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XBee无线模块拉距测试和天线选型

无线 peyoot 7个月前 (08-04) 508次浏览 0个评论

Digi 的XBee无线模块有三种封装,XBee邮票孔和XBee双列直插和 Micro XBee邮票孔。事实上,同一系列的XBee尽管封装不同,但内部支持的协议,API模式和接口的电气特性都是完全一样的,也就是不同封装的XBee,只要协议相同就可互相通信,使用相同的单片机程序。

 

 

 

 

XBee有多种型号,分别对应不同的天线接口。Digi的板载天线型号模块一般适用于300米以内的通讯场景,在障碍物较多,电磁环境比较恶劣的情况下,如果需要获取更远的通信距离,一般需要使用外置天线。最常用的外置天线接口一般是 u.FL和RPSMA两种。值得注意的是,在Digi的产品的天线接口中,除了 LTE蜂窝模块是RPSMA(孔)外,其余的无线模块大多是 RPSMA(针),因此 Digi模块是针时,对应的天线或线缆的接头则应该是孔,请注意根据所用模块选择配套的天线或连接线缆。

XBee无线模块按工作频率也可分为三类:2.4G,Sub-G,LTE。LTE无线模块的频段是根据3gpp的标准按区域划分,一般主要针对出口的运营商和需要全球认证的项目,用户可以免除全球不同国家和地区的认证以及运营商认证。

Sub-G频段是指在1GHz以下的免执照频段,一般有900MHz和868MHz两种。北美,南美,东亚,澳洲分别有各自的 900MHz附近的免执照频段,而 868MHz主要是欧洲使用。Sub-G频段的模块,因为国内存在较多的NBIOT基站和地铁GSMR干扰,因此不同时间和不同地点,测试出的通信距离差异很大。总的来说,900MHz的产品比较适合野外使用,或是高空使用。在那些没有基站信号的地方能表现出非常好的长距离特性,在一些基站附近测得的数据,低功率的900MHz短距模块有时还不如2.4G模块。这并不是模块本身的问题,而是接近基站的900MHz谐波噪声很大,虽然信号在灵敏度范围内,但干扰的背景噪声能量比它还要高。因此对距离有要求时,900MHz频段应尽量选择发射功率较大的型号或是将空中波特率调整为较低的空速,以实现更远的传输。

2.4G则是全球的免执照频段,全球均可使用,但不同国家和地区可能有功率上的限制。此外2.4G一般采用扩频的方式工作在 802.15.4信道上,在某些地方可能受带WiFi的干扰而影响距离和通信效率,一般可以利用XBee内置的频谱扫描功能来自主选择干净的信道组网。

Digi的XBee模块在市面上同类产品中,除了稳定性和可靠性最受推崇外,在距离测试中一般都比竞争对手的产品略胜一筹。户外测试需要注意避免模块自身以外的因素造成的测试结果不理想。

拉距测试的最佳实践:

1、使用正确的模块并且正确配置

在允许的条件下,用户应尽可能使用增强型的XBee模块,以便实现更远的通信距离。通常不建议使用广播模式来进行距离测试,所以测试之前需要把模块配置成对发模式。为了方便观察,可先使用透传模式,并在实验室内配置好,使其能正确相互通信。对于2.4G模块,对于ZigBee模块,在测试现场还需重新配置一下,一般需要进行一下退网 (ATNR0),以便协调器能重扫描一下周围环境,在比较干净的信道上重新建立网络。同时另一个测试模块也需在同一个地方进行退网重新加入到协调器新建的网络中,然后再拉开距离测试。Digimesh和802.15.4模块,在指定信道时,最好利用XCTU或AT指令做多次频谱能量扫描,并挑选干扰较少的信道进行通信。

虽然XCTU中可以用回环模式进行距离测试,但这种方式往往和实际应用时的数据模型不同,因此一般建议两端各用一台笔记本电脑,参考实际应用的数据模型进行双向通信验证。

2、使用合适的天线和测试工具

对于使用外置天线的型号,天线成为影响测试距离的关键因素。天线和射频线缆在整个无线方案中也起着非常重要的作用。尽管天线增益是一个重要指标,但实际拉距测试时,增益越大并不一定能测试出更好的效果。由于天线生产工艺的一致性,使用材料和接口引入的插入损耗等因素,在实际使用过程中,应该以实际测试结果来判断天线的优劣,同时避免使用劣质的馈线或是连接器,通过合适的天线和馈线进行测试验证后,再根据项目需求寻找合格的天线供应商。

下面列出一些经过测试和验证效果较好的天线配件作为参考:

2.4G

  • L-com 5dBi全向棒状2.4G天线:HG2405RD-RSP
  • Palfort 8dBi全向带磁吸底座2.4G天线:  PT24-FS08-R1M-M10
  • Digi 2.1dB 全向棒状2.4G天线(RPSMA):A24-HASM-450

900MHz

  • L-com 5dBi全向棒状900MHz天线:HG905RD-RSP
  • Digi 2.1dBi全向棒状900MHz天线:A09-HASM-675

 


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