明明LoRa模塊搭配天線標(biāo)稱(chēng)10公里超遠(yuǎn)距，為什么400MHz穿墻就撲街？LoRa模塊900MHz組網(wǎng)總被隔壁設(shè)備干擾到哭？真相是——選頻段只是入門(mén)局，天線這幾個(gè)參數(shù)才是LoRa性能的生死判官！

下面用億佰特公司最常見(jiàn)的天線的各種參數(shù)講起，天線型號(hào)為T(mén)X433-JKD-20P，該膠棒天線的性能參數(shù)如圖1所示。

圖1 TX433-JKD-20P膠棒天線性能參數(shù)

基礎(chǔ)必看參數(shù)

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中心頻率、工作頻率，天線帶寬

中心頻率（CenterFrequency）是指天線的主要共振點(diǎn)，性能最優(yōu)，增益、匹配最好。通常是頻率帶寬的中心值。工作頻率（OperatingFrequency）是指天線設(shè)計(jì)并優(yōu)化用于傳輸或接收電磁波的頻率或頻率范圍，這是天線最重要的基本參數(shù)之一，單位通常是MHz或GHz。例如LoRa常用頻段有433MHz、868MHz、915MHz。天線必須與模塊的頻率匹配，否則性能會(huì)嚴(yán)重下降；天線的帶寬是指工作頻率上下限之間的頻率寬度，反映天線支持的“頻譜范圍”。作為普通消費(fèi)者注意以下兩點(diǎn)：①天線的工作頻率需匹配LoRa模塊使用的頻率。無(wú)線通信（如LoRa）依賴(lài)電磁波在特定頻率下傳播。天線的尺寸、結(jié)構(gòu)和材料是根據(jù)某一頻率設(shè)計(jì)的，只有在該頻率或附近，天線才能高效地輻射或接收信號(hào)。如果天線的工作頻率不匹配LoRa模塊使用的頻率，會(huì)導(dǎo)致：發(fā)射信號(hào)效率低（信號(hào)功率反射回去）；接收靈敏度下降；通信距離縮短；整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定或失效。

②帶寬越寬，不代表天線性能越好。寬帶天線適合多頻點(diǎn)通信，但增益可能不如窄帶天線高；對(duì)于LoRa這類(lèi)窄帶通信，重點(diǎn)是中心頻率是否精準(zhǔn)匹配你的使用頻率（如433MHz、868MHz）。

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增益

天線的增益是指天線在某個(gè)方向上相對(duì)于理想?yún)⒖继炀€（比如各向同性天線）的輻射能力增強(qiáng)了多少倍，單位是dBi或dBd。dBi是相對(duì)于理想各向同性天線的增益；dBd是相對(duì)于半波振子天線的增益。用一句話(huà)理解，天線增益表示天線把能量“集中”到某個(gè)方向的能力，數(shù)值越大，信號(hào)在某方向越強(qiáng)。很多人誤以為“增益越高=信號(hào)越強(qiáng)”，其實(shí)不完全對(duì)。天線不會(huì)放大信號(hào)的總能量，它只是通過(guò)設(shè)計(jì)，把信號(hào)“集中”在某個(gè)方向，就像聚光燈→光沒(méi)變強(qiáng)，只是聚在一處；擴(kuò)音喇叭→聲音沒(méi)變大，只是往一個(gè)方向更響。舉一個(gè)例子，你買(mǎi)了一個(gè)433MHz的LoRa天線，參數(shù)寫(xiě)著“增益：5dBi”，這意味著這根天線在它主輻射方向上的信號(hào)強(qiáng)度，相當(dāng)于一個(gè)各向同性天線在所有方向都均勻輻射的情況下增強(qiáng)了5dB，它會(huì)讓你在特定方向上的通信距離更遠(yuǎn)，但在其他方向上，信號(hào)會(huì)減弱。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的表格，總結(jié)得出：增益越高，覆蓋角度越??；增益越低，覆蓋范圍越廣。

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極化方式

極化方式是指電磁波中電場(chǎng)矢量隨時(shí)間變化的振動(dòng)方向。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是在電磁波傳播過(guò)程中，電場(chǎng)與磁場(chǎng)始終相互垂直，且均垂直于傳播方向，極化方式即由電場(chǎng)矢量的空間方向和隨時(shí)間變化的軌跡所決定。對(duì)于普通消費(fèi)者我們應(yīng)該注意什么呢？選購(gòu)天線要注意通信的發(fā)射天線和接收天線的極化方式必須匹配，否則信號(hào)會(huì)嚴(yán)重衰減，稱(chēng)為“極化失配”。舉個(gè)例子：如果發(fā)射天線是垂直極化，但接收天線是水平極化，那么信號(hào)可能衰減20dB以上，這幾乎等于沒(méi)接收到信號(hào)。天線的安裝也和極化方向有關(guān)，例如買(mǎi)的兩個(gè)橡膠棒天線極化方向相同，兩個(gè)天線的安裝方向不同（比如一個(gè)立著，一個(gè)躺著），就形成了極化不匹配。極化不匹配的后果，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)損失嚴(yán)重，最多可達(dá)20dB（等效于信號(hào)減弱100倍）。即使信號(hào)還能收到，通信距離也會(huì)大大縮短，特別是LoRa這種遠(yuǎn)距離通信協(xié)議，極化不一致很容易導(dǎo)致掉包、丟連接等問(wèn)題。

正確做法：如果你使用的是橡膠棒天線，讓兩個(gè)天線都“垂直放置”（天線朝上或朝下都行，但方向一致）；如果你想讓設(shè)備平放，那就可以把天線也水平放置，但兩端一致。總之，保持兩端天線的安裝角度一致，就能保證極化一致。

進(jìn)階參數(shù)

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阻抗

天線阻抗是天線中一個(gè)非常重要的參數(shù)，尤其是在射頻（RF）系統(tǒng)中，理解它有助于我們確保信號(hào)最大限度地傳輸，而不是被反射掉。天線阻抗是指天線輸入端口對(duì)外呈現(xiàn)的電阻抗（包含電阻+電抗），單位是歐姆（Ω）。

為什么LoRa天線幾乎都是50Ω？主要原因：整個(gè)射頻系統(tǒng)都以50Ω為“標(biāo)準(zhǔn)接口阻抗”，方便連接、匹配和設(shè)計(jì)。在射頻系統(tǒng)中（比如LoRa模塊→PCB→連接器→天線），信號(hào)從源頭傳到負(fù)載時(shí)，如果阻抗不匹配，就會(huì)產(chǎn)生反射。就像水管接頭對(duì)不上會(huì)漏水，阻抗不匹配也會(huì)“漏能量”。結(jié)果就是：信號(hào)反射（SWR升高，反射系數(shù)上升）；發(fā)射功率降低；接收靈敏度變差；可能導(dǎo)致芯片過(guò)熱或燒毀。

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電壓駐波比（VSWR）

當(dāng)我們了解了天線阻抗之后，和阻抗有著密切關(guān)系的是電壓駐波比（VSWR，VoltageStandingWaveRatio）,電壓駐波比是天線參數(shù)中非常關(guān)鍵的一個(gè)指標(biāo)，它直接反映了天線和射頻系統(tǒng)之間的阻抗匹配程度。用一句話(huà)概述，VSWR表示的是反射信號(hào)與前向信號(hào)之間的比例關(guān)系，反映了天線輸入端的“匹配好不好”。VSWR越接近1:1，說(shuō)明反射越少、匹配越好，信號(hào)傳輸越高效。舉個(gè)例子，當(dāng)你從LoRa模塊向天線送出射頻信號(hào)時(shí)，如果天線阻抗與系統(tǒng)不匹配，就會(huì)出現(xiàn)一部分信號(hào)被反射回去。這會(huì)導(dǎo)致：有用信號(hào)減少；模塊發(fā)熱甚至受損；通信距離下降。而這些反射產(chǎn)生的“站立波”現(xiàn)象，就是VSWR所衡量的。VSWR與反射關(guān)系對(duì)照表：假設(shè)你用的是433MHz的LoRa模塊：如果天線的VSWR=1.2:1，信號(hào)幾乎全送出，性能優(yōu)良；如果VSWR=2.5:1，說(shuō)明大量信號(hào)被反射回來(lái)→傳輸效率下降；如果VSWR> 3:1，模塊可能因反射功率過(guò)高而受損！

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功率容量

天線的功率容量是指它在不損壞、不過(guò)熱、不性能劣化的情況下，可以安全承受的最大射頻功率，通常以瓦特（W）或毫瓦（mW）表示。為什么這個(gè)參數(shù)重要？當(dāng)你的LoRa模塊發(fā)射射頻信號(hào)時(shí)，信號(hào)通過(guò)饋線（如射頻線）送到天線，如果天線的承受能力不足，會(huì)導(dǎo)致：天線損壞（燒蝕、變形、脫焊）；駐波升高、性能惡化；輻射失效，通信距離反而下降；嚴(yán)重時(shí)損壞模塊的射頻芯片或功放（因反射太強(qiáng)）。作為普通消費(fèi)者只需要關(guān)心模塊的發(fā)送功率是否超出天線的功率容量，舉個(gè)例子，LoRa模塊發(fā)射功率為20dBm，換算成功率為100mW，此時(shí)使用20W功率容量的天線就完全沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)?00mW遠(yuǎn)小于20W，所有可以放心使用。