浅谈工业无线技术之天线

一、天线是什么

无线通信的基本模型主要由发射器与接收器组成，发送器将语音、视频以及各种数据编码到正弦形式的电磁波上后发出，接收器接收并解码这些电磁波从而获得数据。发射器和接收器都需要使用天线。天线就是把电场转换为电磁波的设备。

 

图 无线通信的简单模型

二、天线的原理

天线把电场转换为磁场从而形成电磁波把信号传送,反向则把磁场转换为电场然后通过线路传送给设备,从而形成无线信号的发射与接收。

 

图 动画模拟无线发送与接收

三、正确使用天线

天线是无线通信重要的组成部分，合适的天线可以优化无线网络，增加通信范围和可靠性，反之则会导致通信质量下降。如何正确选择天线呢？先要了解天线参数：频率、匹配阻抗、电压驻波比（VSWR）、增益和极化。对于工业无线通信产品来说，产品说明书上比较常见的天线参数是工作频率和增益。

工作频率

天线是用来发射和接收电磁波的，就像一个转换器，将电流变成电磁波，再把电磁波变回电流，最重要的参数就是工作频率。比如说将2.4 GHz的天线用于IEEE 802.11a标准（工作在5G频段）的设备通信，可能会导致信号非常差或者传输速率下降，那就像跑步时鞋子不合脚的感觉一样。

增益

另一个常见参数是增益。天线增益代表天线对信号的能量集中的程度与转换的效率。增加无线通信的增益不是放大信号，而是将信号的能量聚集中。增益可以影响天线操作的方向，一般来说，增益越高，天线的定向性越强，反之所有方向的辐射分布越均匀。

天线的类型

图 天线还是比较常见的

全向天线与定向天线

顾名思义，全向天线在所有方向上均等地发射和接收无线电信号。由于与无线电相关的物理学，全向天线的有效信号模式看起来像是环形，天线位于孔的中心。手机使用的就是全向天线。在无线网络中，当无线设备位于星形拓扑的中心时，最适合用全向天线。而对于长距离的点对点通信，最好不要选择全向天线。

图 全向天线

定向天线在同一物理平面中布置多个金属元件，将发射器或接收器的大部分能量集中在单个方向上。通常用于室外，用在传感器网络中，如监测槽罐液位数据。八木天线也属于一种定向天线。

图 定向天线 

天线附件

在选择天线后还要确定连接器，这里介绍几种常用的天线连接器及其图片作为参考。

 

工业设备一定要考虑安装问题

在选好天线后，如果安装不正确也会对无线通信带来影响，这里提一个菲涅尔区的概念。信号在传播过程中能量最集中的空间范围称为菲涅尔区，尤其是靠近发射端的空间范围称为第一菲涅尔区，如果此区域被阻挡则信号基本无法保障有效覆盖半径。

 

小结

一句话——好马配好鞍，天线配无线。