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天線"增益"知多少
2022-12-27

無線射頻識别(RFID)讀寫器的讀寫距離取決于諸多因素,如RFID讀寫器的傳輸功率、讀寫器的天線增益、讀寫器IC的靈敏度、讀寫器的總體天線效率、周圍物體(尤其是金屬物體)及來自附近的RFID讀寫器或者類似無線電話的其他外部發射器的射頻(RF)幹擾。

其中天線增益是影響RFID讀寫器讀寫距離的重要因素,天線增益是指:在輸入功率相等的條件下,實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所産生的信号的功率密度之比。天線增益是入網測試時極其重要的标準,它表示了天線的方向性和信号能量的集中程度。增益的大小影響天線發射信号覆蓋範圍和強度。主瓣越窄,旁瓣越小,能量就會越集中,那麽天線增益越高。 一般來說,增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度,而在水平面上保持全向的輻射性能。

需要注意的三個點

1、如果不是特别标注,天線增益均是指最大輻射方向的增益;
2、同等條件下,增益越高,方向性越好,電波傳播的距離越遠,即覆蓋的距離增加。但是波速寬度會别壓縮,波瓣越窄,從而導緻覆蓋的均勻性變差。
3、天線是無源器件,并不會增加信号的功率,而經常說的天線增益是相對于某一參考天線來說的。天線增益隻是将能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。

天線增益與發射功率

無線電發射機輸出的射頻信号,通過饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點後,由天線接收下來(僅僅接收很小很小一部分功率),并通過饋線送到無線電接收機。因此在無線網絡的工程中,計算發射裝置的發射功率與天線的輻射能力非常重要。

無線電波的發射功率是指在給定頻段範圍内的能量,通常有兩種衡量或測量标準:

功率(W)

相對1瓦(Watts)的線性水準。

增益(dBm)

相對1毫瓦(Milliwatt)的比例水準。

兩種表達方式可以互相轉換:

dBm = 10 x log[功率mW]

mW = 10^[增益 dBm / 10 dBm]

在無線系統中,天線被用來把電流波轉換成電磁波,在轉換過程中還可以對發射和接收的信号進行“放大”,這種能量放大的度量成爲 “增益(Gain)”。天線增益的度量單位爲“dBi”。

由于無線系統中的電磁波能量是由發射設備的發射能量和天線的放大疊加作用産生,因此度量發射能量,最好同一度量-增益(dB),例如,發射設備的功率爲100mW ,或 20dBm;天線的增益爲10dBi,則:

發射總能量=發射功率(dBm)+天線增益(dBi)
= 20dBm + 10dBi
= 30dBm
或者:= 1000mW = 1W

将「輪胎」壓扁,信号就越集中,增益就越大,天線尺寸就越大,波束寬帶越窄。
測試設備爲信号源,頻譜儀或其他信号接收設備和點源輻射器。
先用理想(當然是近似理想)點源輻射天線,加入一功率;然後再距離天線一定的位置上,用頻譜儀或接收設備測試接收功率。測得的接收功率爲P1;
換用被測天線,加入相同的功率,在同樣的位置上重複上述測試,測得接收功率爲P2;
計算增益:G=10Log(P2/P1) ——就這樣,得到了天線的增益。

綜上可知:天線是無源器件,不能産生能量,天線增益隻是将能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力;天線的增益由振子疊加而産生,增益越高,天線長度越長,增益增加3dB,體積增大一倍;天線增益越高,方向性越好,讀距越遠,能量越集中,波瓣越窄,讀取範圍越窄。漢德霍爾RFID手持機可支持4dbi天線增益,RF輸出功率可達33dbm,讀取距離可達20m,可以滿足絕大部分庫存,倉庫等項目盤點識别需求。

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