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如何通过天线优化让无线产品传输距离更远?

2018-05-30 13:40 来源:ZLG致远 编辑:电源网

无线模块的通信距离是一项重要指标,如何把有效通信距离最大化一直是大家疑惑的问题。本文根据调试经验及对天线的选择与使用方法做了一些说明,希望对工程师快速调试通信距离有所帮助。

一、天线的种类

随着技术的进步,为了节省研发周期,不少厂商都推出各种各样的成品天线。然而如果工程师选择不当,不仅起不到应有的效果,反而会浪费很多时间与成本在排查调试上,得不偿失。本文将介绍常用的几种天线并结合在工程中的实际使用经验给出设计建议,以供大家参考。

接下来为大家介绍常用的天线种类:

(1)板载PCB式天线:采用PCB蚀刻而成,成本低,但是性能有限,可调性好,可大批量用于蓝牙、WiFi无线通信模块。

(2)SMT贴片式:常用的有陶瓷天线,占用面积少,集成度高,容易更换,适用于对空间要求小的产品,但是该类型天线价格稍贵且带宽偏小。

(3)外置棒状天线:性能好,无需调试,方便更换,增益高,适用于各种终端设备。

(4)FPC天线:通过馈线连接,安装自由,增益高,通常可以使用背胶贴在机器非金属外壳上,适用于性能要求高且外壳空间充足的产品上。

图片1

图1 常见天线

天线的作用是将射频信号辐射到自由空间,这时候选择合适的天线对于传输距离就有很大的影响。天线对周围环境很敏感,很多情况下会出现即使选择了合适的天线,也达不到预期的效果。由于有些客户对天线设计需要考虑的因素不清楚,这里我们给出在实际工程设计中的一些经验,便于客户更好地设计出自己的电路与PCB,增加项目的成功机会。

二、天线的选择

影响无线模块通信距离的首要参数是发射功率,无线模块的发射功率以及对应的理想传输距离在手册上均能查到,在确定了发射功率满足需求的前提下,然后考虑天线的选用和天线的方向性。

首先是天线的选用:

天线的主要指标包含以下几个:频率范围、驻波比SWR或VSWR、天线增益、极化方式和阻抗。频率范围按需选择;驻波比最好小于1.5;天线增益对传输距离也有影响;极化方式分为线性极化和圆极化;阻抗需要与无线模块的输出阻抗匹配,一般为50欧姆。这里要特别注意驻波比参数,购买天线后最好用网络分析仪测试一下SWR。

驻波比与回波损耗、传输功率的对照表如表 1所示。

表 1 驻波比与回波损耗、传输功率对照表

图片2

由上表可知,VSWR=1.5时,理论传输功率为96%,当VSWR=2时,传输功率只有88.9%,有的天线驻波比指标是小于2,选用天线的时候最好是驻波比小于1.5,可以得到较高的传输功率。

其次是天线的方向性:

天线都有方向性,指的是天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力。衡量天线方向性通常使用方向图,图 1所示是一个频率范围从2400MHz到2500MHz天线的方向图。

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