工业无线系统的天线详细资料讲解

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上传日期: 2019-08-29

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标签:无线系统(59)电磁波(267)连接器(1924)

  作为工业无线系统的关键部件之一,天线是完成将传输线中的高频电磁能转化成空间自由电磁波,或将空间中的自由电磁波能量转化成传输线中的高频电磁能的专门设备。因此选择一个适合的天线,对于无线网络的性能十分重要。

  天线一般按照辐射方向可分成两大类:全向天线和定向天线。

  ■ 全向天线向所有方向传播。

  ■ 定向天线以一种非常窄的“波束”作高度定向传播;比较常见的是抛物线形和八木天线。每种类型都有其独有的特性和应用场合。

  天线增益

  天线增益是在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。天线增益可用dBi数值来度量,这是相对于理论上的各向同性天线的增益指标;各向同性天线向所有方向发射相同的能量,在实际上这并不存在。理想的半波偶极天线的增益为2.15dBi。应当指出的是,随着方向性的增加,增益也随之增加。

  等效全向辐射功率(EIRP),是理论上各向同性天线向最大天线增益方向所发射最大功率的度量。EIRP可用来计算从传输线和连接器的功率损失,包括实际的天线增益。如果知道天线的实际增益和发射器的功率输出,就可通过EIRP来计算实际功率输出、磁场强度值。

  偶极天线

  偶极天线是最常用的一种天线类型,可在水平方向360度无死角传播射频RF)能量。这些设备的谐振频率为所用频率的一半或四分之一个波长。这种天线简单到可以只需要两节截成适当长度的电缆很多企业和SOHO一族(在家办公或小型创业者)在配置Wi-Fi时,使用的都是偶极天线。

  天线都有一个典型阻抗,用于天线和发射器之间在传输最大功率时的匹配。如果天线和发射器不匹配,那么就会在传输线路上发生反射,这会降低信号质量,甚至会损害发射器。反射由驻波比(SWR)一词来描述,表征的是传输线路的传输效率。SWR为1:1,表明没有功率反射和损失;5:1就表明反射和损失为44%。SWR一般使用电压比,所以一般称之为VSWR。

  定向天线

  定向天线将发射功率聚焦在狭窄的波束上,这样就可以在过程中大幅度的增加过程增益。天线特性之间也相互影响。传输天线的特性,比如阻抗和增益,同样适用于接收天线。这就是为何同样的天线既可以用于发射,也可以用于接收。高度定向的抛物线形天线的增益可用于放大微弱信号;因此这种类型的天线经常被用于长距离的信号接收。

  微带天线

  微带天线在一个薄介质基片上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片,利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。它一般是矩形的,并被一个塑料外壳所覆盖。这种类型的天线通过标准的印刷电路板的方式来生产。一个微带天线可以获得30-180度的波束宽度,还有9dB的增益。微带天线一般应用在1~50GHz频率范围,特殊的天线也可用于几十兆赫。和常用微波天线相比,具有体积小、重量轻、电性能多样化以及易集成的特点。

  扇形天线

  扇形天线提供一种饼状(扇形)的发射模式,一般以扇形矩阵的形式安装。它有金属板式和金属导线式两种形式。这种天线由于加大了天线断面积,所以加宽了天线频带。扇形天线的波束宽度介于60-180度之间,典型情况下为120度。在扇形矩阵中,天线以背靠背的形式安装,这样就可以实现360度无死角覆盖。扇形天线在蜂窝通信中应用十分广泛。

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