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客制化天线全方位整合服务   【作者： 王啟岳】2009年05月13日 星期三

浏览人次：【7940】 市面上超过80％的通讯天线应用是按照客制化的规格设计与制造，其背后完美的制程组合则需兼顾材料科学、生产制程、及调频（RF）仿真等专业领域慎密的评估与考虑。评估每一种不同的可能性与组合是极为重要的一环，这也是为何一个全面性整合服务对于天线设计如此重要。 典型的天线制造商通常倾向特别以一或两种材料来生产天线。这画地自限的作法，意谓着材料科学与制程的最佳组合尚未被充份讨论与实现。因此，只要能推出全新的服务模式结合所有可行的材料与生产技术，将可大幅缩短从天线设计到原型（prototyping） 阶段的时程。 《图一 低温共烧多层陶瓷（LTCC）孔支持天线微型化》 材料科学 成功的客制化天线来自于材料科学。用来制作天线的材料除了卑金属体外，还包含磁性材料、陶瓷、与其他共烧材料等。对于特殊应用的客制化天线而言，选择正确适当的材料是非常关键的步骤。 一般低频应用规格，如13.56MHz频段的无线射频识别系统（RFID），通常会使用FR4与磁性材料。而以高频的应用来说，2.4GHz频段的蓝牙、无线区域网络（WLAN）或超宽带（UWB）等介于3.1GHz～10.6GHz区间频段的产品，基于低耗损特性的需要，多以使用陶瓷材料为主。精密陶瓷也可使用于制作全球定位系统（GPS）天线，如同通讯装置（GSM）会使用多种好处的可塑性（Flexible）PCB板一样。 虽然藉由需要的频率与预期的应用范围可以作为选用可行的天线材料的参考，但这并不是绝对正确的答案与结论。举例来说，低频的AM/FM天线可以在某些应用上使用经济实惠的卑金属来生产；共烧磁性材料与陶瓷的组合也可以用在特殊的应用上，因为惟有透过共烧的制程，才能将天线的尺寸，在不牺牲效能的前提下，缩小至符合手机或行动装置所要求的尺寸。 《图三 3D仿真显示测量的准确性范例之二》

制程技术

天线生产制造的技术不断推陈出新，传统制程在客制化天线设计的领域仍占有一席之地；新制程则是着重提供更优越的产品性能与微型化的表现。

举例来说，相对较新颖的低温共烧陶瓷（LTCC）技术制程，用来烧结高导电性的材料与陶瓷材料，能使调频讯号的损耗最小化。传统制程，像是高温的陶瓷烧结经改善提升后，得以用于生产出世界上体积最小的10mmx4mm尺寸GPS陶瓷天线。这超威型的天线所要求的高密度，完全仰赖在电路板上能够打造一条细如发丝，直径小于100微米信道的技术来达成。

此一新制程的推出也代表着如微型化电阻、联结电容、嵌入式电感与滤波器等被动组件皆可被整合于客制化的天线模块上。对于高频率子系统日渐成长的需求，驱动着制造商进行制程上的改革。其丰硕的结果已展现在高阶微型同轴电缆、微型连接器以及无线电（RF）芯片内建被动组件等的发展上。

《图四 RF仿真科技能探索天线对于人体的影响》

高频频率仿真

一旦经评估选定要使用的材料特性及制程后，就可以进行仿真设计天线应达到的理想效能。

不同于传统二维（two-dimensional）天线辐射模型的量测，Maxwell微分方程序（Maxwell differential equations）提供更一致和精密的三维辐射模型量测。这精密的仿真利用矩量法（Method of Moment；MOM）、有限时域差分法（Finite-Differential Time-Domain；FDTD）或有限元素法（Finite-Element Method；FEM） 等演算规则计算出S参数、带宽、天线间的隔离度、与天线特性。当这些基本参数建立之后，即可以进一步分析评估天线的表面电流与远程性能如天线模式、效能、增益值等。各种可能会发生的情境也可以事前仿真，例如材料的改变、生产过程优化、特殊环境的保护诸如金属屏蔽效果或对人体效应等。

接下来，运用内部设置的电波暗房（Anechoic Chamber），测量一系列设计相关参数的范围值。电波暗房可以测量天线增益与辐射效能等被动特性、主动特性如有效总辐射功率（Total Radiated Power；TRP）、全向灵敏度（Total Isotropic Sensitivity；TIS）等以及计算实际应用时的电磁干扰（Electromagnetic Interference；EMI） 。透过这些精确的测量来作为设计调整的参考，以达到效能优化。

《图五 电波暗房进行测试》

客制化天线全方位整合服务

电波暗房进行测试有鉴于通讯协议的快速演进，厂商们无不面临在更短的时间内要提供高度整合客制化天线的庞大压力。例如客制化天线全方位整合服务（The Antenna Total Solutions），即能够将客制化陶瓷天线的制程，从设计概念到原型阶段大幅缩短至10个工作天，而金属天线则是缩短至2个工作天内完成。

这种服务的推出，必须在被动组件领域累积对材料技术的丰富经验以及对制程的专精，结合天线设计、材料科学、生产制程及无线射频仿真等各个领域的专业，整合汇集在每一颗客制化天线的研发制造中。