天线

学习笔记

天线理论概要

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一个典型的天线基本上是一个确定波长的空心电感器。从图2，可以看出，通过电感器的交流电流比电压滞后90度，因此最大功率在¼波长下传递。λ/2偶极子在天线的两端产生最多的功率，而在天线的中心很少产生功率。

Dipole (λ/2) Antennas ：极化天线，通常是半波长λ/2。天线在Z轴，垂直平面XY能量最强。
Monopole (λ/4) Antennas ：单极天线，通常是半波长λ/4，由于它的尺寸，这是非常受欢迎的，因为一个天线元件是一个λ/4波长，地平面作为另一个λ/4波长，产生一个有效的λ/2天线。因此，对于单极天线设计，天线的性能取决于地面尺寸，见图4。所有的小天线都是一个简单的偶极子的衍生物，其中一个元素被折叠到GND中，作为第二个辐射体。
天线波长计算 ：对于相同的输出功率、灵敏度和天线增益;将频率降低两倍，射程(视线)就会增加一倍。降低工作频率也意味着天线的尺寸增大。
最大功率传输 ：the source resistance equals the load resistance。天线阻抗Za=传输阻抗Zo,传输最大功率。阻抗：
反射系数The complex reflection coefficient：VSWR：Voltage Standing Wave Ratio 天线匹配通常使用回波损耗和电压驻波比
Return Loss：反射波与入射波的功率比称为回波损耗;这表示反射波功率比入射波功率低多少分贝。
在天线设计中，驻波比和回波损耗是衡量天线匹配程度的指标。回波损耗、驻波比和功率损耗百分比的转换见表2。
当天线的驻波比(VSWR)为时，天线的驻波比为1.5 (RL = 14 dB)是较好的匹配。驻波比> 2.0 (RL = 9.5 dB)则应检查匹配网络。通常采用2.0 (RL = 9.5 dB)的VSWR作为确定天线带宽的可接受匹配水平。
天线的不匹配是降低射频链路效能的最大因素之一。
为避免不必要的失配损失，建议添加pi匹配网络，使天线始终匹配。如果天线设计是充分匹配的，那么它只需要一个零欧姆电阻或直流阻塞帽插入pi匹配网络。
天线性能参数： • Antenna placement 天线位置
• Ground planes for ¼ wavelength antennas ¼波长天线的地平面
• Undesired magnetic fields on PCB PCB上不需要的磁场
• Antenna mismatch (VSWR)天线失配(驻波比)
• Objects that alter or disrupt Line of Sight (LOS)改变或破坏视线(LOS)的物体
• Antenna gain characteristics天线增益特性
• Antenna bandwidth天线的带宽
• Antenna Radiation Efficiency 天线辐射效率
Friis Transmission Equation：Friis方程是预测视距通信链路的基本数学模型。这是一个非常基本的方程，已被推广到包括天线离地高度和TX和RX天线差值。一旦输入了所有的常数，这个公式就会非常精确。
λ = Wavelength in Meters
Pr = Received Power in dBm
Pt = Transmit Power in dBm
Gt = Transmit Antenna Gain in dBi
Gr = Receive Antenna Gain in dBi
R = Distance between Antennas in Meters

天线类型

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通常将天线分为单端天线和差分天线。
单端天线又称不平衡天线，而差分天线又称平衡天线。单端天线由接地信号馈电，这些天线的特征输入阻抗通常为50欧姆。大多数射频测量设备也参考50欧姆。
许多RF IC有差分RF端口和转换网络需要使用单端天线与这些IC。这种网络被称为不平衡网，因为它将信号从平衡态转换成不平衡态。图5显示了单端天线和差分天线. 在这里插入图片描述