天線的指標有哪些？

發布時間：

2021-06-18 10:29

A) 天線主要指標:

　　天線的指標是非常多的，其中很多指標是相互關聯的，只是看問題角度不同罷了。根據本人工程經驗，如能正確把握好增益，效率，波束寬度，回波損耗等主要指標的平衡關系，你的天線性能是能達到預期的。

　　另外，有人把天線分成外置天線和內置天線（實際本人也經常這么分），這實際是個相對概念或者是偽命題。從物理位置來說，有意義；從天線設計來說是沒有意義的。天線仿真軟件設計的天線，都是真空環境中的天線，這在實際應用環境中是找不到的，而天線的電性能跟天線周圍的介質材料特性又密不可分。例如，密封在物聯網水、電、氣表中的天線是內置天線，這個好理解，那么在這次疫情防控期間出現的物聯網房門封條，很多用的是棒狀天線，你說它是內置天線還是外置天線？從天線設計者角度來說，它也是內置天線，因為天線周圍除了空氣之外，還有磚混結構的墻體和金屬房門，這些介質對天線性能是有影響的。

　　結論：脫離實際應用環境給出的天線指標是沒有意義的，或是打折扣的。因此，天線指標應該是實際應用環境中的指標。

　　B) 增益：

　　天線的本質是無源的，因此不可能對信號進行放大。這里的天線增益實際是一個方向性參數，它的物理意義是此處的信號強度與標準天線在此處信號強度大小之比。舉個同樣當量火炸藥的炮彈與地雷的例子說明，地雷爆炸時的殺傷范圍是半徑10米的圓，而炮彈的殺傷是沿彈道1000米處的A點（假設彈頭不爆炸，與地雷同當量的炮彈火炸藥只起推進作用），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。

　　有一個誤區，很多用戶選天線時，光想選高增益的天線，你確定這個選擇正確嗎？這里我需要跟你補充一下，你需要的是“彈道方向”上的高增益天線。我們在中學物理上就知道一個道理，能量是守恒的，因此對天線來說，在一個方向上信號強，在其它方向上就會弱。

　　結論：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功率之比。輻射效率越高，內耗功率越少；反之，輻射效率越低，內耗功率越大。這里的輻射是指整個球面的輻射總和，并不關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計師方向圖的調整，肯定是有百利而無一害的。根據仿真結果和實際測試相結合的經驗，效率達90%以上時，天線效果不會太差。

　　結論：高效率是永恒的追求目標。

　　D) 波束寬度：

　　經常講PPT的人，都會用到“激光”筆，給觀眾一個醒目的提示。它的光束類似一條直線，射程很遠。同樣是兩節5號電池的手電筒，它的射程就沒有那么遠了，但它的光束類似一個圓錐形，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，但目標必須對準；追求寬波束，相當于撒大網，相對近距離目標應收盡收。

　　結論：波束寬度和天線增益是一對矛盾，雖然很糾結，但也要找平衡點。如果吃不準，把你的應用場景告訴天線設計師，一塊找平衡點。

　　E) 回波損耗：

　　舉一個不太恰當的例子，用高壓水槍對著墻上的一個小洞進行噴水，試圖把水噴到墻的另一面，如果水柱粗細跟墻洞相匹配，水會全部噴到墻的另一邊，但如果水柱較粗或準頭差點，則會有一部分水打到墻壁上反射回來。如果不想讓水反射回來，有兩個辦法，一個是調整水柱粗細并提高射擊準頭（辦法積極），另一個是在墻洞周圍布上吸水性很強的材料，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，就跟這個現象很像。匹配的好，大部分能量會發射出去。匹配不好，能量會反射回來。但是，這里面有一個漏洞，如果一味地追求匹配指標，可以在電路中加一個衰減電阻，把反射回來的信號消耗掉，一樣指標很好看。

　　結論：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論英雄。

　　F) 通信距離：

　　物聯網通信就是在一定距離上要保證可靠的數據傳輸。但是，由于傳輸介質的不確定，很難給出精確地計算公式，不過在空氣介質中傳輸的工程公式還是有的。

　　20LgD= P+G1+G2-32.5-20LgF-S

　　其中：

　　D：傳輸距離（Km）

　　P：發射機發射功率（dBm）

　　G1：發射機天線增益（dB）

　　G2：接收機天線增益（dB）

　　F：通信頻率（MHz）

　　S：接收機接收靈敏度（dBm）