Wlan——射频和天线基础知识

目录

射频的介绍

射频和Wifi

射频的相关基础概念

射频的传输

信号功率的单位

射频信号传输行为

天线的介绍

天线的分类

天线的基本原理

天线的参数

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射频的介绍

射频和Wifi

什么是射频

从射频发射器产生一个变化的电流（交流电），通过铜导线传输到天线，以电磁波的形式辐射出来，此电磁波就是射频

射频简称RF，是高频电磁波的简称，也可称为无线电波

 

Wifi和射频的关系

射频的频段为3Hz到300GHz

我们使用的Wifi/无线信号属于射频的一种，它工作在2.4G和5GHz的工作频段

2.4GHZ（特高频）

范围为2.4GHZ~2.4835GHZ，每个信道占用了20M，将2.4G划分为13个信道（全球分了14个信道，中国只是用了13个信道）；各个信道中心频率之间的距离为5MHz

其中1，6，11信道是完全不重叠信道

5GHZ（超高频）

主要分为两个范围：5.15GHZ~5.35GHZ 和5.725~5.85GHZ

中国5GHz也只分了13个信道，并且都互不重叠（5.15~5.35 8个信道；5.725~5.855个信道）

射频的相关基础概念

波长

波长λ=光速/频率=C/f、频率越高，波长越短

相邻一个波峰的起始点和一个波谷的终止点之间的举例

振幅

无线信号强度或功率（波的高度或能量）

频率

1s内产生电磁波的数量

频率f = 1/周期 = 光速/波长= C/λ

 

相位

表示两个同频信号之间的关系；即两个同频信号之间的相对位置

同相位会使信号增强，相反相位会使信号减弱

射频的传输

 载波

就是传输信道（信道）    

编码

信源编码：将原始信号转为数字信号

信道编码：提供信息纠错、检错。提高信道传输可靠性号

信号调制方式

将数字信号转为适于传输的数字调制信号

主要分为：调频(AM)、调幅(FM)、调相(PM)

解调

将数字调制信号还原为数字信号

信号功率的单位

绝对功率单位

瓦特（W）、毫瓦（mW）

dBm：是另一种功率的表现形式，也表示某个信号的功率

dBm的计算公式：dBm = 10 lg(P1/1mw)

即：1W = 30dBm

dBm和mw的换算如下

dBw：是另一种功率的表现形式，也表示某个信号的功率

dBw的计算公式：dBw = 10 lg(P1/1w)

dBw = dBm – 30

即1mw = 0dBm = -30 dBw

相对功率的单位（两个信号之间的功率关系）

分贝（dB）： 表示P1相对于P2功率的大小

分贝的计算公式：dB = 10 lg(P1/P2)

如果10 lg(P1/P2)为20dB，则表示P1为P2功率的100倍

dBi（天线增益）：相比于全方向性天线的增益情况

dBd（天线增益）：相比于半波振子的增益情况

射频信号传输行为

当射频信号在空中或其它媒介中传输时，会有不同的行为方式；比如吸收、反射、衍射等

吸收

吸收是导致信号衰减的主要原因

射频信号在穿透障碍物时被部分吸收或完全吸收

反射

反射是导致多径现象的主要原因；主要是改变信号方向

当电磁波入射到一个比波自身更大波长的光滑物体时，波会向另外一个方向传递

散射

电磁波被反射成多路信号；改变信号的方向，导致信号衰减

1、被微小颗粒散射（比如烟尘等）；这种散射影响不大

2、被粗糙物体的表面散射；一般会导致信号衰弱

折射

电磁波穿越密度不一样的介质的时候；会发生折射；改变信号方向，导致信号衰减

室外折射可能影响比较大（比如AP之间桥接时遇到冷空气等，因此在要多预留一定的信号强度）

衍射

主要是改变信号方向

没有穿越介质，使得射频信号沿着介质的边缘产生弯曲

自由路径衰减

信号在传播路径中导致的信号衰减

FSPL（路径损耗）= 32.44 +（20 lg（频率））+ （20 lg（天线之间的距离））

FSPL单位dB、频率单位MHz、天线之间的距离单位千米

传输距离100m，衰减80dB；传输距离200m，衰减86dB

因此：传输距离加倍会导致信号衰减6dB（6dB法则）

多径现象

信号除了沿直线到达终端之外，还可以通过反射等其它方向到达终端

由于到达终端的路径不一致，可能会存在延迟；延迟和直线到达的信号会产生相位差，有可能造成信号的衰减和损坏

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天线的介绍

天线的主要作用

就是将交流电转为电磁波；将电磁波转换为交流电

天线的分类

按照用途分类

通信天线、电视天线、雷达天线等

按照工作频段分类

短波天线、超短波天线、微波天线

按照方向性分类

全向天线、定向天线、智能天线

按照外形分类

线状（鞭状）天线、面板天线

按照天线在设备的某个位置分类

内置天线、外置天线

比较常用的分类有 方向性、外形、位置

一般线状天线为全向天线，面板天线一般是定向天线

天线的选型

天线的基本原理

电磁波的辐射

当导线上有交变电流流动时，就会发送电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关

我们目前所用的天线就是右边图的设计

 

天线辐射的基本单位

振子

振子是构成天线的最基本单元 ；多个振子可以组成天线阵列

对称振子

两臂相等的振子就叫做对称振子

半波对称振子

一般情况下，振子的大小在半个波长的时候效果最好，所以也经常被称作“半波振子”

有两根长度相同的1/4长度的振子组成的一个1/2的对称振子就称为半波对称振子

 

天线的方向性

全向天线

在水平面内的所有方向辐射出的电波能量都是相同的，但在纯至面内不同方向辐射出的电波能量不同

可以通过增加振子的数量来使得水平方向的辐射范围增大，其它方向的辐射范围减少

定向天线

在水平和垂直平面内的所有方向上辐射出的电波能量都是不同的

全向天线无平面反射板，定向天线通过平面反射板把功率都反射到单侧方向，提高了单侧方向的天线增益

智能天线

能够自适应天线阵列；水平面上有多个定向辐射和一个全向辐射

通过全向辐射模式接受终端发射的信号，然后通过算法根据接收到的信号计算出终端的位置，并控制CPU向此方向开启定向辐射

天线的极化

天线的极化是指 天线辐射时形成的电场强度方向

 

当波的传播方向为向左右时，电场矢量方向上下震动，也就是垂直于地面，此时称之为垂直极化；垂直极化可以避免能量大幅衰减

一般发射天线的极化方式与接收天线的极化方式要一致

天线的参数

天线增益

增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号功率密度的比值；即增益就是衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力（天线把输入功率集中辐射的程度）

天线增益 = 10 lg（天线辐射功率密度/理想辐射单元的信号功率密度）

使用dBi和dBd都可以用来表达天线功率增益（1dBi=1dBd+2.15）

dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子(半波对称振子)

如果天线增益达到1dBd，则通过dBi表示就需要3.15dBi

同功率下高增益覆盖范围更广

 

波瓣带宽

无线电波形成扇面张开的角度（无线信号功率降低到-3dB这个点的时候所形成的夹角）

方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。

波瓣宽度越窄，方向性越好，辐射距离越远，抗干扰能力越强

下倾角

使主波瓣指向地面进行有效覆盖；较好的方式是让天线主瓣的上3 dB点对准需覆盖区域边缘

下倾方式

机械下倾：调整天线安装角度，改变下倾角

电下倾：调整天线馈电网络的相位改变下倾角。