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    天線的選擇使用
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    背景:信息傳輸高速發展,無線模塊的應用愈加廣泛。無線模塊被廣泛的應用于遙控、無線抄表、身份識別、電子價簽、信號采集等領域中,因而對無線模塊的通信距離也提出了更高的要求。

    無線模塊傳輸距離主要受發射功率、接收靈敏度的影響。天線對上述參數影響尤為明顯,本文探討天線對無線模組整體通信表現的影響。


    天線主要參數

    天線是一種換能器件,它將電能轉換為電磁能,然后輻射到自由空間,或者將自由空間的電磁能轉換為電能。因此,轉換效率是考量天線性能的重要指標。根據天線設計方式不同還有諧振頻率,帶寬,增益,駐波比,特征阻抗等考量指標,根據天線原理不同還有極化方式等考量指標。


    天線選擇

    對于短距離微功率通信模組需要,常見垂直極化,50歐特征阻抗的天線,用戶選擇天線需要主要考量諧振頻率,增益,駐波比三個參數。當然天線類型是首要考慮的,陶瓷貼裝天線和軟板印刷體積小,安裝在產品殼體內,不影響美觀;膠棒天線體積大,需要安裝在用戶產品殼體外部;吸盤天線具有較長引線,可以安裝在用戶產品距離之外,但是性能表現受其吸附物體影響。

         諧振頻率就是通常所說的天線工作頻率,大多數用戶反映整體通信距離存在較大差異都是由于沒有選擇正確諧振頻率的天線造成的。天線的選擇使用-1

    圖1  天線諧振曲線測試

    駐波比全稱電壓駐波比,指天線駐波波腹電壓與波谷電壓幅度的比值。它反映天線與傳輸線系統的匹配程度,反映天線將電能轉化為電磁能的能力。理想情況下駐波比=1,表征傳輸線系統與天線匹配,天線將能量全部輻射到自由空間,沒有能量反射到傳輸線;駐波比無窮大,表征全部能量被反射到傳輸線系統,沒有能量輻射到自由空間。因此選擇天線時駐波比參數越接近1越好,通常情況下,天線駐波比低于2的都可以視為良好。

    增益在天線領域表示天線輻射集中程度。是在相同輸入功率的條件下,實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度的比值??梢娙蛱炀€輻射能力也是具有方向性的,選擇或者安裝不當也會影響整體性能表現。

    天線的選擇使用-2

    圖2  全向天線的功率密度分布示意


    天線安裝

    天線對安裝使用環境較為敏感,尤其天線安裝在產品殼體內部或者表面的情況,殼體材料,內部其他器件都對天線的表現有較大影響。此類情況通常先選取適當位置安裝上合適的天線,使用儀器獲取天線的相關參數,調整無線模塊和天線之間的匹配電路或者重新設計適合的天線。

    天線的選擇使用-3

    圖3  工程師對客戶內置天線的產品進行匹配優化


    天線的選擇使用-4

    圖4  膠棒天線有殼體和無殼體諧振曲線對比,諧振頻點發生了偏移


    吸盤天線需要吸附在其他物體表面使用,通常吸附在接地金屬物體表面性能表現良好,具體情況還是不同物體不同位置多次嘗試,選擇更好的位置。

    天線的選擇使用-5

    圖5  吸盤天線吸附不同物體的表現對比,諧振頻點和反射系數均發生變化


    總結

    天線只是影響無線通信效果的因素之一,正確地選擇使用天線能解決大多數通信效果不理想的問題。實際應用中也可能存在其他例如信道干擾等問題,用戶需要根據具體部署使用情況具體分析,靈活處理。




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