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天線的指標(biāo)有哪些？
發(fā)布時(shí)間：
2021-06-18 10:29
A) 天線主要指標(biāo):
天線的指標(biāo)是非常多的，其中很多指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，只是看問題角度不同罷了。根據(jù)本人工程經(jīng)驗(yàn)，如能正確把握好增益，效率，波束寬度，回波損耗等主要指標(biāo)的平衡關(guān)系，你的天線性能是能達(dá)到預(yù)期的。
另外，有人把天線分成外置天線和內(nèi)置天線（實(shí)際本人也經(jīng)常這么分），這實(shí)際是個(gè)相對概念或者是偽命題。從物理位置來說，有意義；從天線設(shè)計(jì)來說是沒有意義的。天線仿真軟件設(shè)計(jì)的天線，都是真空環(huán)境中的天線，這在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中是找不到的，而天線的電性能跟天線周圍的介質(zhì)材料特性又密不可分。例如，密封在物聯(lián)網(wǎng)水、電、氣表中的天線是內(nèi)置天線，這個(gè)好理解，那么在這次疫情防控期間出現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)房門封條，很多用的是棒狀天線，你說它是內(nèi)置天線還是外置天線？從天線設(shè)計(jì)者角度來說，它也是內(nèi)置天線，因?yàn)樘炀€周圍除了空氣之外，還有磚混結(jié)構(gòu)的墻體和金屬房門，這些介質(zhì)對天線性能是有影響的。
結(jié)論：脫離實(shí)際應(yīng)用環(huán)境給出的天線指標(biāo)是沒有意義的，或是打折扣的。因此，天線指標(biāo)應(yīng)該是實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的指標(biāo)。
B) 增益：
天線的本質(zhì)是無源的，因此不可能對信號進(jìn)行放大。這里的天線增益實(shí)際是一個(gè)方向性參數(shù)，它的物理意義是此處的信號強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)天線在此處信號強(qiáng)度大小之比。舉個(gè)同樣當(dāng)量火炸藥的炮彈與地雷的例子說明，地雷爆炸時(shí)的殺傷范圍是半徑10米的圓，而炮彈的殺傷是沿彈道1000米處的A點(diǎn)（假設(shè)彈頭不爆炸，與地雷同當(dāng)量的炮彈火炸藥只起推進(jìn)作用），那么在彈道方向，炮彈的殺傷距離是地雷的100倍。相反，在其它方向上，炮彈的殺傷距離比地雷小無窮倍。
有一個(gè)誤區(qū)，很多用戶選天線時(shí)，光想選高增益的天線，你確定這個(gè)選擇正確嗎？這里我需要跟你補(bǔ)充一下，你需要的是“彈道方向”上的高增益天線。我們在中學(xué)物理上就知道一個(gè)道理，能量是守恒的，因此對天線來說，在一個(gè)方向上信號強(qiáng)，在其它方向上就會(huì)弱。
結(jié)論：別光聽忽悠，你需要的是信號方向上的增益，不在信號方向上的增益再大都沒用。所以，你要知道你所選天線的方向圖，最起碼天線廠家要給你個(gè)說法。
C) 效率：
輻射效率指天線輻射出去的功率與天線的激勵(lì)功率之比。輻射效率越高，內(nèi)耗功率越少；反之，輻射效率越低，內(nèi)耗功率越大。這里的輻射是指整個(gè)球面的輻射總和，并不關(guān)心是信號有用方向還是無用方向。但無論如何，高輻射效率再加上天線設(shè)計(jì)師方向圖的調(diào)整，肯定是有百利而無一害的。根據(jù)仿真結(jié)果和實(shí)際測試相結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)，效率達(dá)90%以上時(shí)，天線效果不會(huì)太差。
結(jié)論：高效率是永恒的追求目標(biāo)。
D) 波束寬度：
經(jīng)常講PPT的人，都會(huì)用到“激光”筆，給觀眾一個(gè)醒目的提示。它的光束類似一條直線，射程很遠(yuǎn)。同樣是兩節(jié)5號電池的手電筒，它的射程就沒有那么遠(yuǎn)了，但它的光束類似一個(gè)圓錐形，覆蓋面大了很多。
電磁波束與光波束相類似。同樣激勵(lì)功率的前提下，波束越寬，增益越低，覆蓋面越大；波束越小，增益越高，覆蓋面越小。追求高增益，能提高傳輸距離，但目標(biāo)必須對準(zhǔn)；追求寬波束，相當(dāng)于撒大網(wǎng)，相對近距離目標(biāo)應(yīng)收盡收。
結(jié)論：波束寬度和天線增益是一對矛盾，雖然很糾結(jié)，但也要找平衡點(diǎn)。如果吃不準(zhǔn)，把你的應(yīng)用場景告訴天線設(shè)計(jì)師，一塊找平衡點(diǎn)。
E) 回波損耗：
舉一個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦?，用高壓水槍對著墻上的一個(gè)小洞進(jìn)行噴水，試圖把水噴到墻的另一面，如果水柱粗細(xì)跟墻洞相匹配，水會(huì)全部噴到墻的另一邊，但如果水柱較粗或準(zhǔn)頭差點(diǎn)，則會(huì)有一部分水打到墻壁上反射回來。如果不想讓水反射回來，有兩個(gè)辦法，一個(gè)是調(diào)整水柱粗細(xì)并提高射擊準(zhǔn)頭（辦法積極），另一個(gè)是在墻洞周圍布上吸水性很強(qiáng)的材料，水不反射了，但射到墻另一邊的量也少了（辦法消極）。
天線與電路板的匹配，就跟這個(gè)現(xiàn)象很像。匹配的好，大部分能量會(huì)發(fā)射出去。匹配不好，能量會(huì)反射回來。但是，這里面有一個(gè)漏洞，如果一味地追求匹配指標(biāo)，可以在電路中加一個(gè)衰減電阻，把反射回來的信號消耗掉，一樣指標(biāo)很好看。
結(jié)論：我們需要的是天線輻射出去的能量足夠多，并不以回波損耗硬指標(biāo)論英雄。
F) 通信距離：
物聯(lián)網(wǎng)通信就是在一定距離上要保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸。但是，由于傳輸介質(zhì)的不確定，很難給出精確地計(jì)算公式，不過在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)墓こ坦竭€是有的。
20LgD= P+G1+G2-32.5-20LgF-S
其中：
D：傳輸距離（Km）
P：發(fā)射機(jī)發(fā)射功率（dBm）
G1：發(fā)射機(jī)天線增益（dB）
G2：接收機(jī)天線增益（dB）
F：通信頻率（MHz）
S：接收機(jī)接收靈敏度（dBm）
結(jié)論：信號強(qiáng)度或傳輸方向天線增益增加6dB，距離增加一倍。
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天線,增益
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