無(wú)線模塊天線的原理解析

在無(wú)線模塊中，用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線。天線為發(fā)射機(jī)或接收機(jī)與傳播無(wú)線電波的媒質(zhì)之間提供所需要的耦合。天線和發(fā)射機(jī)、接收機(jī)一樣，也是無(wú)線電設(shè)備的一個(gè)重要組成部分。天線是一個(gè)無(wú)源體，即不需要提供電力或其它能源，它亦非功率放大器，不會(huì)把輸入的無(wú)線信號(hào)放大，相反由于饋線及接頭帶來(lái)的信號(hào)衰減，發(fā)放的無(wú)線能量會(huì)比輸入到天線接點(diǎn)的能量為少，其實(shí)天線只是擔(dān)當(dāng)一個(gè)方向性放大器的角色，使收發(fā)能量集中于空間的某個(gè)特定區(qū)域，改變能量的發(fā)放區(qū)域到需要的地方是天線的唯一目的，若把能量發(fā)放到一些沒(méi)有無(wú)線設(shè)備的地方，或者把能量過(guò)度發(fā)放到某一個(gè)區(qū)域都是浪費(fèi)，根據(jù)能量不變定律，把發(fā)放到一個(gè)方向能量加強(qiáng)即把其它區(qū)域的能量減少。

天線最主要的功能就是天線的增益，增益是一個(gè)通用的天線特性表示方法，它是指相對(duì)于以下兩種理想標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)模式在某一個(gè)區(qū)域的強(qiáng)度增益，理想標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)模式一是以輻射體的能量從一個(gè)天線發(fā)出，它是一個(gè)等方性輻射體，在空間中的任何方向放射出，所有方向都是 0dB，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)作為參考計(jì)算出來(lái)的增益單位為 dBi，另一種理想標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)模是基于一個(gè)自由空間半波長(zhǎng)雙極子放射出來(lái)的能量作為參考，計(jì)算出來(lái)的益單位為 dBd，很明顯后者的輻射體相對(duì)于前者的輻射體已存在增益，計(jì)算所得為 2.16，即 1 dBd = 2.16 dBi 。

增益只能作為選擇天線一個(gè)參考，它只能顯示能量最強(qiáng)方向的增益，并沒(méi)有提供任何能量的分布情況，輻射方向圖便能精確顯示能量在自由空間的分布情況，常用的為水平輻射分布圖 ( horizontal / azimuth sweep plane ) 及垂直輻射分布圖 ( vertical / elevaTIon sweep plane ) 兩種，右圖為某公司出產(chǎn) 8dB 全向增益天線 OP2408 的水平及垂直輻射方向圖，紅色線 ( H plane ) 為水平分布，幻想你從天線的頂點(diǎn)望到信號(hào)覆蓋情況，你會(huì)發(fā)現(xiàn) 8dB 全向增益天線的能量在以天線為中心的360 度四周發(fā)放；藍(lán)色線 ( E plane ) 為垂直分布，幻想你從天線的旁邊望到信號(hào)覆蓋情況，能量只在同水平發(fā)放出去，而信號(hào)并不會(huì)輻射到天空或地面。

半功率波瓣寬度

由于不是所有用戶都能看得懂輻射方向圖，于是習(xí)慣上采用另一種簡(jiǎn)化有效的參數(shù)去描述能量的分布情況，此乃“ 半功率波瓣寬度” ( 3dB Beamwidth or half power Beamwidth )，簡(jiǎn)稱“波瓣寬度”，計(jì)算方法為最高功率一半的兩個(gè)發(fā)射方向之間的寬度，這我們通常稱這個(gè)輻射為 " 主波瓣 " ，波瓣寬度可細(xì)分為水平及垂直兩種，右圖為根據(jù)上圖計(jì)算出來(lái)的垂直波瓣寬度，其顯示角度為 16 度。

天線可根據(jù)使用情況分為三大類，主波瓣水平發(fā)放的全向天線、主波瓣向下的全向天線及定向天線，所謂全向天線是指輻射在水平 360度以同樣的形狀發(fā)放，我們必須根據(jù)環(huán)境需要選用合適的天線，藉以令最多的無(wú)線設(shè)備在需要的信號(hào)強(qiáng)度下進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳送。在一個(gè)大型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，選用合適的天線及安裝方法，不單能改善整體覆蓋表現(xiàn)，更可減少 AP 數(shù)量以減低成本。

主波瓣水平發(fā)放的全向天線

可以連接到無(wú)線設(shè)備或AP，如果AP 和此類全向天線安裝在很高的地方如戶外30米高燈柱，由于天線的輻射形狀類似一個(gè)水泡，信號(hào)多數(shù)在水平方向放射出去，放射距離得以增加，但在天線的下方卻會(huì)造成盲點(diǎn)，因此，收發(fā)雙方的天線需要在同水平。

在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，如果樓底高度在十米之內(nèi)，也可采用此類全向天線，雖然部份向上的能量會(huì)浪費(fèi)，但主要能量都是水平放射，所以覆蓋范圍會(huì)比其它天線大，在天線的下方，雖然可在不在波瓣寬度之內(nèi)，但由于離開(kāi)天線不遠(yuǎn)，能量比較少的副波瓣都己經(jīng)能提供不錯(cuò)的信號(hào)覆蓋。

主波瓣向下的全向天線

放射形狀近似于一個(gè)半球,信號(hào)同時(shí)向外和向下發(fā)射，只有微量的能量向上發(fā)放，使無(wú)線信號(hào)在覆蓋區(qū)域內(nèi)均勻地放射和傳輸，最適合安裝在一些 20 米以上較高的地方，如覆蓋需要顧及同水平及地面的無(wú)線設(shè)備，此類天線是非常理想。

這類天線比主波瓣水平發(fā)放的全向天線的水平覆蓋面積為細(xì)，但后者只能顧及同水平無(wú)線設(shè)備。

在一些在十米樓底內(nèi)的倉(cāng)庫(kù)，不建議采用此類天線，因有過(guò)量的能量在天線下方附近發(fā)放，造成浪費(fèi)，我們應(yīng)改用主波瓣水平發(fā)放的全向天線，盡量把能量在水平方向放射，以增加覆蓋面積。

定向天線

輻射能量只在天線的某個(gè)指定方向發(fā)放，有不同增益、水平波瓣寬度及垂直波瓣寬度供選擇，適用于無(wú)線設(shè)備都在 AP 的某一個(gè)方向的環(huán)境，亦多使用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線系統(tǒng)。

注：圖文轉(zhuǎn)載于電子發(fā)燒友論壇