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大功率無線數傳裝置不接天線有何影響?

從無線傳輸技術誕生以來,給人們也是帶來了極大的友善,與此同時和無線裝置密切和分不開的裝置就是天線了。天線在無線裝置中發揮了極大的作用。在以前的無線電台,在電影上面看過的都是很熟悉,

如圖1.1所示,這種無線電台的功率一般都是很大的,很明顯的标志就是在其左上方會有一根長長的天線,這根天線就保證了無線電裝置的正常使用。

圖1.2展示了早期的行動電話,可以看見在其右上角也擺脫不了天線的影子。

大功率無線數傳裝置不接天線有何影響?
大功率無線數傳裝置不接天線有何影響?

那麼天線的作用對于無線裝置的意義究竟在哪裡?首先得從天線的實際作用說起。

天線主要是把電信号(即能量)轉化為電磁波信号(也是能量形式的一種)向空間中全向散發或者定向散發出去,這即是天線的本質作用。是以當無線裝置沒有天線後,電信号将無法很好的轉化電磁波信号,沒有電磁波信号,就無法實作最基本的無線通信,這也是為什麼無線裝置沒有天線後信号都會大幅降低的原因之一。

剛剛既然說了沒有天線是降低無線信号的的原因之一,肯定還有其他的原因,這裡還存在一個阻抗比對的問題,在現在的無線裝置當中,基本使用的是50Ω(歐姆)的阻抗比對,也就是說從天線接口的位置向電路闆看過去,電路闆裡面的等效電阻要為50Ω(歐姆),這樣就能達到最好的阻抗比對,當然這也是無線高頻電路設計的一部分,成都的一家億佰特電子公司在做無線高頻電路設計就還不錯,擁有專用的裝置來測量阻抗問題,要知道這個裝置可是很貴的。

剛剛說完信号降低的原因有沒有天線和阻抗問題,現在來說一說天線本身的問題。

天線也是有很多種形式的,而且每一種不同形式的天線都會有不同的性能。最簡單的來說,有以下問題:

頻率導緻的:

天線要和無線的工作頻率相比對,2400MHz頻率就的用2400MHz的天線,5.8GHz頻率就得用5.8GHz的天線。如果天線頻率和實際無線頻率不相比對,就會出現信号不好,傳輸距離短,這裡還會引入一個概念叫駐波比,頻率不比對将導緻駐波比增大。

頻率還有實體特性決定的問題。簡單來說,頻率越低,其繞射性越好,頻率越高,繞射性越差。這也就能解釋為什麼2.4G的wifi穿牆的性能比同級别的5.8G的WiFi信号好的原因。同時,頻率越低,所能傳輸的資料量同樣是越低的,這個最簡單的可以通過2G,3G和4G手機來解釋。2G時代也在900MHz左右,到了3G時代,手機網速提升了,頻率就在2000MHz左右了,到了4G,同樣還是在2000MHz左右,值得一提的是中國移動擁有2500MHz頻率的TDD-LTE的基站,而且全世界也隻有中國才有這個頻段。是以也可以看見,4G時代的基站數量比GSM時代的基站數量要多,要密集。那麼問題又來了,4G和3G都在2000MHz,為什麼4G比3G網速快?這裡又是天線的功勞,在4G系統中才有了MIMO技術,多發多收技術,現在手機最多可以是4天線的MIMO技術,而基站則是8MIMO技術,也就是空分多址技術,這裡也可以看見天線對于無線裝置的重要性。

環境因素導緻的信号差:

都知道無線信号是直線傳播的,而地球是球體,是一個園的,那麼在亞洲的A點到美洲B點是無法傳輸過去的(注:這裡也是為什麼在相隔不遠的兩處進行無線通信時,天線越高,通信距離越遠的主要原因之一),那麼時間上無線信号還是能夠正常傳輸過去,除去中繼站的原因,還有一點就在于地球的大氣層中有電離層,當無線信号發射出去後會在大氣層中進行反射(關于反射還有很多,空間反射,漫反射等),經過反射過後,就能使B點能夠收到信号。既然是反射,在根據無線頻率的實體性質,低頻率的反射效果肯定比高頻率的要好。

衰落的問題:

衰落問題就涉及到自由空間衰落理論,這裡有一個自由空間通信距離方程,設發射功率為PT,發射天線增益為GT,工作頻率為f. 接收功率為PR,接收天線增益為GR,收、發天線間距離為R,那麼電波在無環境幹擾時,傳播途中的電波損耗L0 有以下表達式:

L0 (dB) = 10 Lg ( PT / PR )

= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)

根據這個方程可以知道,無線頻率,功率,天線性能和通信距離是有密不可分的關系,是以無線裝置誕生就離不開天線。當然衰落還有快衰落和慢衰落,快衰落肯定是最恐怖的。還有一種衰落是由于反射的原因導緻的,比如說波導效應,多徑衰落。實際現象就是你在一條很長的河周圍,信号其實是不好的,還有在森林之中,信号也是很不好的,樹葉會導緻很多的多徑衰落。

天線本身的問題:

天線的問題就在于天線的種類,天線的種類有很多,八木天線,蘑菇天線,雙菱天線,智能天線,吸頂天線等等。而且還有全向天線,定向天線,高增益天線。天線的波瓣問題也是無線信号的好壞原因之一,有一句很常聽的話,叫“塔下黑”,這個詞說的就是在天線的正下方,是基本沒有無線信号的,這個就和天下對電磁的發射方式分不開了,在天線的輻射方向中,正下方并沒有波瓣,導緻正下方沒有信号。

全向天線,即天線輻射的方向是360度的,圍繞天線振子一圈的360度輻射,也就是說在天線振子的上下兩端,信号是最差的。如圖1.3全向天線所示:

大功率無線數傳裝置不接天線有何影響?

在來說定向天線,定向天線的電磁波輻射是具有方向性的,要分為主瓣和旁瓣以及後瓣之分,主瓣集中了大部分的能量,旁瓣和後瓣都是很小的一部分能量,這也導緻了天線下班無信号的命運。如圖1.4定向天線所示:

大功率無線數傳裝置不接天線有何影響?

當然無線信号的好壞還與天線的接口有關,比如說SMA口,IPX接口,PCB天線,饋線等等,這些也都是影響無線信号好壞的原因之一。

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