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WiFi天線生產(chǎn)廠家,GPS陶瓷天線廠家聯(lián)系方式

天線如何優(yōu)化讓無線產(chǎn)品傳輸距離更遠?

發(fā)布時間:2024-09-11 17:30:33 瀏覽次數(shù):1697 編輯 : 歐源通科技有限公司

一、天線的類型

隨著技術(shù)的發(fā)展,為了節(jié)省開發(fā)周期,許多廠家都推出了多種成品天線。然而,如果工程師選擇錯誤的方式,它將不會有適當(dāng)?shù)男Ч珜⒗速M大量的時間和成本的故障排除。本文介紹了幾種常用天線,并結(jié)合工程實際經(jīng)驗給出了一些設(shè)計建議。

接下來,我將介紹常用的天線類型:

(1)電路板PCB天線:PCB蝕刻,成本低,性能有限,調(diào)諧良好,可用于藍牙和WiFi無線通信模塊的質(zhì)量。

(2)SMT貼片式:常用陶瓷天線占地面積小,集成度高,易于更換。它適用于空間要求很小的產(chǎn)品,但這種天線成本更高,帶寬也較低。

(3)外棒天線:性能好,不調(diào)試,易更換,增益高,適用于各種終端設(shè)備。

(4)FPC天線:與饋線連接,自由安裝,高增益,通??梢杂帽趁婺z附著在機器的非金屬外殼上。適用于性能要求高、占地面積大的產(chǎn)品。

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圖1 常見天線

天線的作用是將射頻信號輻射到自由空間,這時候選擇合適的天線對于傳輸距離就有很大的影響。天線對周圍環(huán)境很敏感,很多情況下會出現(xiàn)即使選擇了合適的天線,也達不到預(yù)期的效果。由于有些客戶對天線設(shè)計需要考慮的因素不清楚,這里我們給出在實際工程設(shè)計中的一些經(jīng)驗,便于客戶更好地設(shè)計出自己的電路與PCB,增加項目的成功機會。

二、天線選擇

影響無線模塊通信距離的主要參數(shù)是傳輸功率。在手冊上可以找到無線模塊的傳輸功率和相應(yīng)的理想傳輸距離。在確定滿足要求的傳輸功率的前提下,考慮天線的選擇和天線的方向。

首先,天線的選擇:

天線的主要規(guī)格包括:頻率范圍,駐波比SWR或VSWR,天線增益,極化模式和阻抗。頻率范圍根據(jù)需要選擇;波比最好的不到1.5;天線增益對傳輸距離有影響;極化模式分為線性極化和圓極化;阻抗需要匹配無線模塊的輸出阻抗,通常為50歐姆。我們應(yīng)該特別注意Bobbi參數(shù)。在購買天線后,我們應(yīng)該使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測試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

 駐波比與回波損耗、傳輸功率對照表

由上表可知,VSWR=1.5時,理論傳輸功率為96%,當(dāng)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。

天線的三維方向圖

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(zhì)量。另外,金屬平板對信號有屏蔽作用,所以發(fā)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。

天線的二維方向圖

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?qū)?yīng)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(dǎo)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(jīng)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(jié)果。

三、天線部分電路

1、 匹配電路設(shè)計

在原理圖設(shè)計時,需要在天線與模塊射頻輸出管腳預(yù)留一個π型網(wǎng)絡(luò)。天線的阻抗受PCB的鋪地、天線的安裝以及周圍的金屬等因素影響,預(yù)留這個網(wǎng)絡(luò)是為了在天線嚴重偏離50歐姆阻抗時,將其匹配至50歐姆。

X1,X2,X3都是電抗元件,如果天線是標準的50歐姆阻抗,那么X2,X3可以不焊接,X1接220PF電容或者0歐姆電阻。在PCB設(shè)計時,這三個器件已經(jīng)盡量靠近模塊的射頻輸出腳,并且連接的傳輸線短且直。匹配元件的周圍1.5mm區(qū)域內(nèi)不要鋪地,以減少寄生參數(shù)對匹配電路的影響。

匹配電路

圖2 匹配電路

2、 微帶線設(shè)計

在PCB設(shè)計時,由于大部分的天線與模塊的輸出阻抗是50歐姆,為了盡量減少在傳輸過程中能量的反射,射頻輸出管腳到天線之間的PCB引線應(yīng)為50歐姆的微帶線。常用的板材為FR4(介電常數(shù)4.2-4.6),根據(jù)經(jīng)驗,當(dāng)線寬約為微帶線距離參考層距離的2.2倍時,微帶線的特征阻抗約為50歐姆。具體設(shè)計時,建議使用微帶線阻抗控制工具(ADS、txline等)來計算,并通過實際調(diào)試來完成微帶線的設(shè)計。如下圖所示,微帶線下面的鋪地層必須是完整的地,在微帶線兩側(cè)需要多打接地過孔。

圖3 微帶線

3、金屬對天線的影響

如果天線附近有金屬材料,金屬可以反射電磁波,這不僅會影響天線的實際使用空間,增加天線的損耗電阻,降低輻射效率,而且會導(dǎo)致天線輻射的惡化。奧秘。安裝天線時,注意:

A:天線應(yīng)該至少離電池5mm;

B:天線應(yīng)該至少離屏蔽體4mm。

C:在外殼需要安裝的外殼外表面不要使用噴涂或涂覆金屬部件。

天線廠家實拍

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