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天線的分類和選擇方法！
發(fā)布時(shí)間：
2021-06-22 10:21
天線是將射頻信號由傳輸線輻射到空氣中或從空氣中接收到傳輸線上的一種裝置，也可視為一種阻抗轉(zhuǎn)換器或者一種能量變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。
對于設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用于射頻系統(tǒng)中的無線收發(fā)設(shè)備，天線的設(shè)計(jì)和選擇是其中的重要部分，良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達(dá)到最佳狀態(tài)，同類型天線大小與射頻信號的波長成正比，信號的頻率越低，所需的天線越大。
天線的分類
天線由安裝的位置可分為外置天線和內(nèi)置天線，安裝在設(shè)備內(nèi)部的稱之為內(nèi)置天線，安裝在設(shè)備外部的稱之為外置天線。
對于手持設(shè)備、穿戴設(shè)計(jì)、智能家居等小尺寸產(chǎn)品，普遍采用內(nèi)置天線，其集成度高，產(chǎn)品外觀美觀。物聯(lián)網(wǎng)、智能硬件產(chǎn)品需要聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，因此都需要使用天線。所處空間越小、頻段越多，天線設(shè)計(jì)越復(fù)雜，外置天線一般都是標(biāo)準(zhǔn)品，選購所需頻段的天線便可以使用，無需調(diào)試，即插即用。例如快遞柜、售貨機(jī)這些，普遍使用磁吸的外置天線，吸在鐵皮外殼上即可。這些天線不能放在鐵皮柜里面，金屬會(huì)屏蔽天線信號，所以只能放在外面，本文從天線的分類以及選型方法為核心，對天線的相關(guān)信息進(jìn)行介紹。
1.1外置天線
外置天線從輻射場輻射角度方向的不同可分為全向天線和定向天線。
全向天線空間輻射圖
全向天線：即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。外置全向天線主要包括吸盤天線、玻璃鋼天線和膠棒天線。
定向天線空間輻射圖
定向天線：指在某一個(gè)或某幾個(gè)特定方向上發(fā)射和接收電磁波特別強(qiáng)，而在其他的方向上發(fā)射和接收電磁波則為零或極小的一種天線。采用定向發(fā)射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性;采用定向接收天線的主要目的是增強(qiáng)信號強(qiáng)度增加抗干擾能力。外置定向天線主要包括平板天線、八木天線和對數(shù)周期天線。
1.2 內(nèi)置天線
內(nèi)置天線主要是指可以放置在設(shè)備內(nèi)部的天線總稱，內(nèi)置天線主要包括FPC天線、PCB天線、彈簧天線、陶瓷貼片天線、激光直接成型技術(shù)（LDS）和五金彈片天線。
02選型指南
在給設(shè)備選擇合適的天線，首先要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定選用內(nèi)置還是外置天線，外置天線和內(nèi)置天線的主要特點(diǎn)如下：
外置天線
增益高
受環(huán)境影響小、可作為標(biāo)品、節(jié)省開發(fā)周期
占用空間、影響產(chǎn)品美觀
內(nèi)置天線
增益相對較高
工藝成熟、產(chǎn)品交付一致性好
內(nèi)置于設(shè)備內(nèi)、美觀、無需單獨(dú)做三防
受周圍環(huán)境影響大、一般需要結(jié)合產(chǎn)品本身定制
2.1外置天線選型
首先需要確定設(shè)備信號覆蓋區(qū)域，信號的覆蓋方向由天線的輻射方向圖決定，按照天線輻射方向，天線分為全向天線和定向天線。
2.1.1 外置全向天線
吸盤天線：增益相對較高，最大特點(diǎn)為帶有強(qiáng)磁吸盤，安裝固定非常方便，但吸盤一定要吸附在金屬表面上。在無線模塊行業(yè)，吸盤天線常常和無線模塊配合使用，以此達(dá)到增加無線模塊的通信距離的目的，比如智能抄表、自動(dòng)售賣機(jī)、快遞柜、車載電臺等。
銅棒吸盤天線：與普通鞭狀吸盤天線類似，但比鞭狀吸盤的優(yōu)勢在于，采用直徑較大的純銅輻射體，其歐姆損耗小，天線效率高、帶寬覆蓋寬。適用于對性能要求相對較高的數(shù)傳電臺、中等距離的圖傳等。
膠棒天線：是最常見外置天線，其增益適中、價(jià)格相對低廉，常用在無線通訊模塊、無線路由、數(shù)傳電臺等?？筛鶕?jù)安裝空間要求選擇合適尺寸大小的天線，選擇天線尺寸與增益有關(guān)系，通常情況下，同頻段長度越長增益越高。
玻璃鋼天線：在全向天線中、玻璃鋼天線性能表現(xiàn)最為出色，其內(nèi)芯為純銅振子，采用平衡饋電，受環(huán)境影響小；外殼采用優(yōu)質(zhì)玻璃鋼，有很好的三防特性，對惡劣的自然環(huán)境適應(yīng)好。特別適合超遠(yuǎn)距離網(wǎng)關(guān)信號覆蓋，圖像傳輸?shù)取?/p>
2.1.2外置定向天線
一般用于通訊距離遠(yuǎn)、信號覆蓋范圍小、目標(biāo)密度大的環(huán)境，極端例子為點(diǎn)對點(diǎn)遠(yuǎn)距離通訊。
平板天線：效率高、體積輕小安裝方便，可以兼顧增益與輻射區(qū)域。適用室內(nèi)、隧道內(nèi)無線信號覆蓋、中等距離的信號傳輸、圖傳及信號穿墻等。
八木天線：增益非常高、體積稍大、方向性強(qiáng)、使用時(shí)需要注意天線的方向，可用于超遠(yuǎn)距離信號傳輸、圖傳及測向等。
對數(shù)周期天線：超寬帶天線，帶寬覆蓋非常寬，帶寬可達(dá)10:1，常用于信號放大，室內(nèi)分布和電梯信號覆蓋。
2.2 內(nèi)置天線選型
內(nèi)置天線的形態(tài)一共可以分為：FPC/PCB/彈簧/陶瓷/五金彈片/激光直接成型技術(shù)（LDS）等類型。目前一般選擇較多的是PCB天線。在成本控制高、性能要求一般的情況下選擇彈簧LDS天線，一般的內(nèi)置天線均受環(huán)境影響，需要定制設(shè)計(jì)或者阻抗匹配。
五金彈片天線
FPC天線：具有良好的性價(jià)比，噴油后可與各種外觀顏色相匹配； 產(chǎn)品柔韌性好，可完美貼合于規(guī)則圓弧面 ；工藝成熟穩(wěn)定，生產(chǎn)周期快，批量交付性好； 適用于對性能有較高要求的寬頻帶智能設(shè)備天線設(shè)計(jì)。
PCB天線：與FPC天線最大區(qū)別為，F(xiàn)PC具有很好的柔性，PCB天線為硬板，在結(jié)構(gòu)安裝上，如果需要彎折以及弧面則選擇FPC天線，如果是平面可選擇PCB天線，PCB天線比FPC便于安裝。
彈簧天線：其最大的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，但是增益低、帶寬窄，內(nèi)置于產(chǎn)品內(nèi)部時(shí)，往往需要調(diào)試天線匹配。
陶瓷貼片天線：占用空間很小、性能比較好；帶寬窄，比較難做到多頻段；有效提高主板的整合度，并可降低天線對ID的限制；需要在主板的定義之初導(dǎo)入設(shè)計(jì)。
LDS天線：適用于特殊外觀面的天線，可充分利用天線空間；對于天線性能的實(shí)現(xiàn)更接近環(huán)境的物理極限 ；對天線所依附的殼體或支架有特殊的材質(zhì)要求；工藝成熟，并可通過噴涂配色，過程中有一定的不良率。
五金彈片天線：具有很高的性價(jià)比，有效降低成本 ；產(chǎn)品強(qiáng)度高，不易破損 ；工藝成熟穩(wěn)定，生產(chǎn)周期快，批量交付性好 ；對天線區(qū)域及圓弧外觀面的應(yīng)用，具有一定的局限性。
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