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如图1.1所示#xff0c;这种无线电台…从无线传输技术诞生以来给人们也是带来了极大的方便与此同时和无线设备密切和分不开的设备就是天线了。天线在无线设备中发挥了极大的作用。在以前的无线电台在电影上面看过的都是很熟悉
如图1.1所示这种无线电台的功率一般都是很大的很明显的标志就是在其左上方会有一根长长的天线这根天线就保证了无线电设备的正常使用。
图1.2展示了早期的移动电话可以看见在其右上角也摆脱不了天线的影子。 那么天线的作用对于无线设备的意义究竟在哪里首先得从天线的实际作用说起。
天线主要是把电信号即能量转化为电磁波信号也是能量形式的一种向空间中全向散发或者定向散发出去这即是天线的本质作用。所以当无线设备没有天线后电信号将无法很好的转化电磁波信号没有电磁波信号就无法实现最基本的无线通信这也是为什么无线设备没有天线后信号都会大幅降低的原因之一。 刚刚既然说了没有天线是降低无线信号的的原因之一肯定还有其他的原因这里还存在一个阻抗匹配的问题在现在的无线设备当中基本使用的是50Ω欧姆的阻抗匹配也就是说从天线接口的位置向电路板看过去电路板里面的等效电阻要为50Ω欧姆这样就能达到最好的阻抗匹配当然这也是无线高频电路设计的一部分成都的一家亿佰特电子公司在做无线高频电路设计就还不错拥有专用的设备来测量阻抗问题要知道这个设备可是很贵的。 刚刚说完信号降低的原因有没有天线和阻抗问题现在来说一说天线本身的问题。 天线也是有很多种形式的而且每一种不同形式的天线都会有不同的性能。最简单的来说有以下问题
频率导致的
天线要和无线的工作频率相匹配2400MHz频率就的用2400MHz的天线5.8GHz频率就得用5.8GHz的天线。如果天线频率和实际无线频率不相匹配就会出现信号不好传输距离短这里还会引入一个概念叫驻波比频率不匹配将导致驻波比增大。 频率还有物理特性决定的问题。简单来说频率越低其绕射性越好频率越高绕射性越差。这也就能解释为什么2.4G的wifi穿墙的性能比同级别的5.8G的WiFi信号好的原因。同时频率越低所能传输的数据量同样是越低的这个最简单的可以通过2G3G和4G手机来解释。2G时代也在900MHz左右到了3G时代手机网速提升了频率就在2000MHz左右了到了4G同样还是在2000MHz左右值得一提的是中国移动拥有2500MHz频率的TDD-LTE的基站而且全世界也只有中国才有这个频段。所以也可以看见4G时代的基站数量比GSM时代的基站数量要多要密集。那么问题又来了4G和3G都在2000MHz为什么4G比3G网速快这里又是天线的功劳在4G系统中才有了MIMO技术多发多收技术现在手机最多可以是4天线的MIMO技术而基站则是8MIMO技术也就是空分多址技术这里也可以看见天线对于无线设备的重要性。 环境因素导致的信号差
都知道无线信号是直线传播的而地球是球体是一个园的那么在亚洲的A点到美洲B点是无法传输过去的注这里也是为什么在相隔不远的两处进行无线通信时天线越高通信距离越远的主要原因之一那么时间上无线信号还是能够正常传输过去除去中继站的原因还有一点就在于地球的大气层中有电离层当无线信号发射出去后会在大气层中进行反射关于反射还有很多空间反射漫反射等经过反射过后就能使B点能够收到信号。既然是反射在根据无线频率的物理性质低频率的反射效果肯定比高频率的要好。 衰落的问题
衰落问题就涉及到自由空间衰落理论这里有一个自由空间通信距离方程设发射功率为PT发射天线增益为GT工作频率为f. 接收功率为PR接收天线增益为GR收、发天线间距离为R那么电波在无环境干扰时传播途中的电波损耗L0 有以下表达式
L0 (dB) 10 Lg PT / PR 32.45 20 Lg f ( MHz ) 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)
根据这个方程可以知道无线频率功率天线性能和通信距离是有密不可分的关系所以无线设备诞生就离不开天线。当然衰落还有快衰落和慢衰落快衰落肯定是最恐怖的。还有一种衰落是由于反射的原因导致的比如说波导效应多径衰落。实际现象就是你在一条很长的河周围信号其实是不好的还有在森林之中信号也是很不好的树叶会导致很多的多径衰落。 天线本身的问题
天线的问题就在于天线的种类天线的种类有很多八木天线蘑菇天线双菱天线智能天线吸顶天线等等。而且还有全向天线定向天线高增益天线。天线的波瓣问题也是无线信号的好坏原因之一有一句很常听的话叫“塔下黑”这个词说的就是在天线的正下方是基本没有无线信号的这个就和天下对电磁的发射方式分不开了在天线的辐射方向中正下方并没有波瓣导致正下方没有信号。 全向天线即天线辐射的方向是360度的围绕天线振子一圈的360度辐射也就是说在天线振子的上下两端信号是最差的。如图1.3全向天线所示 在来说定向天线定向天线的电磁波辐射是具有方向性的要分为主瓣和旁瓣以及后瓣之分主瓣集中了大部分的能量旁瓣和后瓣都是很小的一部分能量这也导致了天线下班无信号的命运。如图1.4定向天线所示 当然无线信号的好坏还与天线的接口有关比如说SMA口IPX接口PCB天线馈线等等这些也都是影响无线信号好坏的原因之一。
还有很多的其它原因在这里也不在一一细说了。 说了这么多有天线而天线不好都会带来无法通信的后果那么这些设备如果没有天线究竟会带来什么影响最简单的来说就是没有天线无法通信设备热当设备为大功率设备时根据上问所说到的天线本质来看当有很大的能量无法及时通过天线发射出去能量就在集中在板上导致板子发热最终烧坏芯片同样当天线阻抗严重失配时导致天线能量大量被反射到电路中参数体现就在驻波比增大芯片发热同样烧毁芯片。
