物联网行业中的lora天线定制方案分享

Lora 技术的天线定制设计与优化

Lora(Long Range)技术是一种低功耗广域网(LPWAN)无线通信技术，被广泛应用于物联网领域。而天线作为无线通信系统的重要组成部分之一，对系统的性能起着至关重要的作用。

1.天线类型与特点

Lora 技术的天线设计开始之前，首先需要了解不同类型的天线以及它们的特点

1.1线型天线

线型天线是一种常见且成本较低的天线类型，例如直线振子天线和八木-扬架(Yagi-Uda)天线。它们具有方向性较强和较高的天线增益的特点，适用于需要远距离传输和提高接收性能的场景。

1.2贴片天线

贴片天线是一种常用的SMT (表面贴装技术)天线，适用于小体积和快速批量制造的需求。它们通常具有较小的天线增益，但传输和接收角度的敏感度较低，可以提供更均衡的信号覆盖。

1.3.双极子天线

双极子天线是一种通用的全向天线类型，常用于室内和短距离无线通信场景它们在水平和垂直方向上都具有较好的辐射性能，能够提供较为均匀的信号覆盖。

2、天线设计与优化要点

在设计和优化 Lora 技术的天线时，需要考虑以下要点:

2.1频率选择

Lora技术支持不同的频段，包括433 MHZ、868 MHz和915MHz等。在选择天线时，需要根据实际应用需求和频段选择合适的天线类型和参数，以确保天线能够在特定频率范围内工作并提供良好的性能。

2.2天线尺寸和布局

天线的尺寸和布局对性能至关重要。通常，天线的长度应该与所传输的信号波长相匹配，这有助于提高天线效率和辐射性能。此外，天线与其他电子元件之间的距离也应该适当，以避免相互干扰。

2.3天线增益和辐射模式

天线的增益和辐射模式直接影响信号的覆盖范围和传输距离。在设计 Lora 技术的天线时，需要权衡增益和辐射模式之间的关系，以满足特定应用场景的需求。例如，在需要远距离传输的场景下，可以选择具有较高增益的天线，以获得更好的信号覆盖。

2.4天线匹配电路和调谐

天线匹配电路和调谐对 Lora 技术的天线设计至关重要。合适的匹配电路可以提高天线的工作效率和输入阻抗匹配，从而提高通信质量。通过合适的调谐技术,可以进一步优化天线的性能，提高通信距离和抗噪声能力。

在原理图设计时，需要在天线接头与模块的天线引脚之间预留一个π型匹配电路。天线的阻抗是受到电路板的铺地、外壳和安装角度等因素影响的，预留这个π型匹配电路是为了当天线严重偏离50欧姆时，将其纠正到50欧姆。

默认情况下，天线阻抗是比较接近50欧姆的，在下图中的C17和C18不用焊接；而L2用220pF电容，或者1nH电感，再或者0欧电阻，三者均可。遇到特殊的情况时，比如天线安装模具内部、天线的体积很小或需要加强高次谐波抑制等，这三个匹配元件才需要进行匹配调整。

LoRa模块应用的预留匹配电路

理论上，无论天线阻抗在任何值，都可以通过π型匹配电路将其匹配到50欧姆。然而实际上电感电容都是有内阻的，这个内阻会吸收能量，若天线阻抗太小（几欧姆）或大（上千欧姆）的话，通过匹配电路将其匹配到50欧姆去就失去了意义。原因在于大部分的能量已消耗在匹配元件的内阻上。

2.5天线安装规范

在所有硬件参数调整好后，天线的安装也是关键一步，天线辐射是有方向性的，并不是每个方向辐射相等的能量，如同我们讲话一样，有的方向听到的声音强，有的方向弱。安装天线的时候，需要将天线辐射最强的方向对准接收的天线，接收天线才可能获得最强的接收信号，要做到这一点，必须先知道天线的辐射方向才行。

在没有暗室等专业天线测试实验室的情况下，那如何测试天线的辐射方向呢？我们可以在最终确定产品后，让其连续不断发送数据，并用频谱分析仪测试离产品一定距离的信号强度，旋转被测试的产品，并记录各个方向的信号强度，从而可以绘制出产品的天线辐射大致方向图。

辐射方向测试

靠近墙壁、门和金属面等反射面安装时，需要注意反射带来的影响，理论和测试结果都证明了以下的结论：

最佳位置：

最差位置：

最佳与最差位置相距λ/4交替出现；

RX1优于RX2，例如470MHz时，离反射面16CM效果远优于32CM。

3.天线测试与仿真工具

为了验证 Lora 技术的天线设计与优化方案，通常会采用测试和仿真工具来评估天线的性能。以下是一些常用的工具:

3.1天线测试仪器

天线测试仪器可以用来测量天线的增益、辐射模式、回波损耗等性能指标。

例如，网络分析仪(Network Analyzer) 可以用来测量天线的频率响应和输入阻抗矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer)可以提供更为详细的天线性能分析。

3.2电磁仿真软件

电磁仿真软件可以用来进行天线设计和性能仿真。

例如，CST Studio Suite和FEKO等软件可以通过计算电磁场分布和辐射功率等参数，提供天线性能的预测和优化方案。

4、Lora 技术的天线应用案例

Lora 技术的天线设计与优化可以应用于多个场景，以下是一些典型案例:

4.1智能农业

Lora 技术的天线在智能农业领域的应用可以实现远程监测和精准农业管理。通过选择合适的天线类型和参数，可以实现长距离传输，覆盖农田和植物生长环境,并提供高质量的数据传输。

4.2智能城市

Lora 技术的天线在智能城市建设中起到重要作用。通过优化天线设计，可以实现覆盖广泛区域的城市感知和物联网设备连接。同时，天线的长距离传输特性也有助于解决城市中信号覆盖不均匀的问题。

4.3业物联网

在工业物联网应用中，Lora 技术的天线可以用于连接各种传感器和设备，实现智能化的监测和控制。通过优化天线设计和选择合适的天线类型，可以解决工厂环境中的信号干扰和传输距离限制的问题。

结论

Lora 技术的天线设计与优化是实现高性能、长距离通信的关键。通过选择合适的天线类型、优化布局和匹配电路，可以提高 Lora 技术的通信质量和覆盖范围。同时，测试和仿真工具的使用可以验证和优化天线设计方案。Lora 技术的天线应用案例覆盖了智能农业、智能城市和工业物联网等多个领域。随着物联网的不断发

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