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深入解讀無線通信中的天線①—初識天線

江師大電信小希 ? 來源:江師大電信小希 ? 作者:江師大電信小希 ? 2023-03-05 13:48 ? 次閱讀

天線作為無線信號輻射和接收的重要器件,在無線通信中起著關鍵作用。天線究竟是如何實現信號從有線到無線的轉換的?天線都有哪些關鍵參數,又該如何評估一款天線的性能?本系列文章帶你深入了解。

在無線電設備中,天線就是用來輻射和接收無線電波的裝置,是一種電與磁的能量轉換器

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更遠。

按材質或結構,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。致遠電子推出的ZLG52810藍牙模塊,使用的就是PCB天線,這類天線集成在產品內部,可以大大減小對客戶產品尺寸的要求。

那么,要如何評估一款天線性能的優劣?下面介紹天線的幾個主要參數:

1. 工作頻率

工作頻率是天線最基本的參數,代表該天線能夠輻射或接收的信號頻率。天線的工作頻率一般是某個范圍,這個范圍稱為天線的帶寬。例如某個天線的帶寬是2.3GHz~2.5GHz,則它能夠將該頻段內的信號有效輻射出去或接收進來,而該頻段外的信號例如2GHz,則無法通過該天線輻射或接收。

不同技術的產品,需要選擇相應工作頻段的天線,才能正常工作,例如:

● 藍牙是2.402~2.480GHz;

Wi-Fi是2.412~2.472GHz;

Lora是470~510MHz。

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圖2 Wi-Fi天線的工作頻率測試

2. 增益

天線是無源器件,它并不會增大信號強度。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,在相應方向上輻射能力越強,信號傳輸距離越遠。

廣州致遠電子推出的ZM602系列Wi-Fi模塊所設計的PCB天線增益達到了3.3dBi,空曠環境下最遠通訊距離達到了450m,傳輸距離優于市場上絕大部分的Wi-Fi產品。

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量,它是衡量射頻功率從功率源通過傳輸線到負載(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,表示饋線和天線的阻抗完全匹配,此時高頻能量全部被天線輻射出去,沒有能量的反射損耗;駐波比為無窮大時,表示全反射,能量完全沒有輻射出去。VSWR在無線模塊設計中,應小于或等于2.0。

天線饋電點兩端感應的信號電壓與信號電流之比,稱為天線的輸入阻抗,通信領域中標準阻抗值為50Ω。

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圖3 天線的輸入阻抗測試

審核編輯:湯梓紅


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