【導(dǎo)讀】天線是一種用來發(fā)射或接收無線電波的組件，對通過無線方式連接的設(shè)備而言，天線接收與發(fā)射電波信號的性能，將對無線通信的效率、速率，帶來決定性的影響。本文將為您簡介一些天線的技術(shù)概念與天線的類型，以及由Molex所推出的2.4GHz/5GHz雙頻外置天線的產(chǎn)品特性。
天線對任何無線電通信系統(tǒng)都至關(guān)重要
無線通信的基本結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)射器與接收器所組成，發(fā)射器負(fù)責(zé)將語音、視頻以及各種數(shù)據(jù)編碼為正弦形式的電磁波后發(fā)出，接收器則會(huì)接收并解碼這些電磁波從而獲得數(shù)據(jù)。其中的發(fā)射器和接收器在發(fā)射信號時(shí)都需要使用天線，天線就是把電場轉(zhuǎn)換為電磁波的設(shè)備。
天線是空間中導(dǎo)體內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)及傳播的無線電波之間的媒介，在傳輸時(shí)，發(fā)射器會(huì)在天線上施加電流而產(chǎn)生輻射的電磁場，使得電流的能量轉(zhuǎn)變成無線電波。在接收時(shí)，天線會(huì)由于電場的感應(yīng)，而在天線內(nèi)部產(chǎn)生電流，并在其終端產(chǎn)生電壓，在接收器中產(chǎn)生電信號。天線被廣泛應(yīng)用于廣播、點(diǎn)對點(diǎn)無線電通信、雷達(dá)和太空探索等通信系統(tǒng)，天線則是無線電通信系統(tǒng)中的必需組件。
選擇合適天線的關(guān)鍵作法
天線的種類依據(jù)電波輻射方式，可以分為全向天線與定向天線兩大基本類型，全向天線是在平面中均勻輻射，定向天線又稱指向天線，則可在某個(gè)方向輻射較多能量。在自由空間內(nèi)，任何天線都可向各個(gè)方向輻射能量，但是特定的架構(gòu)會(huì)使天線在某個(gè)方向上獲得較大的方向性，而其他方向的能量輻射則可以被忽略不計(jì)。
全向天線則是在所有方向上均等地發(fā)射和接收無線電信號，全向天線的有效信號模式看起來像是環(huán)形，天線則位于中心點(diǎn)，手機(jī)使用的就是全向天線，當(dāng)無線設(shè)備位于星形拓?fù)涞闹行臅r(shí)，最適合使用全向天線，而對于長距離的點(diǎn)對點(diǎn)通信，則最好使用定向天線。
定向天線則是在同一物理平面中布置多個(gè)金屬組件，將發(fā)射器或接收器的大部分能量集中在單個(gè)方向上。定向天線通常用于室外，適用于較長距離的信號傳遞。
此外，天線也可以分成外置天線與內(nèi)置天線，顧名思義，外置天線為獨(dú)立于主板的外部天線，相對于外置天線，則還有PCB天線、FPC天線、LDS天線這類內(nèi)置天線，有著自己獨(dú)特的產(chǎn)品形態(tài)。PCB天線大量應(yīng)用于藍(lán)牙模塊、Wi-Fi模塊、Zigbee模塊等單一頻段的模塊電路板上，其成本很低，一次除錯(cuò)完便無需再次除錯(cuò)，但僅適合單一頻段；FPC天線則相當(dāng)于把PCB板上的天線線路拉出來，用其他外部的金屬來做天線，通常用于頻段復(fù)雜的中低端手機(jī)和智能硬件產(chǎn)品里；LDS天線則是FPC天線的進(jìn)化版，空間利用率極高，LDS天線是通過使用激光將天線圖案直接結(jié)構(gòu)化到模制器件上而形成的，這使得它們非常適合內(nèi)部空間狹小的應(yīng)用。這些類型的天線各有其明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，可以根據(jù)應(yīng)用的具體情況選擇合適的天線。
使用正確的天線解決方案來優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)性能
天線是無線通信重要的組成部分，合適的天線可以優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)，增加通信范圍和可靠性，反之則意味著通信質(zhì)量下降。在選擇天線時(shí)，必須了解多種天線參數(shù)，像是頻率、匹配阻抗、電壓駐波比（VSWR）、增益、輻射效率值和極化等參數(shù)，以及使用它們的設(shè)備之特性。
天線的工作頻率是最關(guān)鍵的參數(shù)，以Wi-Fi應(yīng)用為例，第一代的IEEE 802.11與第二代的IEEE 802.11b的工作頻段為2.4GHz，第三代的IEEE 802.11a的工作頻段則延伸到5GHz，且第四代的IEEE 802.11n（也稱為Wi-Fi 4）則同時(shí)包含2.4和5GHz的工作頻段，第五代IEEE 802.11ac（也稱為Wi-Fi 5）的工作頻段為5GHz，第六代IEEE 802.11ax（也稱為Wi-Fi 6）則是對前幾代產(chǎn)品的重大升級，因?yàn)槌水?dāng)前支持的2.4和5GHz頻段之外，它還可以實(shí)現(xiàn)更快的連接速度。因此，可以同時(shí)支持2.4和5GHz的雙頻天線，可以成為支持越來越多的新一代高速Wi-Fi設(shè)備的候選者。
天線的另一個(gè)常見參數(shù)便是增益，天線增益代表天線對信號的能量集中的程度與轉(zhuǎn)換的效率。增加無線通信的增益并不是放大信號，而是將信號的能量聚集起來，增益可以影響天線操作的方向，一般來說，增益越高，天線的定向性越強(qiáng)，當(dāng)增益越低時(shí)，則所有方向的輻射分布越均勻。
通常天線制造商都會(huì)強(qiáng)調(diào)高增益天線，但實(shí)際上，高增益天線是否真的具有優(yōu)勢呢？事實(shí)上仍應(yīng)以實(shí)際應(yīng)用情況而定，如果您確切知道所需信號的來源，想要獲得最大的增益方向，高增益天線將具有優(yōu)勢。但是，如果您不知道所需信號的來源與方向，則最好使用低增益天線。
在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中非常依賴連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，因此容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞和射頻復(fù)雜性，通常會(huì)導(dǎo)致性能和可靠性下降，解決方案便是通過采用雙頻Wi-Fi來滿足這些需求，添加5 GHz頻譜可提供顯著更高的性能和更可靠的連接，即使在工業(yè)設(shè)施、醫(yī)院和制造工廠等高度擁擠的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，也能夠顯著地改善網(wǎng)絡(luò)的連接效能。
用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高質(zhì)量Wi-Fi雙頻天線解決方案
Molex生產(chǎn)多種即用型射頻（RF）天線產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、性能卓越，并以多種形式提供，適用于所有標(biāo)準(zhǔn)天線協(xié)議和頻率，可以協(xié)助客戶從概念到產(chǎn)品完成，提供完善的支持與多樣的解決方案。
Molex 215868系列Wi-Fi金屬上天線是一種外部天線，頻率范圍為2.4~2.5 GHz和5.15~5.85 GHz。這種雙頻天線可以安裝在金屬表面上，而不會(huì)影響射頻性能。天線尺寸僅為44 x 37 x 8.5mm，射頻功率為2W，阻抗為50Ω。它在金屬基板上表現(xiàn)良好，其自粘式安裝方式便于組裝，并在端接電纜端提供U.FL（MHF兼容）連接器選項(xiàng)。如果需要還可以根據(jù)特殊需要訂制電纜和連接器，并支持IPX7防水。
Molex的2.4 GHz/5 GHz Wi-Fi金屬上天線－215868系列配備300.00mm微型同軸電纜，可兼容在U.FL/I-PEX MHF連接器端使用。該天線是緊湊型物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的理想選擇，是支持Wi-Fi、藍(lán)牙和ZigBee通信協(xié)議的絕佳選擇。它可以使用粘合劑和螺釘進(jìn)行安裝，以實(shí)現(xiàn)更堅(jiān)固的安裝。這款薄型天線僅重7.040克，是線性極化和全向天線，以托盤包裝形式提供。它的工作溫度范圍為-40至+85℃，適用于零下溫度環(huán)境。該天線的峰值增益為2.0 dBi（2.4 GHz時(shí)）和5.5 dBi（5 GHz時(shí)）。該天線的平均總輻射效率超過50%（在2.4 GHz時(shí)），在5 GHz時(shí)，性能超過45%。
結(jié)語
天線對于無線通信的效率影響甚巨，選擇合適的天線將能夠大大提升設(shè)備的連線效能，本文介紹的Molex Wi-Fi雙頻天線解決方案具備體積小、效率高等優(yōu)勢，將是相關(guān)應(yīng)用的最佳產(chǎn)品選擇之一。
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