天线信号辐射及安装注意事项说明

本文描述如何有效的进行ZigBee通讯距离测试测试。首先介绍一些基本的天线辐射知识、安装注意事项，然后在信号辐射效果还未能达到预期的情况下，如何通过中继方式，实现信号覆盖。

一、天线辐射知识

(1)信号衰减曲线

2.4GHz信号的自由空间衰减是指数型的(如图1所示)，离信号源处一米衰减接近40dBm，但是到了远传，衰减就小了，距离8dBm功率输出节点(如WLT2408)400米的位置，信号强度为-96dBm(中间无明显遮挡物)，到达500米，信号强度为-97dBm，1dBm信号在远处可以延长通讯距离将近100米的距离。

图 1 2.4Ghz信号随距离衰减图

(2)全向天线辐射图

全向天线并不是球型辐射，只在辐射平面上360度信号都一样强，全向天线的辐射面这样确定：当天线垂直地面，最佳辐射面是水平的，且正切于棒状天线的中心。

图2全向天线辐射图

天线的角度会严重影响测试效果，在最佳辐射面范围里，信号会比非辐射面范围大很多，近处更为明显。

(3)定向天线辐射图

定向天线指信号辐射面仅在某个区域，常见的定向天线包括平板天线和八目天线，其中八目天使的指向性最好，其方向图如图3所示。

定向天线主要用于主干网的点对点定向传播。

图 3八目天线主要信号辐射图

(4)障碍物衰减经验值

在无线工程中，经常需要根据现场障碍物的材质，对信号衰减做大致的评估，表格1列举了常见的一些材质的衰减值，可以作为施工和故障排查的参考。

表格1 常见材质的信号衰减(2.4Ghz)

在计算模块能穿几堵墙的时候，记得要先减去离信号源1米左右，由于信号衰减特性，已经衰减掉40dBm左右，因此如果节点位于房间中央，那么信号源8dBm计算，只能穿越两堵墙，这种计算方法是2.4Ghz频段特性，属于物理规律，没有厂商区别。

图 4信号穿墙简单计算方法

二、两点通讯测试

为实现最大距离通讯，测试时需要注意以下几点：

(1)收发两者尽量水平

发送机和接收机尽量水平放置，这样两者都在对方的最佳辐射面上，如图5所示。

图5 收发水平

(2)有落差时的天线调整原则

假如现场收发设备不在水平面上，有一定的落差，如果天线还是垂直地面放置，就不在最佳发射接收区域(如图6所示)，通讯距离会达不到预期效果。

图6 落差时错误天线摆放

在这种情况下，应该将两个天线倾斜放置，如图 7所示。

图 7 天线倾斜角度图示

(3)天线安装不要紧贴金属

在某些应用中，无线设备可能会安装在避雷针等金属管的附近，如果直接将天线贴住金属管，金属管会破坏天线本身的辐射场，造成信号辐射图变形，产生不规则的是辐射场，对传输很不利，与天线平行的金属平面也会造成类似的结果

建议遇到此种情况，用夹具安装设备时，要使天线距离金属管或者金属平面至少10cm。

图 8 天线安装图示

三、通过中继扩展网络

在某些遮挡物比较多的场合，点对点直接的天线辐射可能不能解决信号覆盖的问题，如图9所示，节点A不能直接发送数据给节点B，这时，可以通过在C位置点安装一个节点C，作为中继转发，C位置和AB位置之间，都没有明显的障碍物，是最佳的中继位置。

晓网电子的数据传输产品都具备中继功能，默认是关闭的，因为在一般场合是不需要此功能的，在节点数密集的场合下，例如一个房间内有30个节点。所有节点都开启中继的话，会引起数据转发延迟。

图9复杂情况下的中继覆盖

要开启中继功能，只需要将需要中继的节点，如图中的C点，配置成“终端+中继模式”即可，如图10所示。

图 10 中继模式配置参数

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