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深入解讀無(wú)線通信中的天線① — 初識(shí)天線

發(fā)布時(shí)間:2023-03-15 來(lái)源:ZLG 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】天線作為無(wú)線信號(hào)輻射和接收的重要器件,在無(wú)線通信中起著關(guān)鍵作用。天線究竟是如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)從有線到無(wú)線的轉(zhuǎn)換的?天線都有哪些關(guān)鍵參數(shù),又該如何評(píng)估一款天線的性能?本系列文章帶你深入了解。


在無(wú)線電設(shè)備中,天線就是用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置,是一種電與磁的能量轉(zhuǎn)換器。


按方向性分類,天線分為全向天線和定向天線兩種。全向天線將能量信號(hào)平均輻射到所有方向上,由于能量被分散了,傳輸距離也較短。而定向天線則將能量信號(hào)輻射到特定的方向上,由于能量更集中,因此在該方向上傳輸距離會(huì)更遠(yuǎn)。


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圖1  定向天線和全向天線


按材質(zhì)或結(jié)構(gòu),天線又可以分為許多種類,常見的是:PCB天線(板載天線)、陶瓷天線、棒狀天線等。致遠(yuǎn)電子推出的ZLG52810藍(lán)牙模塊,使用的就是PCB天線,這類天線集成在產(chǎn)品內(nèi)部,可以大大減小對(duì)客戶產(chǎn)品尺寸的要求。


那么,要如何評(píng)估一款天線性能的優(yōu)劣?下面介紹天線的幾個(gè)主要參數(shù):


1. 工作頻率


工作頻率是天線最基本的參數(shù),代表該天線能夠輻射或接收的信號(hào)頻率。天線的工作頻率一般是某個(gè)范圍,這個(gè)范圍稱為天線的帶寬。例如某個(gè)天線的帶寬是2.3GHz~2.5GHz,則它能夠?qū)⒃擃l段內(nèi)的信號(hào)有效輻射出去或接收進(jìn)來(lái),而該頻段外的信號(hào)例如2GHz,則無(wú)法通過該天線輻射或接收。


不同技術(shù)的產(chǎn)品,需要選擇相應(yīng)工作頻段的天線,才能正常工作,例如:


●   藍(lán)牙是2.402~2.480GHz;

●   Wi-Fi是2.412~2.472GHz;

●   Lora是470~510MHz。


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圖2  Wi-Fi天線的工作頻率測(cè)試


2. 增益


天線是無(wú)源器件,它并不會(huì)增大信號(hào)強(qiáng)度。和PA的增益不同,天線的增益通常指最大輻射方向的功率增益值,可以理解為天線在特定方向上的輻射能力,增益越大,天線輻射的能量也越集中,在相應(yīng)方向上輻射能力越強(qiáng),信號(hào)傳輸距離越遠(yuǎn)。


廣州致遠(yuǎn)電子推出的ZM602系列Wi-Fi模塊所設(shè)計(jì)的PCB天線增益達(dá)到了3.3dBi,空曠環(huán)境下最遠(yuǎn)通訊距離達(dá)到了450m,傳輸距離優(yōu)于市場(chǎng)上絕大部分的Wi-Fi產(chǎn)品。


3. 電壓駐波比


電壓駐波比(VSWR)是表征端口阻抗匹配程度的一個(gè)量,它是衡量射頻功率從功率源通過傳輸線到負(fù)載(天線)的效率,是駐波中最大電壓與最小電壓之比。


駐波比等于1時(shí),表示饋線和天線的阻抗完全匹配,此時(shí)高頻能量全部被天線輻射出去,沒有能量的反射損耗;駐波比為無(wú)窮大時(shí),表示全反射,能量完全沒有輻射出去。VSWR在無(wú)線模塊設(shè)計(jì)中,應(yīng)小于或等于2.0。


天線饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比,稱為天線的輸入阻抗,通信領(lǐng)域中標(biāo)準(zhǔn)阻抗值為50Ω。


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圖3  天線的輸入阻抗測(cè)試



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