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怎么让天线优化让无产品传输距离更远？
发布时间：
2019-07-11 16:24
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，深圳市飞宇信电子推出各种各样的成品天线。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。
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。
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下所示：
驻波比与回波损耗、传输功率对照表
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。
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，错误!未找到引用源。所示是一个频率范围从2400MHz到2500MHz天线的方向图。
天线的三维方向图
天线竖直放置时，红色最深的方向是天线辐射或接收能力最强的方向，所以在安装天线的时候，要尽可能往红色指向的方向去安装天线，这样才能保证足够好的信号质量。另外，金属平板对信号有屏蔽作用，所以发射，接收的方向上不要有金属平面。也有一些天线的手册上给出的天线方向图是用二维图来表示的，分为H-Plane和E-Plane，如图所示。
天线的二维方向图
在测试无线模块相互通信时，天线的方向性必须要考虑，在通信空间没有遮挡且天线的方向对应最强辐射方向时，通信的距离可以达到最大。如果天线安装的不合适，会导致通信距离变短，甚至无法通信。工程师在测试无线模块通信时，经常会遇到信号弱、通信距离没有达到手册中的说明或者丢包率高，在确定无线模块本身没问题的情况下，不妨先测试一下天线本身的性能，然后再按照天线信号辐射强的方向来测试，会得到更好的测试结果。
三、天线部分电路
1、匹配电路设计：在原理图设计时，需要在天线与模块射频输出管脚预留一个π型网络。天线的阻抗受PCB的铺地、天线的安装以及周围的金属等因素影响，预留这个网络是为了在天线严重偏离50欧姆阻抗时，将其匹配至50欧姆。X1，X2，X3都是电抗元件，如果天线是标准的50欧姆阻抗，那么X2，X3可以不焊接，X1接220PF电容或者0欧姆电阻。在PCB设计时，这三个器件已经尽量靠近模块的射频输出脚，并且连接的传输线短且直。匹配元件的周围1.5mm区域内不要铺地，以减少寄生参数对匹配电路的影响。
匹配电路
2、微带线设计：在PCB设计时，由于大部分的天线与模块的输出阻抗是50欧姆，为了尽量减少在传输过程中能量的反射，射频输出管脚到天线之间的PCB引线应为50欧姆的微带线。常用的板材为FR4（介电常数4.2-4.6），根据经验，当线宽约为微带线距离参考层距离的2.2倍时，微带线的特征阻抗约为50欧姆。具体设计时,建议使用微带线阻抗控制工具（ADS、txline等）来计算,并通过实际调试来完成微带线的设计。如下图所示，微带线下面的铺地层必须是完整的地，在微带线两侧需要多打接地过孔。
微带线
3、金属对天线的影响；如果天线附近有金属材料的物体时，金属能反射电磁波，不但会影响天线的实际使用空间，增加天线的损耗电阻，降低辐射效率，而且导致天线辐射性能的恶化。在安装天线时，要注意：
a：天线距离电池至少要有5mm：
b：天线距离屏蔽壳至少要有4mm；
c：在需要安装外壳的场合，不要在外壳表面使用具有金属成分的喷漆或者镀层。
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2019-08-28 16:38
RF连接器即射频同轴连接器，通常被认为是装接在电缆上或安装在仪器上的一种元件，作为传输线电气连接或分离的元件。RF连接器属于机电一体化产品，主要起桥梁作用。在六十多年的时间里，经过各国专家的共同努力，使RF连接器形成了独立完整的专业体系，成为连接器家族中的重要组成部分。是同轴传输系统不可缺少的关键元件。
2019-08-28 16:32
今天主要带大家来了解清楚什么是通信天线的极化方向！其实天线的极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。极化方向其实就是天线电场的方向。天线的极化方式有：线极化(水平极化和垂直极化)、圆极化(左旋极化和右旋极化)等方式。我们带着下面的问题一起来探讨下什么是天线的极化方向吧！
2019-08-26 17:25
全向天线虽然能够将图中两个用户都覆盖到，但由于每个时刻，中心的AP只能和一个用户交互报文，此时只有蓝色部分形成了有效覆盖，其他绝大部分信号传播都造成了能量浪费，属于无效的覆盖，如果能将此部分浪费的能量集中到有效覆盖区域，势必会获得更高的信号强度以及传输带宽；而对于定向天线而言，由于能量的集中，覆盖区域内的信号强度会比较高，但是由于信号覆盖角度较小，很多需要覆盖的范围没有信号可以到达。如果在右侧用户
2019-08-26 17:18
早在 3G 试验网建设初期，研究人员就发现：3G 信号衰减快、穿透损耗大、绕射能力差，在室内分布系统中，2G、3G 信号覆盖不能同步，3G 信号覆盖范围小、盲点和弱区多。这些问题是3G 信号频率高所致，通常被认为是不可逾越的技术障碍。要获得良好的3G 室内信号，唯有增加天线密度。所以，对3G 室内分布系统，业界普遍认同“小功率、多天线”的设计原则。然而，这一原则虽然解决了3G 信号覆盖问题，却带来
2019-08-21 17:40
企业的办公场所是一个忙碌而经常变化的环境，随着员工的移动， Wi-Fi信号可能被障碍物遮挡。另外，WiFi 信号还可能被周围其它WiFi 网络信号或者员工的蓝牙设备所干扰，而平板电脑、笔记本、智能手机和其它WiFi设备在进入WiFi网络范围后的自动连接动作(就算这些设备并不需要真正使用Wi-Fi网络)，也会影响整个网络的性能体验。
2019-08-21 17:28
GSM的用户量是越来越多。也继承了我们的历史创作。不断发展，不断更新，是《通信技术》的一个转折点。我们在是生活中，某些数据我们可以远程传输，短信的传输模式，就采集了通过SMS形式来进行远程传输。人类通信技术的发展，得以应用。
