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如何選用正確的無線模塊天線

2018-04-25

  無線模塊通信距離是一項重要指標,如何把有效通信距離最大化一直是客戶疑惑的問題。本文根據調試經驗,對天線的選用及使用方法做一些說明,希望對工程師快速調試通信距離有所幫助。

  影響無線模塊通信距離的首要參數是發射功率,無線模塊的發射功率以及對應的理想傳輸距離在手冊上均能查到,在確定了發射功率滿足需求的前提下,然后考慮天線的選用和天線的方向性。

  首先是天線的選用:

  天線的主要指標包含以下幾個:頻率范圍、駐波比SWR或VSWR、天線增益、極化方式和阻抗。頻率范圍按需選擇;駐波比最好小于1.5;天線增益對傳輸距離也有影響;極化方式分為線性極化和圓極化;阻抗需要與無線模塊的輸出阻抗匹配,一般為50歐姆。這里要特別注意駐波比參數,購買天線后最好用網絡分析儀測試一下SWR。

  駐波比與回波損耗、傳輸功率的對照表如表 1所示。

  表 1 駐波比與回波損耗、傳輸功率對照表

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  由上表可知,VSWR=1.5時,理論傳輸功率為96%,當VSWR=2時,傳輸功率只有88.9%,有的天線駐波比指標是小于2,選用天線的時候最好是駐波比小于1.5,可以得到較高的傳輸功率。

  其次是天線的方向性:

  天線都有方向性,指的是天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力。衡量天線方向性通常使用方向圖,圖 1所示是一個頻率范圍從2400MHz到2500MHz天線的方向圖。

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  圖 1天線的三維方向圖

  天線豎直放置時,紅色最深的方向是天線輻射或接收能力最強的方向,所以在安裝天線的時候,要盡可能往紅色指向的方向去安裝天線,這樣才能保證足夠好的信號質量。另外,金屬平板對信號有屏蔽作用,所以發射,接收的方向上不要有金屬平面。

  也有一些天線的手冊上給出的天線方向圖是用二維圖來表示的,分為H-Plane和E-Plane,如圖 2所示。

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  圖 2 天線的二維方向圖

  在測試無線模塊相互通信時,天線的方向性必須要考慮,在通信空間沒有遮擋且天線的方向對應最強輻射方向時,通信的距離可以達到最大。如果天線安裝的不合適,會導致通信距離變短,甚至無法通信。

  工程師在測試無線模塊通信時,經常會遇到信號弱、通信距離沒有達到手冊中的說明或者丟包率高,在確定無線模塊本身沒問題的情況下,不妨先測試一下天線本身的性能,然后再按照天線信號輻射強的方向來測試,會得到更好的測試結果。

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