无线天线的基本原理

无线通信取决于射频能量传输和接收天线。更好的天线会产生更好的覆盖范围,选择合适的天线很容易,如果你理解了基本面。

天线一般

尽管本系列文章的主题是专门为无线天线使用,一些背景信息一般天线将是有益的。这是第一次在一个系列。

天线是一种辐射无线电波的装置提供电力、和/或设备,将无线电波转化成电力。天线有时故意造的,有真理的天线(如天线无线路由器)和有时会创建另一个目的(如在你的耳机线,)但也顺便函数作为天线。

天线总是定向——也就是说,他们发送和/或接收无线电波在某些方向比在其他方向。不是为了被定向的天线称为“全向”或“没有方向的,即使他们从来都不是完全没有方向的。

波长、频率和天线长度

无线电波,像所有波电磁频谱,测量频率,频率的基本单位是赫兹(缩写为赫兹,)这是一个周期每秒。赫兹是用于纪念海因里希·鲁道夫·赫兹,第一个证明了电磁波的存在。基本赫兹单位通常与一个乘数之前如公斤(1000)或大型(1000000)或gb (1000000000)。

除了赫兹,这是一个单位的频率,有时被称为无线电波的长度通过使用术语“波长。”As you likely realize, the terms Hertz and wavelength are mathematically related, and the formula below is commonly used to define that relationship.

波长频率(单位:米)= 300 / (MHz)

例如,频率为14.300 MHz的波长为20.979米。频率和波长之间的关系尤为重要,天线设计因为频率的波长是用来计算的许多维度天线的设计。

偶极子天线

一个最简单的天线称为“半波偶极子”,是一个总½波长长,和构造的两半,每个长¼波长。每个两部分由一个单独的导线在馈线。

同样的频率为14.300 MHz如前所述,从理论上讲,一个偶极子10.4895(20.979)½米从端到端,并将由两个元素组成,每个长5.24476米。但是请注意,天线构造并不总是完全根据计算理论维度。

下面的照片显示一个小得多的(自制)偶极短程数字电视接收,并演示简单偶极子分享不管他们的操作频率。

散热器是由钢丝从一个共同的衣架和连接到同轴传输线钢螺母和螺栓。一小块perfboard中心绝缘子和组装的结构基础。是的,尽管天线原油的建筑,它接收HDTV信号从车站到20英里外的挂在电视的后面四英尺。(你应该能够计算操作频率从本文中给出的信息)。

天线极化

天线的方向对地球表面被称为它的“极化”。Those that are intended for their radio waves to be oriented primarily parallel to the earth's surface are said to be "horizontal," and those that are intended for their radio waves to be oriented primarily at a right angle to the earth's surface are said to be "vertical."

一些天线,如上图中的偶极子,可以用于偏振仅仅通过改变位置。在上面所示的方向,偶极子的元素是平行于地球表面,因此水平极化天线。调整偶极子,其元素技巧上下点垂直极化。

更换极化的因素包括工作频率,需要报道,机械约束和习惯做法。中一个非常重要的考虑因素是所有天线通信系统应该使用相同的极化。混合系统中偏振时,或者当一些天线的极化是未知的,圆偏振有时被用来最大化兼容性。的wi - fi天线几乎总是垂直极化。

天线增益

如前所述,天线发射和接收无线电波在特定的方向,从而增加了有效辐射功率(ERP)的方向。注意总辐射功率不是增加,但仅仅是在一个或多个方向,而在其他方向较弱。即使是一个简单的水平偶极子已经获得两个不同的方向:平行于其散热器在“前”和“后”。

这种提高ERP称为“获得”,和同时适用于传播和接收信号。计量单位最常用的量化增益是分贝或数据库基于贝尔,是为纪念亚历山大·格雷厄姆·贝尔。如果你想了解如何计算贝尔和分贝,你自己因为这超出了本文的范围。我只想说,天线的dB评级越高,越获得所谓。

除了dB之外,还有另一个单元,用于描述天线增益:dBi或分贝各向同性。一个各向同性的来源是一个理论天线由一个单点,从各个方向辐射射频,像一个球体。dBi更常用的天线增益量化为一个原因:dBi评级结果数字高于dB评级,使得天线似乎有更多的获得,即使它并不会有更多的收获。

和之前一样,准确的计算方法dBi并不必要的讨论。只要记住这一点:更高的dB或dBi评级表明更高的收益,如果你比较天线,确保他们是额定使用相同的测量单位——dB或dBi——但不是上面两种声音的混合。

无线频率

有五个不同的乐队用于无线传输:2.4 ghz, 3.6 ghz, 4.9 ghz, 5 ghz, 5.9 ghz。乐队是如何使用的变化从一个国家到另一个地方。使用最广泛的是2.4 ghz的乐队,将是本文的重点,但一般原则适用于所有乐队。

2.4 ghz乐队从大约2.4 ghz 2.5 ghz;因此,乐队的近似中心2.45 ghz的频率将用于计算。

上面给出的公式

波长频率(单位:米)= 300 / (MHz)

可以方便地转换为以下。

波长(毫米)= 300 /频率(GHz)

因此,一个2.45 ghz的信号的波长为122.45毫米。偶极子在2.45 ghz从端到端为61.22毫米,和每个两半是30.61毫米。对于那些习惯于在英寸,2.41 2.45 ghz的偶极子”从端到端,每个两半的1.205”。无论您使用哪个单位,2.4 ghz的元素是非常小乐队,并在其他四个乐队更小。

wi - fi偶极子

下面的照片显示了两个从2.4 ghz的wi - fi天线无线路由器。天线仍在塑料盖和底部保留了铰链基地,允许它面向垂直不管路由器的安装位置。顶部天线已被删除从塑料盖,揭示了内部建设。

尽管它可能不会立即体现出来,天线是一个偶极子。一半的偶极子是向左伸出白线,另一个一半的偶极子是金属圆筒。每一半是电绝缘的,大约是¼波长长。类似的天线增益约2 dbi,和展览一个相对圆形辐射模式。

在这两种情况下,将馈线退出的底部天线导线连接到wi - fi无线收发器。馈线是同轴电缆内导体和外部编织屏蔽;一个透明的塑料封面使用寒冰馈线。这个特殊的馈线通常用于wi - fi设备因其体积小和相对较低的射频损失;它是指定的rg - 178。同轴馈线通常被称为“哄”。

哄的另一端连接路由器,如下所示。注意,盾牌是安全地焊接PCB上的地平面,中心导体焊接PCB跟踪,导致黄金金属盒内的收发器。插图显示了另一种焊接方式;有时连接器焊接PCB和哄配备交配连接器,提前到位。

即将到来的

在这一点上,你应该了解天线基本原理适用于wi - fi。本系列以后的文章将集中在没有方向的定向天线使用wi - fi。商用和家酿天线将讨论和指导方针将为您提供建设,扩大和改善你的wi - fi网络。