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关于天线增益的一点想法,请批评.


用户名:sioca
注册时间:2011/5/13 10:06:00
楼主  发布时间:2013/3/13 16:10:41    点击率:4211

关于天线增益的一点想法,请批评.

随着无线传输IC应用越来越多,涉及到天线的东西也越来越多,天线种类有PIFA、MONOPOLE,材质有陶瓷、金属,有大有小,我们普通的电子应用人员一般没有天线方面的知识,选择天线时经常很迷惑,如下是我的迷惑:

小弟直觉认为评价一个天线主要指标无外乎:辐射效率、带宽、方向性、VSWR。

其中尤其以辐射效率、带宽、方向性是我们普通应用无法改变,但又对传输效果影响很大的因素。

但当我按照这三个想象中的指标去选型时,却发现天线数据手册一般只写增益,大家聊天也会将天线增益作为唯一指标,极少有提到效率。对此我很迷惑,难道不应该分标注辐射效率和方向性么,增益可以反映天线真实辐射情况么?

我了解了一下资料,天线增益是特定方向上辐射功率和同功率理想全向天线的比值,这个理想天线为辐射效率为100%的全向天线。

如此推想:天线增益与以下指标有关,1.天线实际吸收的功率(VSWR)。2.天线辐射功率(效率)3.天线方向性。

我猜想:增益虽然跟方向性和辐射效率有关。但由于多数用户只关注特定方向的传输性能,或者说“最大”传输距离,所以更关注增益而不是实际辐射效率,天线随意摆放时最短距离却不去考虑,极端一点说就是只要能实际测试到多少多少距离就OK,就说明天线性能好,哪怕天线放歪了后传输距离急剧减少也没有关系,或者没有被研发人员考虑到。

我了解手机天线制作时有两个重要的指标:TRP,TIS。好像就是用来保证天线在各种角度下的传输性能,即关注最差/平均性能是多少,而不是最大性能是多少,那我们平时用无线技术做的无线数传模块,随身防盗机等安装位置不固定的产品,选型天线时是不是也应该直接向厂商索要或者实际测试类似于TRP的指标呢而不是只关注dBi(好像也比较难实现)。

我以上的外行想法肯定是有问题的,不然合理的东西应该早该被就标记在DATASHEET上或被广泛应用,所以写出来请大牛来批评。菜鸟来讨论。


用户名:木头东瓜
注册时间:2011/5/13 10:56:00
1楼  发布时间:2013/3/13 16:10:41
你的想法是对的,位置随机的装置,追求天线最大增益没有任何意义

用户名:HWM
注册时间:2011/5/13 11:00:00
2楼  发布时间:2013/3/13 16:10:41
本帖最后由 HWM 于 2011-5-14 20:52 编辑

to LZ:

关于天线,实际上有三类“指标”,1)匹配(PA至天线或天线至LNA),2)效率(有效辐射和输入之比),3)增益(方向性)。

匹配;自然是指阻抗匹配,这涉及到IL(主要是反射)以及带宽。这些都是在具体设计电路和布板过程中必须注意的。

效率:这是衡量天线自身能量耗散的一个重要指标,与其结构和材质有着密切的关系。对于大功率天线的设计来说,此指标更为重要。

增益:其实这是一个天线的方向性指标。天线是无源器件,原则上无“增益”可言。但如果只考虑某个方向上的传播,则指向性好的天线肯定比一般的全向天线在此特定方向上辐射更强。因此,天线的增益设计其实就是方向性设计,可以是单向的、面向的或全向的。

天线设计是一个电路和场的综合设计(现成的天线器件的使用也一样)。而且,各使用领域对天线的功率、频率、带宽、方向性和封装结构尺寸等都有着完全不同的要求。其实,天线是一门庞大且完整而不是那么好对付的学问。

用户名:sioca
注册时间:2011/5/13 11:08:00
3楼  发布时间:2013/3/13 16:10:41
可是很多所谓物联网公司,或者卖天线的,效率方面都是只提供dBi这一个指标。
比如我拿到一个陶瓷天线,一个吸盘天线,分别匹配好,实际测试通信距离时吸盘天线会好一个数量级,但是在实测之前却没有办法预估到这个差距,买天线时一般只能口头得到带宽,频点,增益三个指标。好一点的天线会提供DATASHEET,但是DATASHEET上标注的只是dBi,VSWR VS FREQUENCY,再画一个大致辐射图,也许需要根据图来推算效率,只是我不会,不知道其他人怎么做的。
目前项目要选好的天线,那我一般就选个头大一点的,因为一般天线个头和增益以及传输距离成正比。

用户名:sioca
注册时间:2011/5/13 11:18:00
4楼  发布时间:2013/3/13 16:10:41
这个是深圳捷波电子的一根MONOPOLE天线:
==========================================
产品描述:
型号(Model): TLB-433-J-53A
主要技术参数 Electrical Data
频率范围 Frequency Range(MHz):433+/-5
驻波比V.S.W.R:<=1.5
输入阻抗Input Impedance(OHM):50
最大公率Max-power(W):10
增益Gain(dBi):3.0
极化 Polarization:垂直极化 Vertical
重量Weight(g):7
高度Height(mm):64
引出电缆Cable Length(CM):无
天线颜色Color:黑色Black
接口形式Connector Type:SMA
=================================================
我了解的这家公司在国内已经做的还算正规了
假设另外有一根其他类型的天线与其增益相仿,那我除了实测,完全没有办法评估两个的实际性能如何,只是可以判定在最大波瓣方向传输性能相仿。但是全向性能完全不能保证。
这种情况是不是只能找微波专业的同事来根据天线类型,极化来猜测其全向性。或者找微波暗室测试了。

用户名:HWM
注册时间:2011/5/13 12:10:00
5楼  发布时间:2013/3/13 16:10:41
to 4,5L:

“天线个头和增益以及传输距离成正比”,这不对。天线的尺寸和其工作频率(或波长)有关,不是个头越大就越好的,且个头越大成本越高而性能未必提高(可能还低)。

天线的方向图(或相关参数)是很重要的,天线增益必须以此为依据。如果没有具体详细的数据,只能实测,否则只能凑或办了。

用户名:chunyang
注册时间:2011/5/14 2:00:00
6楼  发布时间:2013/3/13 16:10:41
天线的指标主要有阻抗、带宽、驻波比和增益,之所以通常只讲增益是山寨厂的做法,山寨厂没有真正的天线设计能力,但天线很容易抄仿,增益又是客户比较在意的,所以通常只标增益,但也是虚的。
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