天線增益數(shù)據(jù)對(duì)無(wú)線模塊通信距離的影響有哪些？
隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚侔l(fā)展，無(wú)線模塊的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。無(wú)線模塊被廣泛的應(yīng)用于遙控、無(wú)線抄表、身份識(shí)別、電子價(jià)簽、生物信號(hào)采集等領(lǐng)域中，因而對(duì)無(wú)線模塊的通信距離也提出了更高的要求。
無(wú)線模塊傳輸距離主要受功率、接收靈敏度、天線等因素的影響。本文主要從天線的指標(biāo)、分類(lèi)兩個(gè)方面討論天線對(duì)無(wú)線模塊通信距離的影響。
天線是一種變換器，天線模塊是把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無(wú)界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。在無(wú)線通信設(shè)備中用來(lái)發(fā)射或接收電磁波的部件。無(wú)線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來(lái)傳遞信息的，都依靠天線來(lái)進(jìn)行工作。此外，一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。
天線的指標(biāo)主要有頻段范圍、頻帶寬度、增益、極化、阻抗、駐波比、前后比等。
以阻抗來(lái)說(shuō)，通常天線做成標(biāo)準(zhǔn)的50Ω，無(wú)線模塊的阻抗也是按照50Ω設(shè)計(jì)的，這樣天線與無(wú)線模塊之間的阻抗就更加匹配傳輸?shù)男室簿驮礁?。從理論上?lái)說(shuō)模塊與天線的匹配程度越高則通信距離越容易得到保證。
天線增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。天線增益定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。比如一個(gè)輸出功率為20dBm的模塊通過(guò)增益為3dBi的天線發(fā)射，其發(fā)射的總能量既模塊功率與天線增益之和，理論得出模塊發(fā)送出的總能量越大則模塊傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)。
天線極化是描述天線輻射電磁波矢量空間指向的參數(shù)。由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)有恒定的關(guān)系，故一般都以電場(chǎng)矢量的空間指向作為天線輻射電磁波的極化方向。常說(shuō)的極化方向有垂直極化與水平極化，因?yàn)榇怪睒O化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號(hào)的有效傳播與傳輸距離，所以在無(wú)線通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。
駐波比全稱(chēng)為電壓駐波比，又名VSWR和SWR，為英文Voltage StandingWave Ratio的簡(jiǎn)寫(xiě)。指駐波波腹電壓與波谷電壓幅度之比，又稱(chēng)為駐波系數(shù)、駐波比。當(dāng)駐波比等于1時(shí)，表示饋線和天線的阻抗完全匹配，此時(shí)高頻能量全部被天線輻射出去，沒(méi)有能量的反射損耗；駐波比為無(wú)窮大時(shí)，表示全反射，能量完全沒(méi)有輻射出去。由此可以看出天線的駐波比與模塊的駐波比越接近1越好，以此才能保證輸出的功率及通信距離。
天線的分類(lèi)形式有很多，為方便討論本文主要將天線按照封裝形式分：大致分為柔性（FPC）軟天線、板載PCB天線、膠棒天線、吸盤(pán)天線等。本次對(duì)比使用的天線為成都億佰特出售的TX433-NP-4310、TX433-JK-20、TX433-XP-100天線。天線的詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)直接訪問(wèn)：https://shop34783602.taobao.com。
圖1中的柔性（FPC）軟天線具有可彎折，體積小等特點(diǎn)，但是也可以看到其增益為2dBi增益較低因此其通信距離也會(huì)收到影響。
圖2中為可彎折的膠棒天線其為全向天線角度廣，增益為3dBi，其駐波比為1.3，因此其通信距離較使用柔性軟天線的通信距離更遠(yuǎn)些。
圖3中為吸盤(pán)天線，使用時(shí)需要將天線放置于較大的鐵平面上，如汽車(chē)車(chē)頂?shù)?。該天線具有增益高，角度廣等特點(diǎn)。因此其通信距離較膠棒天線有更有的性能，但是其安裝環(huán)境受一定限制沒(méi)有膠棒，柔性天線靈活。
5.總結(jié)
影響無(wú)線模塊的通信距離有很多的因素，天線只是其中的一種，我們想通過(guò)優(yōu)化天線達(dá)到更好的通信效果那么對(duì)于天線的選擇就應(yīng)該與模塊的匹配達(dá)到最佳的，但這也不是絕對(duì)的，我們?cè)趯?shí)際的應(yīng)用中也可能會(huì)出現(xiàn)性能稍差的天線通信距離可能更遠(yuǎn)因此天線的選擇也應(yīng)該靈活的、適用的。
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