讓無線產品實現有效通信距離最大化

無線模塊的通信距離是一項重要指標，如何把有效通信距離最大化一直是大家疑惑的問題。本文根據調試經驗及對天線的選擇與使用方法做了一些說明，希望對工程師快速調試通信距離有所幫助。

一、天線的種類

隨著技術的進步，為了節(jié)省研發(fā)周期，不少廠商都推出各種各樣的成品天線。然而如果工程師選擇不當，不僅起不到應有的效果，反而會浪費很多時間與成本在排查調試上，得不償失。本文將介紹常用的幾種天線并結合在工程中的實際使用經驗給出設計建議，以供大家參考。

接下來為大家介紹常用的天線種類:

(1)板載PCB式天線:采用PCB蝕刻而成，成本低，但是性能有限，可調性好，可大批量用于藍牙、WiFi無線通信模塊。

(2)SMT貼片式：常用的有陶瓷天線，占用面積少，集成度高，容易更換，適用于對空間要求小的產品，但是該類型天線價格稍貴且?guī)捚　?/p>

(3)外置棒狀天線：性能好，無需調試，方便更換，增益高，適用于各種終端設備。

(4)FPC天線：通過饋線連接，安裝自由，增益高，通?？梢允褂帽衬z貼在機器非金屬外殼上，適用于性能要求高且外殼空間充足的產品上。

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，很多情況下會出現即使選擇了合適的天線，也達不到預期的效果。由于有些客戶對天線設計需要考慮的因素不清楚，這里我們給出在實際工程設計中的一些經驗，便于客戶更好地設計出自己的電路與PCB，增加項目的成功機會。

二、天線的選擇

影響無線模塊通信距離的首要參數是發(fā)射功率，無線模塊的發(fā)射功率以及對應的理想傳輸距離在手冊上均能查到，在確定了發(fā)射功率滿足需求的前提下，然后考慮天線的選用和天線的方向性。

首先是天線的選用：

天線的主要指標包含以下幾個：頻率范圍、駐波比SWR或VSWR、天線增益、極化方式和阻抗。頻率范圍按需選擇;駐波比最好小于1.5;天線增益對傳輸距離也有影響;極化方式分為線性極化和圓極化;阻抗需要與無線模塊的輸出阻抗匹配，一般為50歐姆。這里要特別注意駐波比參數，購買天線后最好用網絡分析儀測試一下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

由上表可知，VSWR=1.5時，理論傳輸功率為96%，當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。

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。

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對應最強輻射方向時，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果。

三、天線部分電路

1、匹配電路設計