如何理解低功耗智能通信产品资产监测设备中的天线效率？

Posted 2021-10-19 瑞奇Ricky

天线效率问题一直是智能产品必需要面对的问题，特别是目前的便携式智能设备的相关天线设计，下面我们以资产监测设备的GPS天线来做个简单的理解。

资产监测设备定义：
资产监测设备是在利用全球定位技术与传感技术采集数据后，通过通信模块与网络进行数据传输。资产监测设备是基于物联网发展的衍生物。主要应用方向是智能物流。对物流运输过程进行实时监测，避免资产在运输过程中出现破损、丢失等异常情况。资产监测设备具备低功耗与续航长的特征，广泛应用于贵重物品运输监测、跨境运输监测等方向。同时设备还会自动报警，当设备遭遇恶意拆除或电量过低时，避免监测过程的中断。

如何理解低功耗资产监测设备中的GPS天线效率？

如果我们使用常规的圆极化的patch天线来接收GPS信号，那么环境不错的情况下，C/N0值相对是很可观的，基本上40dBHz的卫星能有好几颗。这里主要针对智能手表和手环产品，这些产品由于空间尺寸的限制，各种架构的天线形态都难以展开，在加上由于佩戴时人体吸收的因素，从而天线的效率都不是很大。
一个理想的天线，或者说是100%效率的天线，会发射全部入射功率，不会产生任何反射。如果该回波损耗RL是无限大的，则认为天线与传输线完全匹配。一般如果回波损耗RL≥10dB(也既≤–10dB)，此时效率也便不错了。

假如我们定义输入功率为，天线发射出去的功率为，由于不匹配反射回来的功率为，回波损耗与功率间的关系式为：。上面的评估也可以通过这个关系式得出，当=10dB时，，那么效率为，这就意味着90%的入射功率被传给天线以进行发射出去，还有10%的功率被浪费了。
天线效率有线性表示x%，也有对数性表示ydB，两者的转化关系式为：
比如天线效率为x%=10%，那么变成对数表示有ydB=-10dB；
比如天线效率为x%=100%，那么有ydB=0dB；
我们经常见到的智能穿戴手表的GPS天线效率大部分都集中在-9dB-14dB（12.6%3.9%）之间，手表空间大的能够做到-9dB-10dB，手表空间小的一般也在-12dB-14dB。

对天线效率相关知识疑惑或感兴趣的用户，可参考以上文档。