如何选择合适的天线

2024-03-10

  许多硬件工程师、系统工程师或测试工程师在制作产品时有时需要选择实用的天线。天线产品手册一般提供天线的主要参数,包括频率范围、增益、天线材料、天线连接器、驻波比(VSWR)、阻抗、极化模式、方向性、物理尺寸、最大功率等;我们需要根据自己的需要和需求,找到最合适的天线。


  1、首先选择天线的频率范围(天线频带),如WIFI天线。然后,我们选择2.4-2.48GHz范围内的天线,这通常是指S11≤-10dB的范围;


  2、我们在那里安装天线,需要选择相应的天线尺寸。例如,对于外部设备,我们可以选择玻璃纤维天线和八木天线等成品。对于内部设备,我们可以选择柔性PCB天线,设计微带天线、陶瓷天线等;

 

 3、方向性是指你想选择定向天线还是全向天线;定向天线在一个方向上具有光增益,在另一方向上具有软增益,而全向天线在任何方向上都具有类似的增益;例如:方向图案的质量可能直接影响我们的实用性。例如,如果我们想选择全向天线,我们希望它在每个方向上都有良好的辐射增益。但是,由于天线的安装环境或天线方向图的缺陷,我们的使用可能会受到影响。在极端长距离的情况下,信号可能在某些方向上被接收或未被接收;


  4、增益,其大小直接影响整个通信的链路预算(通信距离),但通常天线给出的增益是方向图方向上的最大增益(以dBi为单位),并不代表所有方向上的增益。因此,全向天线也可以解决不圆度问题,而定向天线可以了解旁瓣电平和前后比指标;根据理论和测试经验,通常定义为如果链路预算减少6dB,则通信距离将减半。例如,如果一对2.4GHz无线模块的链路预算是100dB(加上天线增益),并且通信距离是1km,那么94dB的链路预算将导致500米的通信距离;


  5、天线材料一般是指天线本身的材料和外壳的材料。常见的天线材料有微带PCB天线、FPC天线、铜板天线、铜管天线、弹簧天线等;


  6、天线连接器一般指天线端口的连接器形式,如IPEX、SMA、N头等;

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  7、驻波比(VSWR)被定义为驻波腹电压的振幅与谷电压的比率。这实际上可以看作是天线端口反射尺寸的问题。当驻波比等于1时,表明馈线和天线的阻抗完全匹配。此时,所有的高频能量都进入天线并被转换和辐射出去,没有任何能量的反射损失;当驻波比为无穷大时,表示全反射,根本没有能量发射;一般天线要求在保证天线其他特性的同时,VSWR≤2(S11≤-10dB)是判断条件,VSWR=2。此时,大约10%的能量被反射,90%的能量进入天线;


8、阻抗,天线端口的阻抗是一个复数(R+jX)。一般来说,我们说天线端口的阻抗是50Ω。理想情况下,虚部为0,但在现实中,不可能在频率范围内全部为零,因此必须有反射;实际上,VSWR间接表示输入阻抗VSWR=(Zi-50)/(Zi+50)


  9、极化方式,天线主要有线极化(垂直极化和水平极化)、圆极化(右旋圆极化和左旋圆极化)和椭圆极化。一般以线极化为主,铜管天线、FPC天线、偶极天线、八木天线等常见类型属于线极化天线;常见的GPS天线、弹簧天线、螺旋天线等属于圆极化天线。


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