天線部分電路詳解，如何讓信號傳得更遠？

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(jù)調(diào)試經(jīng)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(diào)試通信距離有所幫助。

一、天線的種類

隨著技術(shù)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(dāng)，不僅起不到應(yīng)有的效果，反而會浪費很多時間與成本在排查調(diào)試上，得不償失。本文將介紹常用的幾種天線并結(jié)合在工程中的實際使用經(jīng)驗給出設(shè)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(diào)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(chǎn)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(diào)試，方便更換，增益高，適用于各種終端設(shè)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(chǎn)品上。

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、天線的選擇

影響無線模塊通信距離的首要參數(shù)是發(fā)射功率，無線模塊的發(fā)射功率以及對應(yīng)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(shù)，購買天線后最好用網(wǎng)絡(luò)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(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。

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。

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