT設備的所有功能。由于無線MCU具有明顯的優勢，因此IoT組件系統開始向無線MCU轉換。因此，工程師能夠僅使用一種類型的組件來設計IoT設備并節省空間。此外，由于部件成本低，它們能夠降低成本。當準備選擇現代物聯網設備的結構時，基于SoC的系統將因其尺寸優勢而變得越來越流行。

然而，SoC的發展趨勢無法解決物理結構問題，即天線。

如何安排天線以及需要多少空間？

必須承認，由于必須同時考慮尺寸和效率，天線必須面對多種尺寸的復雜性。由于BOM（物料清單）成本相對較低，因此通常通過PCB跟蹤來設計天線以進行IoT設計。但是，PCB天線要求尺寸通常在25mm×15mm范圍內的顯著要求，導致物聯網產品的體積很大。當將天線應用于模塊中時，它們還具有另一個缺點，即它們對屏蔽材料造成的失諧非常敏感，因此在最終產品組裝過程中需要特別考慮以達到最佳工作狀態。在SoC設計中，作為常規設計的一部分，需要根據一些專門知識來獲得天線調諧。在設計中，

天線制造商長期以來一直提供“芯片天線”，以簡化設計工作。此外，這種天線在尺寸方面具有優勢。天線此類別通過以下途徑主要提供：

一。天線未與GND耦合。這種類型的天線要求具有較大尺寸的間隙范圍。這種天線的典型示例包括單極天線和F型F天線。

b。天線與GND耦合。這種類型的天線僅需要提供相對較小的凈空范圍，或者根本不需要天線。

兩種類型的天線均具有電氣間隙范圍或接地平面，以及PCB尺寸方面的空間要求。IoT設計中RF組件所調用的空間還應該包括必要的間隙范圍，因為任何組件或跡線都不得留在此處，這意味著在設計人員估算IoT設備的尺寸時，應注意PCB尺寸和間隙范圍與天線。此外，天線和屏蔽邊緣之間應保持一定的空間。

當物聯網設備設計成紐扣電池大小時，天線效率肯定會受到損害。當我們嘗試減小其尺寸時，實現RF性能的效率將隨之降低。只有在2.4GHz頻率下，才能實現所有尺寸小于10mm的設備的性能。例如，可以向手機用戶提供10米以上的藍牙連接，這被大多數人接受。

但是，當所有方向的尺寸都接近20mm時，RF效率將大大提高。當接近40mm時，實現接地調整的眾多天線的高效率將攀升至最高。

此后意味著，根據藍牙4.2協議，兩個等效設備之間的通信距離應在60mm至400mm的范圍內。一旦應用了15.4協議（例如Zigbee），可視范圍內的最長通信距離就可以達到500米或以上。因此，設計人員需要根據應用和目標尺寸的差異來平衡PCB尺寸以及天線的性能和效率，因為大多數芯片天線都將PCB接地層視為天線配置的一部分。此外，天線/模塊的位置在設計階段也起著關鍵作用，因此設計人員需要考慮間隙范圍以實現模塊的最佳接地。