深入解读无线通信中的天线①—初识天线

只看该作者 · 2023-3-6 01:13

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。

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。

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。找元器件现货上唯样商城

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。

图3 天线的输入阻抗测试