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天線的分類和選擇方法！
發(fā)布時(shí)間：
2021-06-22 10:21
天線是將射頻信號(hào)由傳輸線輻射到空氣中或從空氣中接收到傳輸線上的一種裝置，也可視為一種阻抗轉(zhuǎn)換器或者一種能量變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。
對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用于射頻系統(tǒng)中的無線收發(fā)設(shè)備，天線的設(shè)計(jì)和選擇是其中的重要部分，良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達(dá)到最佳狀態(tài)，同類型天線大小與射頻信號(hào)的波長成正比，信號(hào)的頻率越低，所需的天線越大。
天線的分類
天線由安裝的位置可分為外置天線和內(nèi)置天線，安裝在設(shè)備內(nèi)部的稱之為內(nèi)置天線，安裝在設(shè)備外部的稱之為外置天線。
對(duì)于手持設(shè)備、穿戴設(shè)計(jì)、智能家居等小尺寸產(chǎn)品，普遍采用內(nèi)置天線，其集成度高，產(chǎn)品外觀美觀。物聯(lián)網(wǎng)、智能硬件產(chǎn)品需要聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，因此都需要使用天線。所處空間越小、頻段越多，天線設(shè)計(jì)越復(fù)雜，外置天線一般都是標(biāo)準(zhǔn)品，選購所需頻段的天線便可以使用，無需調(diào)試，即插即用。例如快遞柜、售貨機(jī)這些，普遍使用磁吸的外置天線，吸在鐵皮外殼上即可。這些天線不能放在鐵皮柜里面，金屬會(huì)屏蔽天線信號(hào)，所以只能放在外面，本文從天線的分類以及選型方法為核心，對(duì)天線的相關(guān)信息進(jìn)行介紹。
1.1外置天線
外置天線從輻射場(chǎng)輻射角度方向的不同可分為全向天線和定向天線。
全向天線空間輻射圖
全向天線：即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。外置全向天線主要包括吸盤天線、玻璃鋼天線和膠棒天線。
定向天線空間輻射圖
定向天線：指在某一個(gè)或某幾個(gè)特定方向上發(fā)射和接收電磁波特別強(qiáng)，而在其他的方向上發(fā)射和接收電磁波則為零或極小的一種天線。采用定向發(fā)射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性;采用定向接收天線的主要目的是增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度增加抗干擾能力。外置定向天線主要包括平板天線、八木天線和對(duì)數(shù)周期天線。
1.2 內(nèi)置天線
內(nèi)置天線主要是指可以放置在設(shè)備內(nèi)部的天線總稱，內(nèi)置天線主要包括FPC天線、PCB天線、彈簧天線、陶瓷貼片天線、激光直接成型技術(shù)（LDS）和五金彈片天線。
02選型指南
在給設(shè)備選擇合適的天線，首先要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定選用內(nèi)置還是外置天線，外置天線和內(nèi)置天線的主要特點(diǎn)如下：
外置天線
增益高
受環(huán)境影響小、可作為標(biāo)品、節(jié)省開發(fā)周期
占用空間、影響產(chǎn)品美觀
內(nèi)置天線
增益相對(duì)較高
工藝成熟、產(chǎn)品交付一致性好
內(nèi)置于設(shè)備內(nèi)、美觀、無需單獨(dú)做三防
受周圍環(huán)境影響大、一般需要結(jié)合產(chǎn)品本身定制
2.1外置天線選型
首先需要確定設(shè)備信號(hào)覆蓋區(qū)域，信號(hào)的覆蓋方向由天線的輻射方向圖決定，按照天線輻射方向，天線分為全向天線和定向天線。
2.1.1 外置全向天線
吸盤天線：增益相對(duì)較高，最大特點(diǎn)為帶有強(qiáng)磁吸盤，安裝固定非常方便，但吸盤一定要吸附在金屬表面上。在無線模塊行業(yè)，吸盤天線常常和無線模塊配合使用，以此達(dá)到增加無線模塊的通信距離的目的，比如智能抄表、自動(dòng)售賣機(jī)、快遞柜、車載電臺(tái)等。
銅棒吸盤天線：與普通鞭狀吸盤天線類似，但比鞭狀吸盤的優(yōu)勢(shì)在于，采用直徑較大的純銅輻射體，其歐姆損耗小，天線效率高、帶寬覆蓋寬。適用于對(duì)性能要求相對(duì)較高的數(shù)傳電臺(tái)、中等距離的圖傳等。
膠棒天線：是最常見外置天線，其增益適中、價(jià)格相對(duì)低廉，常用在無線通訊模塊、無線路由、數(shù)傳電臺(tái)等?？筛鶕?jù)安裝空間要求選擇合適尺寸大小的天線，選擇天線尺寸與增益有關(guān)系，通常情況下，同頻段長度越長增益越高。
玻璃鋼天線：在全向天線中、玻璃鋼天線性能表現(xiàn)最為出色，其內(nèi)芯為純銅振子，采用平衡饋電，受環(huán)境影響小；外殼采用優(yōu)質(zhì)玻璃鋼，有很好的三防特性，對(duì)惡劣的自然環(huán)境適應(yīng)好。特別適合超遠(yuǎn)距離網(wǎng)關(guān)信號(hào)覆蓋，圖像傳輸?shù)取?/p>
2.1.2外置定向天線
一般用于通訊距離遠(yuǎn)、信號(hào)覆蓋范圍小、目標(biāo)密度大的環(huán)境，極端例子為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)距離通訊。
平板天線：效率高、體積輕小安裝方便，可以兼顧增益與輻射區(qū)域。適用室內(nèi)、隧道內(nèi)無線信號(hào)覆蓋、中等距離的信號(hào)傳輸、圖傳及信號(hào)穿墻等。
八木天線：增益非常高、體積稍大、方向性強(qiáng)、使用時(shí)需要注意天線的方向，可用于超遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、圖傳及測(cè)向等。
對(duì)數(shù)周期天線：超寬帶天線，帶寬覆蓋非常寬，帶寬可達(dá)10:1，常用于信號(hào)放大，室內(nèi)分布和電梯信號(hào)覆蓋。
2.2 內(nèi)置天線選型
內(nèi)置天線的形態(tài)一共可以分為：FPC/PCB/彈簧/陶瓷/五金彈片/激光直接成型技術(shù)（LDS）等類型。目前一般選擇較多的是PCB天線。在成本控制高、性能要求一般的情況下選擇彈簧LDS天線，一般的內(nèi)置天線均受環(huán)境影響，需要定制設(shè)計(jì)或者阻抗匹配。
五金彈片天線
FPC天線：具有良好的性價(jià)比，噴油后可與各種外觀顏色相匹配； 產(chǎn)品柔韌性好，可完美貼合于規(guī)則圓弧面 ；工藝成熟穩(wěn)定，生產(chǎn)周期快，批量交付性好； 適用于對(duì)性能有較高要求的寬頻帶智能設(shè)備天線設(shè)計(jì)。
PCB天線：與FPC天線最大區(qū)別為，F(xiàn)PC具有很好的柔性，PCB天線為硬板，在結(jié)構(gòu)安裝上，如果需要彎折以及弧面則選擇FPC天線，如果是平面可選擇PCB天線，PCB天線比FPC便于安裝。
彈簧天線：其最大的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，但是增益低、帶寬窄，內(nèi)置于產(chǎn)品內(nèi)部時(shí)，往往需要調(diào)試天線匹配。
陶瓷貼片天線：占用空間很小、性能比較好；帶寬窄，比較難做到多頻段；有效提高主板的整合度，并可降低天線對(duì)ID的限制；需要在主板的定義之初導(dǎo)入設(shè)計(jì)。
LDS天線：適用于特殊外觀面的天線，可充分利用天線空間；對(duì)于天線性能的實(shí)現(xiàn)更接近環(huán)境的物理極限 ；對(duì)天線所依附的殼體或支架有特殊的材質(zhì)要求；工藝成熟，并可通過噴涂配色，過程中有一定的不良率。
五金彈片天線：具有很高的性價(jià)比，有效降低成本 ；產(chǎn)品強(qiáng)度高，不易破損 ；工藝成熟穩(wěn)定，生產(chǎn)周期快，批量交付性好 ；對(duì)天線區(qū)域及圓弧外觀面的應(yīng)用，具有一定的局限性。
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