天線信號輻射及安裝注意事項說明

本文描述如何有效的進(jìn)行ZigBee通訊距離測試測試。首先介紹一些基本的天線輻射知識、安裝注意事項，然后在信號輻射效果還未能達(dá)到預(yù)期的情況下，如何通過中繼方式，實(shí)現(xiàn)信號覆蓋。

一、天線輻射知識

(1)信號衰減曲線

2.4GHz信號的自由空間衰減是指數(shù)型的(如圖1所示)，離信號源處一米衰減接近40dBm，但是到了遠(yuǎn)傳，衰減就小了，距離8dBm功率輸出節(jié)點(diǎn)(如WLT2408)400米的位置，信號強(qiáng)度為-96dBm(中間無明顯遮擋物)，到達(dá)500米，信號強(qiáng)度為-97dBm，1dBm信號在遠(yuǎn)處可以延長通訊距離將近100米的距離。

圖 1 2.4Ghz信號隨距離衰減圖

(2)全向天線輻射圖

全向天線并不是球型輻射，只在輻射平面上360度信號都一樣強(qiáng)，全向天線的輻射面這樣確定：當(dāng)天線垂直地面，最佳輻射面是水平的，且正切于棒狀天線的中心。

圖2全向天線輻射圖

天線的角度會嚴(yán)重影響測試效果，在最佳輻射面范圍里，信號會比非輻射面范圍大很多，近處更為明顯。

(3)定向天線輻射圖

定向天線指信號輻射面僅在某個區(qū)域，常見的定向天線包括平板天線和八目天線，其中八目天使的指向性最好，其方向圖如圖3所示。

定向天線主要用于主干網(wǎng)的點(diǎn)對點(diǎn)定向傳播。

圖 3八目天線主要信號輻射圖

(4)障礙物衰減經(jīng)驗值

在無線工程中，經(jīng)常需要根據(jù)現(xiàn)場障礙物的材質(zhì)，對信號衰減做大致的評估，表格1列舉了常見的一些材質(zhì)的衰減值，可以作為施工和故障排查的參考。

表格1 常見材質(zhì)的信號衰減(2.4Ghz)

在計算模塊能穿幾堵墻的時候，記得要先減去離信號源1米左右，由于信號衰減特性，已經(jīng)衰減掉40dBm左右，因此如果節(jié)點(diǎn)位于房間中央，那么信號源8dBm計算，只能穿越兩堵墻，這種計算方法是2.4Ghz頻段特性，屬于物理規(guī)律，沒有廠商區(qū)別。

圖 4信號穿墻簡單計算方法

二、兩點(diǎn)通訊測試

為實(shí)現(xiàn)最大距離通訊，測試時需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)收發(fā)兩者盡量水平

發(fā)送機(jī)和接收機(jī)盡量水平放置，這樣兩者都在對方的最佳輻射面上，如圖5所示。

圖5 收發(fā)水平

(2)有落差時的天線調(diào)整原則

假如現(xiàn)場收發(fā)設(shè)備不在水平面上，有一定的落差，如果天線還是垂直地面放置，就不在最佳發(fā)射接收區(qū)域(如圖6所示)，通訊距離會達(dá)不到預(yù)期效果。

圖6 落差時錯誤天線擺放

在這種情況下，應(yīng)該將兩個天線傾斜放置，如圖 7所示。

圖 7 天線傾斜角度圖示

(3)天線安裝不要緊貼金屬

在某些應(yīng)用中，無線設(shè)備可能會安裝在避雷針等金屬管的附近，如果直接將天線貼住金屬管，金屬管會破壞天線本身的輻射場，造成信號輻射圖變形，產(chǎn)生不規(guī)則的是輻射場，對傳輸很不利，與天線平行的金屬平面也會造成類似的結(jié)果

建議遇到此種情況，用夾具安裝設(shè)備時，要使天線距離金屬管或者金屬平面至少10cm。

圖 8 天線安裝圖示

三、通過中繼擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)

在某些遮擋物比較多的場合，點(diǎn)對點(diǎn)直接的天線輻射可能不能解決信號覆蓋的問題，如圖9所示，節(jié)點(diǎn)A不能直接發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)B，這時，可以通過在C位置點(diǎn)安裝一個節(jié)點(diǎn)C，作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)，C位置和AB位置之間，都沒有明顯的障礙物，是最佳的中繼位置。

曉網(wǎng)電子的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品都具備中繼功能，默認(rèn)是關(guān)閉的，因為在一般場合是不需要此功能的，在節(jié)點(diǎn)數(shù)密集的場合下，例如一個房間內(nèi)有30個節(jié)點(diǎn)。所有節(jié)點(diǎn)都開啟中繼的話，會引起數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)延遲。

圖9復(fù)雜情況下的中繼覆蓋

要開啟中繼功能，只需要將需要中繼的節(jié)點(diǎn)，如圖中的C點(diǎn)，配置成“終端+中繼模式”即可，如圖10所示。

圖 10 中繼模式配置參數(shù)

責(zé)任編輯：gt