修水县城乡建设局官方网站,有源码手机怎么搭建网站,四川省城乡建设信息网站证件查询,全国最大的网站建设公司无线模块的通信距离是一项重要指标#xff0c;如何把有效通信距离最大化一直是大家疑惑的问题。本文根据调试经验及对天线的选择与使用方法做了一些说明#xff0c;希望对工程师快速调试通信距离有所帮助。
一、天线的种类
随着技术的进步#xff0c;为了节省研发周期如何把有效通信距离最大化一直是大家疑惑的问题。本文根据调试经验及对天线的选择与使用方法做了一些说明希望对工程师快速调试通信距离有所帮助。
一、天线的种类
随着技术的进步为了节省研发周期不少厂商都推出各种各样的成品天线。然而如果工程师选择不当不仅起不到应有的效果反而会浪费很多时间与成本在排查调试上得不偿失。本文将介绍常用的几种天线并结合在工程中的实际使用经验给出设计建议以供大家参考。
接下来为大家介绍常用的天线种类
1 板载PCB式天线采用PCB蚀刻而成成本低但是性能有限可调性好可大批量用于蓝牙、WiFi无线通信模块。
2 SMT贴片式常用的有陶瓷天线占用面积少集成度高容易更换适用于对空间要求小的产品但是该类型天线价格稍贵且带宽偏小。
3 外置棒状天线性能好无需调试方便更换增益高适用于各种终端设备。
4 FPC天线通过馈线连接安装自由增益高通常可以使用背胶贴在机器非金属外壳上适用于性能要求高且外壳空间充足的产品上。 图1 常见天线
天线的作用是将射频信号辐射到自由空间这时候选择合适的天线对于传输距离就有很大的影响。天线对周围环境很敏感很多情况下会出现即使选择了合适的天线也达不到预期的效果。由于有些客户对天线设计需要考虑的因素不清楚这里我们给出在实际工程设计中的一些经验便于客户更好地设计出自己的电路与PCB增加项目的成功机会。
二、天线的选择
影响无线模块通信距离的首要参数是发射功率无线模块的发射功率以及对应的理想传输距离在手册上均能查到在确定了发射功率满足需求的前提下然后考虑天线的选用和天线的方向性。
首先是天线的选用
天线的主要指标包含以下几个频率范围、驻波比SWR或VSWR、天线增益、极化方式和阻抗。频率范围按需选择驻波比最好小于1.5天线增益对传输距离也有影响极化方式分为线性极化和圆极化阻抗需要与无线模块的输出阻抗匹配一般为50欧姆。这里要特别注意驻波比参数购买天线后最好用网络分析仪测试一下SWR。
驻波比与回波损耗、传输功率的对照表如表 1所示。 表 1 驻波比与回波损耗、传输功率对照表
由上表可知VSWR1.5时理论传输功率为96%当VSWR2时传输功率只有88.9%有的天线驻波比指标是小于2选用天线的时候最好是驻波比小于1.5可以得到较高的传输功率。
其次是天线的方向性
天线都有方向性指的是天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力。衡量天线方向性通常使用方向图图 2所示是一个频率范围从2400MHz到2500MHz天线的方向图。 图 2 天线的三维方向图
天线竖直放置时红色最深的方向是天线辐射或接收能力最强的方向所以在安装天线的时候要尽可能往红色指向的方向去安装天线这样才能保证足够好的信号质量。另外金属平板对信号有屏蔽作用所以发射接收的方向上不要有金属平面。
也有一些天线的手册上给出的天线方向图是用二维图来表示的分为H-Plane和E-Plane如图 3所示。 图 3 天线的二维方向图
在测试无线模块相互通信时天线的方向性必须要考虑在通信空间没有遮挡且天线的方向对应最强辐射方向时通信的距离可以达到最大。如果天线安装的不合适会导致通信距离变短甚至无法通信。
工程师在测试无线模块通信时经常会遇到信号弱、通信距离没有达到手册中的说明或者丢包率高在确定无线模块本身没问题的情况下不妨先测试一下天线本身的性能然后再按照天线信号辐射强的方向来测试会得到更好的测试结果。
三、天线部分电路
1、 匹配电路设计
在原理图设计时需要在天线与模块射频输出管脚预留一个π型网络。天线的阻抗受PCB的铺地、天线的安装以及周围的金属等因素影响预留这个网络是为了在天线严重偏离50欧姆阻抗时将其匹配至50欧姆。
X1X2X3都是电抗元件如果天线是标准的50欧姆阻抗那么X2X3可以不焊接X1接220PF电容或者0欧姆电阻。在PCB设计时这三个器件已经尽量靠近模块的射频输出脚并且连接的传输线短且直。匹配元件的周围1.5mm区域内不要铺地以减少寄生参数对匹配电路的影响。 图4 匹配电路
2、 微带线设计
在PCB设计时由于大部分的天线与模块的输出阻抗是50欧姆为了尽量减少在传输过程中能量的反射射频输出管脚到天线之间的PCB引线应为50欧姆的微带线。常用的板材为FR4介电常数4.2-4.6根据经验当线宽约为微带线距离参考层距离的2.2倍时微带线的特征阻抗约为50欧姆。具体设计时建议使用微带线阻抗控制工具ADS、txline等来计算并通过实际调试来完成微带线的设计。如下图所示微带线下面的铺地层必须是完整的地在微带线两侧需要多打接地过孔。 图5 微带线
3、 金属对天线的影响
如果天线附近有金属材料的物体时金属能反射电磁波不但会影响天线的实际使用空间增加天线的损耗电阻降低辐射效率而且导致天线辐射性能的恶化。在安装天线时要注意
a天线距离电池至少要有5mm
b天线距离屏蔽壳至少要有4mm
c在需要安装外壳的场合不要在外壳表面使用具有金属成分的喷漆或者镀层。
看到这里关于无线产品的天线设计技巧你学到了吗
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来源无线模块|如何选择天线和设计天线电路 - RFASK射频问问
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