物联网天线如何实现智能家居通信
图源：isrofiyah/stock.adobe.com；使用AI生成
发布于2025-08-20
智能家居解决方案正逐步融入到各种家用电子设备中。智能家居的早期应用包括智能音箱、智能照明、智能恒温器和智能网关，而如今，智能家居已经融入到到各种主要家电中，包括污水泵、车库门、电动汽车充电器、配电箱、断路器，以及互联程度更高的娱乐系统。
所有这些设备都有一个共同点：它们需要某种形式的通信通道来连接网关、云服务或本地设备，才能实现配置执行、初始安装和控制编程。虽然智能家居集线器、网关以及家用互联网路由器和调制解调器通常需要或受益于有线以太网，但大多数智能家居设备都使用无线通信协议，这样用户或安装人员就不需要到处布设有线以太网。因此，大多数智能家居设备都采用了需要物联网天线的无线通信服务。
本文将探讨这些物联网天线如何影响新一代智能家居技术，并介绍一些新的通信解决方案。
物联网无线协议
智能家居物联网天线可以采用多种不同形态，并支持各种协议。最常见的智能家居无线协议包括Wi-Fi®、蓝牙、低功耗蓝牙、Zigbee、近场通信 (NFC)，以及日益普及的蜂窝连接，例如4G LTE或5G。部分厂商还会采用一些专有无线协议，但目前大多数智能家居无线设备都符合通用无线标准，并可以通过行业联盟标准（如Matter）实现互操作性。
尽管Wi-Fi标准不断更新，以支持更高效的低带宽应用，但配置工作、相对低吞吐量应用、Mesh和间歇性无线通信等领域主要使用的还是蓝牙和Zigbee。Wi-Fi主要用于高带宽应用，如安防摄像头媒体流、网关连接、个人电子设备、家用电器或不使用网关的独立设备。NFC和RFID通常用于简化无线配对或配置，但需要与其他配备NFC/RFID的设备非常接近（几厘米）才能进行通信。一些智能家居设备也使用蜂窝连接提供数据服务，但蜂窝连接更常用于移动设备；不过，远程安防系统也可能使用蜂窝连接。随着自主移动机器人（AMR）等机器人系统在家用场景中日益普及，蜂窝连接也有望变得越来越普遍。AMR的早期例子包括扫地机、自动割草机和未来的人形机器人。此外，GNSS/GPS也常用于移动智能家居设备的跟踪和路径规划。
物联网天线注意事项
要将这些智能家居设备传输的电信号转换为可通过空气介质传输到其他智能家居设备的电磁波，就需要使用符合无线协议要求的天线。为满足这些多样化需求，每种无线协议都有专用的物联网天线类型（图1）。此外，还有支持多频段、多协议和多业务的物联网天线，可兼容多种常见无线标准或频带。
图1：物联网天线的形态多种多样，以满足各种无线协议的要求，它们可以有效地将智能家居设备传输的信号转换为电磁波，并通过空气介质传输到其他智能家居设备。（图源：贸泽电子）
这些物联网天线具有多种多样的形态，以匹配智能家居设备应用、所使用的无线协议以及设备的外壳设计。对于大多数现代智能家居设备，天线隐藏在设备外壳内，以便于使用，并确保在设置或操作过程中不会损坏。设备外壳内的天线可以是集成到设备印刷电路板 (PCB) 中的内部嵌入式天线，也可以是采用通孔或表面贴装方式安装到设备电路板上的片上天线和模块天线（图2）。
图2：纤薄的FPC和PCB天线，可轻松集成到设备外壳中。（图源：贸泽电子）
外接天线在智能家居应用中仍占有一席之地，因为将天线置于外壳外部可以为天线设计提供更大的自由度，包括更宽松的尺寸和外形限制。这样，与内置天线相比，外接物联网天线就可以采用性能更高、成本更低的设计，实现更可靠的无线通信、更高的吞吐量和更远的传输距离。这就是许多无线安防摄像头使用外接天线，而智能照明设备则使用嵌入式或片上天线的原因。对于这些应用，设备的性能要求和外形尺寸会在设计上带来限制，导致最佳天线选择的结果不同。对于极度紧凑的设备，片上、模块或嵌入式天线通常是最可行的方案。
需要注意的是，为了使天线能够在指定方向上高效地接收和发射信号，必须限制发射天线和接收天线之间的障碍物。这包括外壳或设备设计方面的因素，因此天线通常需要位于电路板和线路之外。在空间受限的应用中，往往难以使用分立天线，而且可能导致同址干扰或不必要的耦合，此时片上、模块和嵌入式天线设计便能发挥优势。
在需要支持多种无线协议，并且出于性能要求不能使用单一多协议天线的应用中，需要将多个天线集成到设计中。由于近距离放置多个天线可能导致同址干扰问题，因此需要仔细选择并合理布置天线。使用合适的多协议电路或无线协议模块，可实现将同一根天线用于两种或多种无线协议。然而，将天线用于多协议应用通常需要对诸多参数进行仔细筛选和评估，才能确保符合认证要求和地区频谱法规。
Amphenol RF的家居自动化解决方案
对于需要选择合适的天线来支持运行多种无线协议的物联网设备的设计人员来说，Amphenol RF提供涵盖各种配置和宽广频带范围的物联网天线解决方案。开发家居自动化产品需要高效的无线通信，Amphenol RF提供包括嵌入式、内置和外接天线在内的天线产品组合，为各种智能家居应用带来高效率和出色性能。这些天线解决方案易于实施，并包含蜂窝、Wi-Fi、GNAA、蓝牙、低功耗蓝牙、LoRa、WLC和NFC选项。丰富的射频互连元器件产品能够满足特定设计限制下的需求，为智能家居的未来发展奠定基础。
结语
为了保持竞争力，家用电子产品制造商必须将智能家居功能集成到他们的产品中。这一趋势推动了对多样化、高性能物联网天线的需求，以满足智能家居应用的多样化需求。不同的无线通信协议和诸多设计考量因素使得满足这些需求成为了一件复杂的事情。Amphenol RF包括物联网天线解决方案产品组合在内的丰富产品可以帮助设计人员通过专门针对其应用定制的天线缩短物联网设计周期。无论是用于蜂窝网络、Wi-Fi、GPS还是RFID系统，这些物联网天线都能确保在各种连接选项和天线配置（包括嵌入式、内置和外接天线）下实现可靠且高性能的连接。智能家居自动化的未来充满光明，通过精心设计并选择合适的技术，我们可以期待越来越智能化和互联互通的生活环境。
作者简介
Jean-Jacques (JJ) DeLisle就读于罗切斯特理工学院（RIT），并获得了电气工程学士学位和硕士学位。在学习期间，JJ从事射频/微波研究，为大学杂志撰稿，并且是RIT第一个即兴喜剧团的成员。在拿到学位之前，JJ已受聘为Synaptics Inc.的IC布局和自动化测试设计工程师。经过6年开发和鉴定内置同轴天线和无线传感器技术的原创性研究，JJ带着多篇技术论文投稿和一项美国专利的成就离开了RIT。