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天线增益决定无线产品性能


  经过几年的快速发展,无线产品在家庭网络中应用已经非常普及。作为最终用户,谁都想自己选择的无线产品性价比突出,其中价格大家在电脑城转悠一圈,都能了解一二,而性能却不是很好把握。留心的用户会发现,当你向柜台卖主问及无线产品性能时,往往会听到“这款产品天线5dBi,性能很好,穿透能力很强”之类天线增益决定无线产品性能的说法。

  天线是无线产品发射和接收无线信号的一个重要的部件,没有天线,无线产品就没法通信。无线产品作为信号发送方时,射频信号由天线以电磁波形式辐射出去;作为接收方时,电磁波由天线接收下来。是不是选择无线产品时,可以将天线增益作为无线产品性能的决定性指标?这一点却需要考量。事实上,正因为用户关心天线增益,厂家在此方面更不敢含糊,大家都尽量采用大增益天线,像市场主流无线产品TP-LINK的TL-WR541R天线增益已经用到5dBi。无线产品天线主要有两类:内置天线(USB、Cardbus产品用的多)、外置天线(AP/Router、PCI产品用的多),提到几dBi增益都集中在外置天线。仅仅考虑天线,影响收发能力的重要参数都不止增益,还有驻波比、输入阻抗等。一般来说,增益越大越好(受尺寸约束,目前产品附带天线最大5dBi),驻波比越小越好(理论最小值为1,受实际设计限制,一般小于2可接受),输入阻抗要根据产品阻抗特性来定。


普通2dB增益天线


5dB增益天线

  既然单从柜台卖主推荐的天线增益不能准确、充分体现无线产品性能,最终用户在选购时该如何评定?要考量哪些因素?其实,在关心天线增益、驻波比、输入阻抗同时,购买者更应该了解无线芯片方案、制造商的无线产品设计水平、制造商的物料控制能力以及制造商的生产加工工艺和测试设备先进性。前者(天线)作为一种物料,更改相对简单,如将天线由增益3dBi改用5dBi,只是物料更换;而后者(方案、制造商实力)却不是那么容易,方案更改牵扯到整个产品变化,而且还要看上游芯片厂商是不是大力支持,制造商实力更非一朝一夕所能造就,需要长久沉淀。从本质上影响无线产品传输速率、距离、穿透能力等性能的,恰恰以后者为重。
  无线芯片方案选择。芯片方案确定无线信号的处理算法,算法的优劣,由上游芯片供应商技术能力决定;算法的优劣直接影响无线产品抗干扰能力,以及传输稳定性。目前无线芯片方案主要存在两大系:美国芯片商、台湾芯片商。台湾芯片商主要有Realtek、Ralink、Zydas,美国芯片商主要有Atheros、Broadcom、Marvell。美系无线技术能力明显优于台系,当前市面上见的最多的也是美国芯片方案的无线产品。在美系中又以Atheros无线信号的处理算法最为突出,Atheros有一批人员为斯坦福大学专门从事无线信号处理算法研究的教授,不断推出eXtended Range、Super g等增强抗干扰能力、提高传输性能的先进技术。


室外定向天线


室内定向天线

  无线产品设计水平。主要体现在三方面:整板系统设计水平、系统接收灵敏度、发射功率和信号质量。

  整板系统设计水平即控制PCB半成品自身噪声能力,无线产品是将电子物料按照实现固定功能要求,而设计出来的应用电路组合,本身就会产生一定噪声,整板噪声控制反映了设计水平的高低。各电路功能模块的合理布局,板上电路走线的粗细,PCB板材的选择,电源以及地线处理,甚至过孔的大小、排列,都会影响到整板噪声。整板噪声之与无线信号传输,就像环境吵声之与两人谈话,环境吵声越小,两个人谈话交流越顺畅。整板系统设计水平是综合设计水平的体现,需要丰富的设计经验以及高超的设计能力,无线产品生产规模大、推出无线产品早的厂家设计出来的产品,在这方面具有优势。

  接收灵敏度是检验无线产品接收机接收微弱信号的能力,无线电波的传输是“有去无回”的,当接收端的信号能量小于标称的接收灵敏度时,接收端将不会接收任何数据,也就是说接收灵敏度是接收端能够接收信号的最小门限。无线产品的接收灵敏度非常重要,它是制约无线传输距离的关键性技术指标。理论上接收灵敏度强3dBm,能接受信号的能量小一半;接收灵敏度强6dBm,无线传输距离远一倍。

  发射功率和信号质量其实与接收灵敏度需配套考虑,在无线网络系统中提高接收端的接收灵敏度,相当于提高发射端的发射功率与信号质量,反之亦然。WLAN的功率无委会有规定,在中国不能超过100mW,即20dBm,一般产品都将标称值设在17dB,为产品差异预留2~3dB的浮动空间。因此当无线产品在作为信号发送方时,信号质量就体现尤为重要。他与无线产品射频部分的电路设计关系密切,射频网络器件参数选择、射频网络部分电路的布局布线、与其他电路隔离设计等都会影响到信号质量。
  物料控制能力。产品是各物料的有机组合,物料控制的好与不好,会影响产品性能,这一道理非常简单。特别是对于无线产品,为减少整板噪声,对物料的要求更可谓苛刻。不过作为制造商要做到具有很强的物料控制能力却不容易,主要是两方面原因。其一,物料供方因素。品质好,公司规模又大的物料供应商,往往相对知名度高,客户众多,对客源不用费心,此类物料供应商会选择服务前景好、各行业知名度高的制造厂商。因此,从物料供应源头来看,一般企业要做到具有很强的物料控制能力不容易。其二,制造商本身因素。在无线产品制造商行列中,存在很多追求短期利益的厂商,非但不尽量与优秀物料供应商合作,还想尽办法到处寻找低价格、低品质的物料,自动放弃物料控制能力。

  生产加工工艺、测试设备先进性。前面所谈到的,或多或少都与设计相关,保证无线产品性能,生产同样重要。无线产品为增强抗干扰能力,射频电路部分走线尽量短,器件非常密集,对生产加工工艺是个考验;另外无线产品通过馈线连到天线,要控制好整板阻抗,以便达到阻抗匹配,对生产时焊接技术要求很高。还有,要把握出厂产品性能一致性,测试设备很重要,特别是测试屏蔽盒、无线综合测试仪。测试屏蔽盒使得在整个测试过程中,数据不受外界环境变化影响,从而使对无线性能正确评判成为可能;无线综合测试仪能准确判断无线产品的功率、EVM(误差向量值)、灵敏度、频偏等重要指标,从而实现准确判断无线产品性能。


八木天线、抛物线天线

  也许购买者会很迷惑,天线到底多少dBi,一问便很清楚;选择何种方案,也可从厂家咨询到;无线产品制造商实力该如何判断呢?知名度高、产品口碑好、无线产品销售量大、推出产品时间久的公司,在这方面具有明显优势。其实,判断无线产品性能最直接、最有效的办法,就是在实际使用环境中切实应用。购买时往往无法在实际环境中使用,在此推荐最简单的选择方法:购买市场占有率高的产品。因为已经有成千上万的用户为你做了实际测试,要深信劣质产品是无法普及的。

【责编:Chuan】

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