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深入解读无线通信中的天线① — 初识天线


品慧电子讯:天线作为无线信号辐射和接收的重要器件,在无线通信中起着关键作用。天线究竟是如何实现信号从有线到无线的转换的?天线都有哪些关键参数,又该如何评估一款天线的性能?本系列文章带你深入了解。


在无线电设备中,天线就是用来辐射和接收无线电波的装置,是一种电与磁的能量转换器。


按方向性分类,天线分为全向天线和定向天线两种。全向天线将能量信号平均辐射到所有方向上,由于能量被分散了,传输距离也较短。而定向天线则将能量信号辐射到特定的方向上,由于能量更集中,因此在该方向上传输距离会更远。


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图1 定向天线和全向天线


按材质或结构,天线又可以分为许多种类,常见的是:PCB天线(板载天线)、陶瓷天线、棒状天线等。致远电子推出的ZLG52810蓝牙模块,使用的就是PCB天线,这类天线集成在产品内部,可以大大减小对客户产品尺寸的要求。


那么,要如何评估一款天线性能的优劣?下面介绍天线的几个主要参数:


1. 工作频率


工作频率是天线最基本的参数,代表该天线能够辐射或接收的信号频率。天线的工作频率一般是某个范围,这个范围称为天线的带宽。例如某个天线的带宽是2.3GHz~2.5GHz,则它能够将该频段内的信号有效辐射出去或接收进来,而该频段外的信号例如2GHz,则无法通过该天线辐射或接收。


不同技术的产品,需要选择相应工作频段的天线,才能正常工作,例如:


● 蓝牙是2.402~2.480GHz;

● Wi-Fi是2.412~2.472GHz;

● Lora是470~510MHz。


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图2 Wi-Fi天线的工作频率测试


2. 增益


天线是无源器件,它并不会增大信号强度。和PA的增益不同,天线的增益通常指最大辐射方向的功率增益值,可以理解为天线在特定方向上的辐射能力,增益越大,天线辐射的能量也越集中,在相应方向上辐射能力越强,信号传输距离越远。


广州致远电子推出的ZM602系列Wi-Fi模块所设计的PCB天线增益达到了3.3dBi,空旷环境下最远通讯距离达到了450m,传输距离优于市场上绝大部分的Wi-Fi产品。


3. 电压驻波比


电压驻波比(VSWR)是表征端口阻抗匹配程度的一个量,它是衡量射频功率从功率源通过传输线到负载(天线)的效率,是驻波中最大电压与最小电压之比。


驻波比等于1时,表示馈线和天线的阻抗完全匹配,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时,表示全反射,能量完全没有辐射出去。VSWR在无线模块设计中,应小于或等于2.0。


天线馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗,通信领域中标准阻抗值为50Ω。


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图3 天线的输入阻抗测试



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