如何在手持设备中实现天线分集技术
通过在手持设备中引入天线分集技术，我们有可能提高总的系统增益。对终端用户而言，这意味着更大的数据吞吐量、更远的有效范围和更灵活的使用性。不过，在手持设备中置入多个天线也会带来许多相关问题，因为手持设备的成本、尺寸和上市时间与系统的性能同样至关重要。
天线分集的目的是利用电波在反射环境中的不同传播路径，以提高系统整体性能。就天线而言，有数种不同的分集技术可供考虑。
空间分集可能是最为人所熟知的类型。一种简单的空间分集派生技术已经在CardBus设备和笔记本电脑中实现，以支持Wi-Fi应用。在这种情况中，两个天线被集成到设备中，彼此的间距至少为35毫米，因为CardBus的宽度约为50毫米。处理过程包括两个部分：在两个天线之间进行切换，然后选择提供了最佳信号的那只天线。实际上，由于多径效应，空间功率分布函数的节点与零点在距离上非常接近，导致分布在空间中的功率变化非常迅速。当使用两个天线时，即使一个处于无效状态，另一个将很可能接收到强度高得多的信号。
一种更为精制的空间分集解决方案不是仅使用最佳的一个天线，而是同时处理来自不同天线的信号。通过这样做，我们有可能按相位设置不同的路径，然后将它们相加。当天线之间的距离大约为波长的38%时，我们可获得理论上最佳的性能，即将增益提高了3dB。实际上，这个距离对应的相关系数等于零，这意味着不同路径之间的延迟可以被完全确定。
在实践中，要考虑的距离介于波长的17%到38%之间，它们将增益的提高幅度降至1.5dB。这种简化方法是现有的不同算法之一。根据不同的原理，最佳距离可能有所不同。
波束分集与空间分集略有不同。在空间分集中，天线是相同的，且具有相同的辐射图谱(pattern)和覆盖范围。区别之处仅在于空间位置，这允许天线接收不同的信号。波束分集则采用不同的天线形状或技术，以利用不同的辐射图谱。不同的辐射图谱形状会导致不同的覆盖范围，这允许接收由多径效应造成的来自不同方向的信号。然后，采用与空间分集方案中相类似的方式来处理不同的信号。在这种情况下，两个天线的距离从理论上讲就不那么关键。重点在于不同辐射图谱之间的相关系数，它反映了辐射图谱之间的重叠程度。
另外，极化分集则是利用天线的正交极化作用。如果使用的天线是相同的，它们应该在物理上互差90度。在这种情况下，天线之间的距离在理论上并不重要。为了获得良好的分集增益，各个天线的正交极化程度显得更为重要。
电磁耦合问题
没有哪种天线能提供完美的分集解决方案。实践中采用的通常是这些不同分集类型的组合，尤其是在小型手持设备中，天线之间以及天线与人体之间的距离都很接近。但只要相关系数足够低，这就不是一个主要问题。在任何类型的分集方案中，除了这些参数，与相关系数有关的最关键参数是不同天线之间的耦合。
天线之间的隔离必须在设计阶段就加以考虑。为了保持较低的相关系数，隔离度要求等于或高于15dB。如果隔离度低于15dB，那么一只天线所接收的信号将有超过3.5%的能量被传送到相邻的天线，从而降低分集增益。因此，为了保持较高的分集增益，重要的是要理解电磁耦合问题。
隔离度指的是天线与其周围环境相互作用的方式。天线受环境的干扰越少，隔离度越高。在多个天线的情况下，通过使用从一台网络分析仪上读取的S21参数，直接测量从一只天线传输到另一只天线的能量(也称为耦合)，可以确定隔离的程度。天线耦合主要有以下三种方式：
1．电流耦合。天线在它们的临近范围内会产生较高的电流。如果另一个天线处于相同的范围内(小型设备通常是这种情况)，那么耦合会相当高。如果天线没有相互隔离，相关系数也将很高，这意味着即使使用分集技术也不能获得任何优势。根据所使用的天线技术，高电流区域的范围或多或少地被限制在天线附近。保证电流耦合维持在较低水平的一种方法是采用可限制电流的技术。
2．自由空间耦合。在这种情况下，天线附近磁场中的辐射电波直接从一个天线传到另一个天线。令天线的附近磁场避开其它天线可以减少耦合。
3．表面波。天线会产生表面波，这是一种存在于地平面与空气界面电介质之间的电磁模式。通过采用一种无需高电介材料的天线方案，该问题可轻易得到解决。
通过减少天线之间的耦合，我们有可能保证足够低的相关系数，以维持较高的系统性能。它还能帮助制造商在缩小产品尺寸的同时保持良好的性能。与设备性能同等重要的是总的系统成本。
天线通常是射频设计师最后考虑的事情。它们被看作一只50欧姆的元件，其作用仅是接收信号。但它们实际上具有微妙的电气特性，可有助于减少元件数量和总的材料清单。例如，天线的可选择性有助于省去滤波器，或至少降低它们的规格要求。另外，若采用能轻易匹配不同电阻值的技术，则有可能排除匹配电路元器件。
天线的绝对尺寸是人们长期研究的一个参数。我们有可能从电磁理论的基础——麦克斯韦方程推导出一个公式，将应用所决定的相对带宽与天线的模量(mode volume)联系起来。但天线子系统的尺寸也必须加以考虑。使用隔离天线技术能减少禁放元件的区域以及使占位面积减小，后者对小型设备而言至关重要。
上市时间在手持设备市场中也是关键因素。设计周期正变得越来越短，而产品又变得越来越复杂。因此，工程师正在寻找不仅容易实现，而且具备足够灵活性以添加到他们的生产线上的解决方案。
天线的隔离对缩短设计周期很有帮助，因为它为设计工程师提供了更大的灵活性，以便在天线周围移动元件而不必完全重新调节天线。此外，当涉及多个天线时，无论是使用不同的频率还是与分集方案相同的频率，技术的挑战将更加复杂。在这方面，高度隔离的天线能最大程度地减少集成问题，并加快产品的设计周期。
作者：Gregory Poilasne、Sebastian Rowson、Laurent Desclos
Ethertronics公司
天线分集的目的是利用电波在反射环境中的不同传播路径，以提高系统整体性能。就天线而言，有数种不同的分集技术可供考虑。
空间分集可能是最为人所熟知的类型。一种简单的空间分集派生技术已经在CardBus设备和笔记本电脑中实现，以支持Wi-Fi应用。在这种情况中，两个天线被集成到设备中，彼此的间距至少为35毫米，因为CardBus的宽度约为50毫米。处理过程包括两个部分：在两个天线之间进行切换，然后选择提供了最佳信号的那只天线。实际上，由于多径效应，空间功率分布函数的节点与零点在距离上非常接近，导致分布在空间中的功率变化非常迅速。当使用两个天线时，即使一个处于无效状态，另一个将很可能接收到强度高得多的信号。
一种更为精制的空间分集解决方案不是仅使用最佳的一个天线，而是同时处理来自不同天线的信号。通过这样做，我们有可能按相位设置不同的路径，然后将它们相加。当天线之间的距离大约为波长的38%时，我们可获得理论上最佳的性能，即将增益提高了3dB。实际上，这个距离对应的相关系数等于零，这意味着不同路径之间的延迟可以被完全确定。
在实践中，要考虑的距离介于波长的17%到38%之间，它们将增益的提高幅度降至1.5dB。这种简化方法是现有的不同算法之一。根据不同的原理，最佳距离可能有所不同。
波束分集与空间分集略有不同。在空间分集中，天线是相同的，且具有相同的辐射图谱(pattern)和覆盖范围。区别之处仅在于空间位置，这允许天线接收不同的信号。波束分集则采用不同的天线形状或技术，以利用不同的辐射图谱。不同的辐射图谱形状会导致不同的覆盖范围，这允许接收由多径效应造成的来自不同方向的信号。然后，采用与空间分集方案中相类似的方式来处理不同的信号。在这种情况下，两个天线的距离从理论上讲就不那么关键。重点在于不同辐射图谱之间的相关系数，它反映了辐射图谱之间的重叠程度。
另外，极化分集则是利用天线的正交极化作用。如果使用的天线是相同的，它们应该在物理上互差90度。在这种情况下，天线之间的距离在理论上并不重要。为了获得良好的分集增益，各个天线的正交极化程度显得更为重要。
电磁耦合问题
没有哪种天线能提供完美的分集解决方案。实践中采用的通常是这些不同分集类型的组合，尤其是在小型手持设备中，天线之间以及天线与人体之间的距离都很接近。但只要相关系数足够低，这就不是一个主要问题。在任何类型的分集方案中，除了这些参数，与相关系数有关的最关键参数是不同天线之间的耦合。
天线之间的隔离必须在设计阶段就加以考虑。为了保持较低的相关系数，隔离度要求等于或高于15dB。如果隔离度低于15dB，那么一只天线所接收的信号将有超过3.5%的能量被传送到相邻的天线，从而降低分集增益。因此，为了保持较高的分集增益，重要的是要理解电磁耦合问题。
隔离度指的是天线与其周围环境相互作用的方式。天线受环境的干扰越少，隔离度越高。在多个天线的情况下，通过使用从一台网络分析仪上读取的S21参数，直接测量从一只天线传输到另一只天线的能量(也称为耦合)，可以确定隔离的程度。天线耦合主要有以下三种方式：
1．电流耦合。天线在它们的临近范围内会产生较高的电流。如果另一个天线处于相同的范围内(小型设备通常是这种情况)，那么耦合会相当高。如果天线没有相互隔离，相关系数也将很高，这意味着即使使用分集技术也不能获得任何优势。根据所使用的天线技术，高电流区域的范围或多或少地被限制在天线附近。保证电流耦合维持在较低水平的一种方法是采用可限制电流的技术。
2．自由空间耦合。在这种情况下，天线附近磁场中的辐射电波直接从一个天线传到另一个天线。令天线的附近磁场避开其它天线可以减少耦合。
3．表面波。天线会产生表面波，这是一种存在于地平面与空气界面电介质之间的电磁模式。通过采用一种无需高电介材料的天线方案，该问题可轻易得到解决。
通过减少天线之间的耦合，我们有可能保证足够低的相关系数，以维持较高的系统性能。它还能帮助制造商在缩小产品尺寸的同时保持良好的性能。与设备性能同等重要的是总的系统成本。
天线通常是射频设计师最后考虑的事情。它们被看作一只50欧姆的元件，其作用仅是接收信号。但它们实际上具有微妙的电气特性，可有助于减少元件数量和总的材料清单。例如，天线的可选择性有助于省去滤波器，或至少降低它们的规格要求。另外，若采用能轻易匹配不同电阻值的技术，则有可能排除匹配电路元器件。
天线的绝对尺寸是人们长期研究的一个参数。我们有可能从电磁理论的基础——麦克斯韦方程推导出一个公式，将应用所决定的相对带宽与天线的模量(mode volume)联系起来。但天线子系统的尺寸也必须加以考虑。使用隔离天线技术能减少禁放元件的区域以及使占位面积减小，后者对小型设备而言至关重要。
上市时间在手持设备市场中也是关键因素。设计周期正变得越来越短，而产品又变得越来越复杂。因此，工程师正在寻找不仅容易实现，而且具备足够灵活性以添加到他们的生产线上的解决方案。
天线的隔离对缩短设计周期很有帮助，因为它为设计工程师提供了更大的灵活性，以便在天线周围移动元件而不必完全重新调节天线。此外，当涉及多个天线时，无论是使用不同的频率还是与分集方案相同的频率，技术的挑战将更加复杂。在这方面，高度隔离的天线能最大程度地减少集成问题，并加快产品的设计周期。
作者：Gregory Poilasne、Sebastian Rowson、Laurent Desclos
Ethertronics公司
(编辑 Tina)