天华中威科技微波小课堂_​天线效率对通信距离的影响

天华中威科技微波小课堂_天线效率对通信距离的影响

随着无线数据传输的高速发展，无线模块的应用也越来越广泛。无线模块被广泛的应用于遥控、无线抄表、身份识别、电子价签、生物信号采集等领域中，因而对无线模块的通信距离也提出了更高的要求。无线模块传输距离主要受功率、接收灵敏度、天线等因素的影响。本文主要从天线的指标、分类两个方面讨论天线对无线模块通信距离的影响。

射频的目的是为了传输，计算传输距离时，估算自由空间传输通常都用公式：

Lfs (dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)

计算损耗。

如果天线有增益，还会算上天线增益dbi。

比如发射：pout-LFS+dBi即为自由空间到达接收端的功率值

这几天看看天线相关的数据，发现自己忽略了天线的传输效率。

说到天线效率，不得不提匹配和回波损耗。

当馈线和天线共轭匹配时，能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。

当天线和馈线不匹配时，也就是天线输入阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载只能吸收部分能量。

回波损耗 RL(dB)=10lg(输入功率/反射功率)

例如上图

回波损耗为10lg（10/1）=10dB

天线的效率表征天线的能量转换效能，即天线的辐射功率Pr与输入功率Pin的比值，称之为天线效率。其数值恒小于1。

没有辐射出去的能量一部分反射回去，一部分是天线自身的损耗。上图所示，辐射效率=9W/10W*100%=90% 。

回波损耗是不常用的数据，常用的数据是驻波比和反射系数

回波损耗RL=-20LG(Г) Г为反射系数

驻波比VSWR=(1+|Г|)/(1-|Г|)

他们的对应表如下

常用的鞭状天线一般驻波比可以做到2以内，传输的效率可以达到85%左右。

长距离通信的短波天线驻波比一般都控制在1.5以内，传输的效率可以达到90%以上。

内置手机天线的效率一般在40%左右。

4G、5G时代的多天线合一，天线的效率进一步降低，为了提升效率，出现了天线调谐提升天线效率。

总结

当下不管出于什么考虑（标准受限，功耗受限），发射功率不能无限增加，天线成为了解决通信最后一公里的最关键因素。