【導讀】天線是一種用來發射或接收無線電波的組件，對通過無線方式連接的設備而言，天線接收與發射電波信號的性能，將對無線通信的效率、速率，帶來決定性的影響。本文將為您簡介一些天線的技術概念與天線的類型，以及由Molex所推出的2.4GHz/5GHz雙頻外置天線的產品特性。
天線對任何無線電通信系統都至關重要
無線通信的基本結構主要是由發射器與接收器所組成，發射器負責將語音、視頻以及各種數據編碼為正弦形式的電磁波后發出，接收器則會接收并解碼這些電磁波從而獲得數據。其中的發射器和接收器在發射信號時都需要使用天線，天線就是把電場轉換為電磁波的設備。
天線是空間中導體內的電子運動及傳播的無線電波之間的媒介，在傳輸時，發射器會在天線上施加電流而產生輻射的電磁場，使得電流的能量轉變成無線電波。在接收時，天線會由于電場的感應，而在天線內部產生電流，并在其終端產生電壓，在接收器中產生電信號。天線被廣泛應用于廣播、點對點無線電通信、雷達和太空探索等通信系統，天線則是無線電通信系統中的必需組件。
選擇合適天線的關鍵作法
天線的種類依據電波輻射方式，可以分為全向天線與定向天線兩大基本類型，全向天線是在平面中均勻輻射，定向天線又稱指向天線，則可在某個方向輻射較多能量。在自由空間內，任何天線都可向各個方向輻射能量，但是特定的架構會使天線在某個方向上獲得較大的方向性，而其他方向的能量輻射則可以被忽略不計。
全向天線則是在所有方向上均等地發射和接收無線電信號，全向天線的有效信號模式看起來像是環形，天線則位于中心點，手機使用的就是全向天線，當無線設備位于星形拓撲的中心時，最適合使用全向天線，而對于長距離的點對點通信，則最好使用定向天線。
定向天線則是在同一物理平面中布置多個金屬組件，將發射器或接收器的大部分能量集中在單個方向上。定向天線通常用于室外，適用于較長距離的信號傳遞。
此外，天線也可以分成外置天線與內置天線，顧名思義，外置天線為獨立于主板的外部天線，相對于外置天線，則還有PCB天線、FPC天線、LDS天線這類內置天線，有著自己獨特的產品形態。PCB天線大量應用于藍牙模塊、Wi-Fi模塊、Zigbee模塊等單一頻段的模塊電路板上，其成本很低，一次除錯完便無需再次除錯，但僅適合單一頻段；FPC天線則相當于把PCB板上的天線線路拉出來，用其他外部的金屬來做天線，通常用于頻段復雜的中低端手機和智能硬件產品里；LDS天線則是FPC天線的進化版，空間利用率極高，LDS天線是通過使用激光將天線圖案直接結構化到模制器件上而形成的，這使得它們非常適合內部空間狹小的應用。這些類型的天線各有其明顯的優點和缺點，可以根據應用的具體情況選擇合適的天線。
使用正確的天線解決方案來優化無線網絡性能
天線是無線通信重要的組成部分，合適的天線可以優化無線網絡，增加通信范圍和可靠性，反之則意味著通信質量下降。在選擇天線時，必須了解多種天線參數，像是頻率、匹配阻抗、電壓駐波比（VSWR）、增益、輻射效率值和極化等參數，以及使用它們的設備之特性。
天線的工作頻率是最關鍵的參數，以Wi-Fi應用為例，第一代的IEEE 802.11與第二代的IEEE 802.11b的工作頻段為2.4GHz，第三代的IEEE 802.11a的工作頻段則延伸到5GHz，且第四代的IEEE 802.11n（也稱為Wi-Fi 4）則同時包含2.4和5GHz的工作頻段，第五代IEEE 802.11ac（也稱為Wi-Fi 5）的工作頻段為5GHz，第六代IEEE 802.11ax（也稱為Wi-Fi 6）則是對前幾代產品的重大升級，因為除了當前支持的2.4和5GHz頻段之外，它還可以實現更快的連接速度。因此，可以同時支持2.4和5GHz的雙頻天線，可以成為支持越來越多的新一代高速Wi-Fi設備的候選者。
天線的另一個常見參數便是增益，天線增益代表天線對信號的能量集中的程度與轉換的效率。增加無線通信的增益并不是放大信號，而是將信號的能量聚集起來，增益可以影響天線操作的方向，一般來說，增益越高，天線的定向性越強，當增益越低時，則所有方向的輻射分布越均勻。
通常天線制造商都會強調高增益天線，但實際上，高增益天線是否真的具有優勢呢？事實上仍應以實際應用情況而定，如果您確切知道所需信號的來源，想要獲得最大的增益方向，高增益天線將具有優勢。但是，如果您不知道所需信號的來源與方向，則最好使用低增益天線。
在物聯網應用中非常依賴連接Wi-Fi網絡，因此容易造成網絡擁塞和射頻復雜性，通常會導致性能和可靠性下降，解決方案便是通過采用雙頻Wi-Fi來滿足這些需求，添加5 GHz頻譜可提供顯著更高的性能和更可靠的連接，即使在工業設施、醫院和制造工廠等高度擁擠的物聯網環境中，也能夠顯著地改善網絡的連接效能。
用于物聯網應用的高質量Wi-Fi雙頻天線解決方案
Molex生產多種即用型射頻（RF）天線產品，其結構緊湊、性能卓越，并以多種形式提供，適用于所有標準天線協議和頻率，可以協助客戶從概念到產品完成，提供完善的支持與多樣的解決方案。
Molex 215868系列Wi-Fi金屬上天線是一種外部天線，頻率范圍為2.4~2.5 GHz和5.15~5.85 GHz。這種雙頻天線可以安裝在金屬表面上，而不會影響射頻性能。天線尺寸僅為44 x 37 x 8.5mm，射頻功率為2W，阻抗為50Ω。它在金屬基板上表現良好，其自粘式安裝方式便于組裝，并在端接電纜端提供U.FL（MHF兼容）連接器選項。如果需要還可以根據特殊需要訂制電纜和連接器，并支持IPX7防水。
Molex的2.4 GHz/5 GHz Wi-Fi金屬上天線－215868系列配備300.00mm微型同軸電纜，可兼容在U.FL/I-PEX MHF連接器端使用。該天線是緊湊型物聯網（IoT）設備的理想選擇，是支持Wi-Fi、藍牙和ZigBee通信協議的絕佳選擇。它可以使用粘合劑和螺釘進行安裝，以實現更堅固的安裝。這款薄型天線僅重7.040克，是線性極化和全向天線，以托盤包裝形式提供。它的工作溫度范圍為-40至+85℃，適用于零下溫度環境。該天線的峰值增益為2.0 dBi（2.4 GHz時）和5.5 dBi（5 GHz時）。該天線的平均總輻射效率超過50%（在2.4 GHz時），在5 GHz時，性能超過45%。
結語
天線對于無線通信的效率影響甚巨，選擇合適的天線將能夠大大提升設備的連線效能，本文介紹的Molex Wi-Fi雙頻天線解決方案具備體積小、效率高等優勢，將是相關應用的最佳產品選擇之一。
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