大功率无线数传设备不接天线有何影响？

Posted 2021-07-07 成都亿佰特电子科技有限公司

从无线传输技术诞生以来，给人们也是带来了极大的方便，与此同时和无线设备密切和分不开的设备就是天线了。天线在无线设备中发挥了极大的作用。在以前的无线电台，在电影上面看过的都是很熟悉，

如图1.1所示，这种无线电台的功率一般都是很大的，很明显的标志就是在其左上方会有一根长长的天线，这根天线就保证了无线电设备的正常使用。

图1.2展示了早期的移动电话，可以看见在其右上角也摆脱不了天线的影子。

那么天线的作用对于无线设备的意义究竟在哪里？首先得从天线的实际作用说起。

天线主要是把电信号（即能量）转化为电磁波信号（也是能量形式的一种）向空间中全向散发或者定向散发出去，这即是天线的本质作用。所以当无线设备没有天线后，电信号将无法很好的转化电磁波信号，没有电磁波信号，就无法实现最基本的无线通信，这也是为什么无线设备没有天线后信号都会大幅降低的原因之一。

 

刚刚既然说了没有天线是降低无线信号的的原因之一，肯定还有其他的原因，这里还存在一个阻抗匹配的问题，在现在的无线设备当中，基本使用的是50Ω（欧姆）的阻抗匹配，也就是说从天线接口的位置向电路板看过去，电路板里面的等效电阻要为50Ω（欧姆），这样就能达到最好的阻抗匹配，当然这也是无线高频电路设计的一部分，成都的一家亿佰特电子公司在做无线高频电路设计就还不错，拥有专用的设备来测量阻抗问题，要知道这个设备可是很贵的。

 

刚刚说完信号降低的原因有没有天线和阻抗问题，现在来说一说天线本身的问题。

 

天线也是有很多种形式的，而且每一种不同形式的天线都会有不同的性能。最简单的来说，有以下问题：

频率导致的：

天线要和无线的工作频率相匹配，2400MHz频率就的用2400MHz的天线，5.8GHz频率就得用5.8GHz的天线。如果天线频率和实际无线频率不相匹配，就会出现信号不好，传输距离短，这里还会引入一个概念叫驻波比，频率不匹配将导致驻波比增大。

 

频率还有物理特性决定的问题。简单来说，频率越低，其绕射性越好，频率越高，绕射性越差。这也就能解释为什么2.4G的wifi穿墙的性能比同级别的5.8G的WiFi信号好的原因。同时，频率越低，所能传输的数据量同样是越低的，这个最简单的可以通过2G，3G和4G手机来解释。2G时代也在900MHz左右，到了3G时代，手机网速提升了，频率就在2000MHz左右了，到了4G，同样还是在2000MHz左右，值得一提的是中国移动拥有2500MHz频率的TDD-LTE的基站，而且全世界也只有中国才有这个频段。所以也可以看见，4G时代的基站数量比GSM时代的基站数量要多，要密集。那么问题又来了，4G和3G都在2000MHz，为什么4G比3G网速快？这里又是天线的功劳，在4G系统中才有了MIMO技术，多发多收技术，现在手机最多可以是4天线的MIMO技术，而基站则是8MIMO技术，也就是空分多址技术，这里也可以看见天线对于无线设备的重要性。

 

环境因素导致的信号差：

都知道无线信号是直线传播的，而地球是球体，是一个园的，那么在亚洲的A点到美洲B点是无法传输过去的（注：这里也是为什么在相隔不远的两处进行无线通信时，天线越高，通信距离越远的主要原因之一），那么时间上无线信号还是能够正常传输过去，除去中继站的原因，还有一点就在于地球的大气层中有电离层，当无线信号发射出去后会在大气层中进行反射（关于反射还有很多，空间反射，漫反射等），经过反射过后，就能使B点能够收到信号。既然是反射，在根据无线频率的物理性质，低频率的反射效果肯定比高频率的要好。

 

衰落的问题：

衰落问题就涉及到自由空间衰落理论，这里有一个自由空间通信距离方程，设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f. 接收功率为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗L0 有以下表达式：

L0 (dB) = 10 Lg （ PT / PR ）

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

根据这个方程可以知道，无线频率，功率，天线性能和通信距离是有密不可分的关系，所以无线设备诞生就离不开天线。当然衰落还有快衰落和慢衰落，快衰落肯定是最恐怖的。还有一种衰落是由于反射的原因导致的，比如说波导效应，多径衰落。实际现象就是你在一条很长的河周围，信号其实是不好的，还有在森林之中，信号也是很不好的，树叶会导致很多的多径衰落。

 

天线本身的问题：

天线的问题就在于天线的种类，天线的种类有很多，八木天线，蘑菇天线，双菱天线，智能天线，吸顶天线等等。而且还有全向天线，定向天线，高增益天线。天线的波瓣问题也是无线信号的好坏原因之一，有一句很常听的话，叫“塔下黑”，这个词说的就是在天线的正下方，是基本没有无线信号的，这个就和天下对电磁的发射方式分不开了，在天线的辐射方向中，正下方并没有波瓣，导致正下方没有信号。

 

全向天线，即天线辐射的方向是360度的，围绕天线振子一圈的360度辐射，也就是说在天线振子的上下两端，信号是最差的。如图1.3全向天线所示：

在来说定向天线，定向天线的电磁波辐射是具有方向性的，要分为主瓣和旁瓣以及后瓣之分，主瓣集中了大部分的能量，旁瓣和后瓣都是很小的一部分能量，这也导致了天线下班无信号的命运。如图1.4定向天线所示：

当然无线信号的好坏还与天线的接口有关，比如说SMA口，IPX接口，PCB天线，馈线等等，这些也都是影响无线信号好坏的原因之一。

还有很多的其它原因，在这里也不在一一细说了。

 

说了这么多，有天线，而天线不好都会带来无法通信的后果，那么这些设备如果没有天线究竟会带来什么影响？最简单的来说，就是没有天线，无法通信，设备热，当设备为大功率设备时，根据上问所说到的天线本质来看，当有很大的能量无法及时通过天线发射出去，能量就在集中在板上，导致板子发热，最终烧坏芯片，同样，当天线阻抗严重失配时，导致天线能量大量被反射到电路中，参数体现就在驻波比增大，芯片发热，同样烧毁芯片。