最大化 LoRa 长距离，秘籍3：天线匹配

摘要：

介绍了天线的基础知识，基于 LoRaWAN 网关的天线进行匹配设计，详细测试了该天线的性能，并分析测试结果。

Truthful lips endure forever 口吐真言，永远坚立。－－《旧·箴》12：19

正如《最大化 LoRa 长距离，您应该知道的完整秘籍》，匹配优质的天线可有效延长通信距离。https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/86012877

为此，我们针对 LoRaWAN 网关天线进行匹配设计和详细测试。

在无线电设备中，天线就是用来辐射和接收无线电波的装置。

天线就是一个“转换器”—把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

上面叫做天线方向图。因为空间是三维立体的，所以这种从上往下的俯视（水平面），以及从前往后的正视（垂直面），会更加清晰直观地观察到天线辐射强度的分布。

全向天线，它是向周围 3600 发散的，这种天线，放在荒郊野外，是极好的。

定向天线，它对指定范围进行信号覆盖，一般用于城市小区电信覆盖。

辐射距离是天线很重要的特性，提高该特性的办法是增加振子。如上图所示，振子越多，轮胎越扁，最后拍成了饼，信号距离就远了。

是不是天线增益越高就越好呢？如上图所示，增益越大，覆盖死角越多。因此，如果要适配不同的场景，可能需要不同增益的天线。

驻波比全称为电压驻波比，又名 VSWR 和 SWR，它表示天馈线与基站匹配程度的指标。它越接近于１，说明天线匹配也就越好。

如果 SWR 等于1，则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的情况。

如果 SWR 大于1，则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，做了无用功。

天线效率是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。它是恒小于1的数值，该值越大，说明天线的效率越高。

天线的测试是一项复杂的工作，一般需要专业的工具和环境，如：3D 暗室，网络分析仪等。

了解天线更多知识，请参考：《天线基本知识讲座》http://www.rimelink.com/nd.jsp?id=53#_np=107_316

如上所述，正因为天线的匹配是一项复杂的工作，这一般是交给专业的天线公司来完成。

如上图所示的 LoRaWAN 室外网关，该 490MHz 全向玻璃钢天线交由专业天线公司匹配，相比“非匹配”天线：发射性能提高 3dB，接收性能提高 13dB。

一款天线设计后，会有一系列的测试工作，用来检验天线质量。仍以上述 LoRaWAN 网关天线为例，它的测试数据如下。

客户：锐米

测试时间：2018-08-02

测试地点：博安通实验室

测试设备：3D暗室、Agilent8753ES网络分析仪

测试样品：470-510MHz玻璃钢天线，600mm长，N-J头。

法国 Satimo 是全世界最领先的天线 OTA 认证测试系统。

电性能测试：驻波比，被测 1# 天线数据如上图：从 470~510MHz，小于 1.5（反射率 4%，96%的能量都发射出去了）。