天线分集技术的原理

最初，许多设计者可能会担心区域规范的复杂性问题，因为在全世界范围内，不同区域规范也各异。然而，只要多加研究便能了解并符合不同区域的法规，因为在每一个地区，通常都会有一个政府单位负责颁布相关文件，以说明"符合特定目的的发射端相关的规则。

无线电通信中更难于理解的部分在于无线电通信链路质量与多种外部因素相关，多种可变因素交织在一起产生了复杂的传输环境，而这种传输环境通常很难解释清楚。然而，掌握基本概念往往有助于理解多变的无线电通信链接品质，一旦理解了这些基本概念，其中许多问题可以通过一种低成本、易实现的被称作天线分集(antenna diversity)的技术来实现。

环境因素的考虑

影响无线电通信链路持续稳定的首要环境因素是被称为多径/衰落和天线极化/分集的现象。这些现象对于链路质量的影响要么是建设性的要么是破坏性的，这取决于不同的特定环境。可能发生的情况太多了，于是，当我们试着要了解特定的环境条件在某个时间点对无线电通信链接的作用，以及会造成何种链接质量时，这无疑是非常困难的。

天线极化/分集

这种被称为天线极化的现象是由给定天线的方向属性引起的，虽然有时候把天线极化解释为在某些无线电通信链路质量上的衰减，但是一些无线电通信设计者经常利用这一特性来调整天线，通过限制收发信号在限定的方向范围之内达其所需。这是可行的，因为天线在各个方向上的辐射不均衡，并且利用这一特性能够屏蔽其他（方向）来源的射频噪声。

简单的说，天线分为全向和定向两种。全向天线收发信号时，在各个方向的强度相同，而定向天线的收发信号被限定在一个方向范围之内。若要打造高度稳固的链接，首先就要从了解此应用开始。例如：如果一个链路上的信号仅来自于特定的方向，那么选择定向天线获益更多。装有定向天线的接收器接收位于由天线方向属性决定的视线方向范围之内的发射器发出的信号，而其他位于该方向范围之外的发射器发出的信号被屏蔽。

装有定向天线的发射器发射它的大部分能量到预定的方向上，而不是在所有方向上发射，同时也不会减小它的覆盖能力。

为了简化对天线剖面的理解，天线厂商提供了天线辐射图。天线辐射图有不同的格式，如E面图(E plane plot)和波瓣图(polar plot)：

图1

如图1。除了方向性或形状外，E面图提供了大量信息，但通常不如波瓣图表述的那样清楚明了。波瓣图被设计成类似指南针，使得对于任意给定方向上的天线增益更易理解。

图2

如图2中，工程师能看到一个高级的三维视图，指示在预定的面上天线如何运行。然而天线也倾向于在其他轴上改变特性，但通常不提供三维图形数据，因为这会显着增加图表的复杂性。拉杆天线是一个典型的全向天线，它有一个简单的三维剖面。在平面图中，拉杆天线能提供极佳的覆盖，但是在三维图形中，它们在本身正上方或正下方的表现极差，这有助于我们能更了解天线被放在两层的室内环境中的情况。

通常，由于RF信号会被墙壁和其他室内物体反射，因此不易观察到天线极化的效果，然而，仍可以观察到其它对RF信号可能是建设性或破坏性的作用，此作用被称为多径/衰减。当发射器或接收器有些小移动，且对链接质量造成极大差异时，通常便会观察到此种衰减现象。当天线在接收和传送信号的波峰时便会发生此情况。

多重路径则是此概念的延伸。当无线电通信电波被传送时，它们被接收器接收的路径可能不只一条，由于其他物体(例如墙壁和树木)的反射形成多重路径，信号可能来自多个路径。接收这些来源的信号，其到达的时间可能会有些微小差距，这就意味可能会发生轻微的相位偏移。当这些信号结合在一起，它们可能会导致"衰减这种消失的形式。最差的情况之一，是两个信号以相差180o的相位到达接收器，接收器将无法看到任何数据，造成100%的信号衰减。在大部分的情况中，接收器不太可能会接收到相位偏移达180o的两个信号，但是当多重路径的环境出现时，某些相位偏移还是有可能发生的，在这些情况下，便会发生某些信号衰减。

天线分集

天线分集是一种被用以恢复信号完整度的技术。在产品中实现天线分集的天线，与另一个天线有一个呈90o的天线架，如此极化/定向性的影响将不会降低潜在无线电通信链接的质量。除此之外，实现天线分集的产品中的各个天线，其天线架的位置皆会维持至少1/4波长的距离，如此能确保至少有一个天线是在波形的波峰中。

虽然天线分集对于恢复信号完整度，以及维持链接边界免受环境影响等颇有益处，但是必须在其它方面做出很大的牺牲，意味着微控制器(MCU)整体成本的增加，因