5-天线原理及选型

完整版天线基本原理天线是一种将电磁场能量转换成电信号或者将电信号转换成电磁场能量的无线通信线路组件。

它是无线通信系统的重要组成部分，通过接收和发射电磁波，将信息传递至接收器或者环境中。

1.天线的基本原理天线的基本原理是根据远离电流源的点的法向辐射电场的方向来确定。

当电流通过导线时，会在其周围产生电磁场。

这个电磁场包含自电场和磁场两部分。

2.天线的结构天线的常见结构包括金属导线、金属片和金属网格等。

导线型天线广泛应用于各种通信系统中，如普通天线、微带天线、螺旋天线等。

导线型天线通常由金属材料制造，包括铜、铝和银等。

导线的长度和形状会影响天线的工作频率和辐射模式。

3.天线的工作原理天线的工作原理可以简单描述为接收和发射电磁场能量。

当电磁波到达天线时，它们会在导线上引起电磁感应现象，导致电子在导线中运动，进而形成感应电流和电磁场。

接收天线将电磁波转化为电信号，通过连接到接收器或接收电路的导线将信号传递给接收器，然后接收器将其转化为有用的信息。

发射天线接收到电信号后，将其转化为电磁波，并通过导线发射出去。

4.天线的工作频率和辐射模式天线的工作频率是天线接收和发射电磁信号的频率范围。

不同类型的天线对应不同的工作频率范围。

天线的长度和形状会影响天线的共振频率。

天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射能力，它受到天线的结构和工作频率的影响。

辐射模式通常用辐射图来表示，辐射图描述了天线在各个方向上的辐射能力。

5.天线的增益和效率天线的增益是指天线在一些方向上辐射能量的能力，与参考天线（理想天线）相比较。

增益越大，则天线在特定方向上的辐射能力越好。

天线的效率是指天线将输入能量转换为输出能量的比率。

天线的效率受到天线材料、结构和工作频率的影响。

提高天线效率的方法包括减少导线损耗、减少表面反射损耗等。

6.天线的常见类型常见的天线类型包括偶极子天线、螺旋天线、微带天线、天线阵列等。

偶极子天线是最常见和最简单的天线，它由两个导线构成，用于发射和接收电磁波。

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal HUAWEI Confidentiall学习完此课程，您将会：[掌握天线的作用、基本原理、常见分类、主要技术指标，从而指导如何进行典型场景下的天线选型。

1.1天线的作用1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.1天线作用l把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间l收集无线电波并产生电信号天线的位置和作用基站天馈系统示意图1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.2天线工作原理l导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关；l当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。

通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。

1.2天线工作原理l 两臂长度相等的振子叫做对称振子l 每臂长度为四分之一波长，称为半波振子l 全长与波长相等的振子，称为全波对称振子l 将振子折合起来的，称为折合振子1.2天线工作原理1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.3天线工作带宽l无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的。

通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。

l天线工作带宽有几种不同的定义：[一种是指天线增益下降3dB时的频带宽度；[一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度;l在移动通信系统中天线工作带宽是按后一种定义的。

具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。

1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.4天线极化l天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向垂直极化水平极化+ 45度倾斜的极化- 45度倾斜的极化双极化天线l两个天线为一个整体l传输两个独立的波V/H (垂直/水平)倾斜 (+/- 45°)极化损失l当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生3dB的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；l当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。

5g大规模天线原理5G大规模天线原理近年来，随着移动通信技术的飞速发展，5G成为了业界的热门话题。

5G的引入将带来巨大的变革，其中一个关键技术就是大规模天线。

本文将介绍5G大规模天线的原理及其在通信领域的应用。

大规模天线是指具有大量天线元素的天线系统，它可以同时与多个用户进行通信。

相比传统的小规模天线系统，大规模天线系统拥有更高的发射功率和更广的覆盖范围，能够实现更快的数据传输速度和更低的时延。

大规模天线的原理主要基于波束赋形技术。

波束赋形是通过控制每个天线元素的相位和幅度，使得天线系统能够形成一个或多个指向特定方向的波束，从而实现对特定用户的信号聚焦。

这种聚焦效果可以增强信号的强度，提高信号质量，从而提升通信的速率和可靠性。

在大规模天线系统中，天线元素的数量通常达到几十甚至上百个，这些天线元素被布置在基站或终端设备的天线阵列中。

通过对每个天线元素的相位和幅度进行精确控制，可以实现对不同方向的波束赋形。

这样一来，基站可以同时与多个用户进行通信，每个用户都可以获得高质量的信号。

大规模天线的应用非常广泛。

首先，它可以显著提升移动通信的速率和容量。

通过使用大规模天线，移动网络可以同时为多个用户提供高速的数据传输，解决了传统小规模天线系统在高密度用户场景下容量不足的问题。

其次，大规模天线可以提高通信的可靠性和覆盖范围。

由于波束赋形技术的应用，大规模天线系统可以将信号聚焦在特定的区域，减少了信号传播过程中的衰减和干扰，提高了通信的可靠性。

此外，大规模天线还可以应用于物联网、智能交通等领域，为各种应用场景提供更稳定、高效的通信服务。

5G大规模天线是一项重要的技术创新，它将为移动通信带来巨大的变革。

通过波束赋形技术，大规模天线系统能够实现对特定方向的波束聚焦，提高信号质量和通信速率。

大规模天线的应用范围广泛，可以提升移动通信的速率、容量、可靠性和覆盖范围，为各种应用场景提供更好的通信服务。

随着5G的普及，大规模天线将成为移动通信网络的重要组成部分，推动数字化社会的发展。

天线基本原理
天线基本原理是指利用特定的结构和材料，将电能转换为电磁波能量或者将电磁波能量转换为电能的装置。

天线主要由导体构成，其长度和形状与所接收或发射的电磁波的频率密切相关。

天线的基本原理可以用以下几个方面来描述：
1. 辐射原理：在接收模式下，天线通过感应来接收电磁波，并将其转换为电信号；而在发射模式下，电信号通过天线转换为电磁波并辐射出去。

2. 感应原理：天线通过电磁感应的原理来接收电磁波。

当电磁波通过天线时，产生在导体上的电势差和电流，从而实现将电磁波转化为电信号。

3. 辐射模式：天线的辐射模式取决于其结构和形状。

不同结构和形状的天线在空间中会形成不同的辐射图案，这决定了其方向性、增益和频率响应等特性。

4. 驻波原理：天线长度与电磁波的波长密切相关。

当天线长度与频率匹配时，电磁波将会在天线内部产生驻波，从而实现能量的传输。

5. 阻抗匹配：在天线系统中，为了最大化能量传输效率，需要实现发射源和天线之间的阻抗匹配。

阻抗不匹配会导致能量反射和损失。

通过对天线的基本原理的了解，人们可以设计和优化天线以满足特定的通信需求。

天线在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域中发挥着重要的作用。

5g基站天线设计的原理
5G基站天线设计的原理主要包括以下几个方面：
1. 天线阵列设计：5G基站通常采用天线阵列来实现波束赋形
技术，通过将多个单天线组合在一起形成阵列，可以实现更加精确的信号传输和接收。

天线阵列可以采用线性阵列、面阵列或者体阵列的形式。

2. 波束赋形技术：波束赋形是5G通信中的关键技术之一，通
过调整天线阵列中各个天线的相位和幅度，使得发射信号集中在特定方向形成指向性波束，从而实现更高的传输速率和更远的通信距离。

3. 天线极化设计：根据信号传输特点和环境需求，天线的极化方式可以选择垂直极化、水平极化或者圆极化。

不同的极化方式对信号的传输和接收性能有不同的影响，在设计中需要考虑到实际应用环境和信号传输要求。

4. 多输入多输出（MIMO）技术：5G基站通常采用MIMO技
术来提高信号传输和接收的效果。

MIMO技术利用多个天线
进行信号传输和接收，通过改变不同天线之间的相位和幅度，可以实现空间上的多样性，提高信号的可靠性和容量。

5. 特殊天线设计：为了应对不同的通信需求和环境条件，还可以采用一些特殊的天线设计。

例如，室内基站可以采用小型化的天线设计，以适应有限的空间；车载基站可以采用车辆天线，以实现在移动状态下的稳定通信等。

综上所述，5G基站天线设计的原理主要包括天线阵列设计、波束赋形技术、天线极化设计、MIMO技术以及特殊天线设计等。

这些原理的应用可以提高5G通信的速率、距离和稳定性，以满足不同应用场景的需求。

面向5G 的大规模MIMO 天线的波束规划及天线选型探讨吕智煊（中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623）摘　要　大规模MIMO天线技术作为5G技术的关键，在解决超高容量和多用户连接的问题上极具优势。

天线的实际增益效果与多波束的管理和天线的选型紧密相关。

基于此，本文首先阐述了大规模MIMO天线的波束形成技术，提出了不同场景下的多套波束规划方案，并进一步地对不同覆盖场景给出天线选型建议，为5G的网络设计与建设提供切实可行的参考依据。

关键词　5G；MIMO；波束形成；波束规划；覆盖场景中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2020）09-0087-06收稿日期：2020-04-27大规模MIMO 技术在解决高容量和多连接问题上极具优势。

5G 无线网络融合了多天线系统和大规模多输入多输出（Massive MIMO）技术，利用多天线信道的高空间自由度，实现无线系统容量和频谱效率的提升。

大规模的天线阵列、动态的多波束赋形和复杂多样的场景应用，使得多天线系统的波束管理和多场景覆盖下的天线选型成为推动5G 通信技术发展的关键。

基于以上背景分析，本文展开了大规模MIMO 天线的波束规划及天线选型探讨。

1 大规模MIMO 天线的波束形成技术在大规模MIMO 天线中运用波束形成技术，可对天线赋形出不同指向不同增益的窄波束，按需在水平和垂直方向上精准覆盖，具备三维立体的覆盖能力。

大规模MIMO 天线的波束按其工作模式可分为广播波束和业务波束，二者的波束形成方式有所不一，本节将对波束形成原理、广播和业务波束的波束形成技术逐一讨论。

1.1 二维面阵的波束形成原理大规模MIMO 作为5G 主要特性之一，通过波束形成技术形成按需指向的波束。

波束形成技术是基于天线阵列的信号预处理技术，通过调整阵列各单元信号的权值（幅度和相位值）以此产生期望指向的波束，从而实现该指向上的最大阵列增益。

天线的工作原理
天线是一种用来接收或发送电磁波的装置，它的工作原理基于电磁场的相互作用。

当电磁波通过天线时，它会引起天线中的自由电荷的振荡，而这些自由电荷的振荡会产生电压和电流。

天线的基本原理可以通过霍尔效应来理解。

霍尔效应是指当导体在磁场中运动时，导体中的自由电荷会受到洛伦兹力的作用，这会导致电荷在导体中的重新分布，进而产生电压。

同样，当电磁波通过天线引起导体中的自由电荷的振荡时，也会产生电压。

天线的工作原理还与天线的结构有关。

常见的天线结构包括直线天线、环形天线、螺旋天线等。

这些不同结构的天线在接收或发送电磁波时，会有不同的电场和磁场分布。

在接收电磁波时，天线会将电磁波中的能量转换成电信号。

当电磁波通过天线时，它会引起天线中的自由电荷的振荡，进而产生电压。

这个电压会经过放大和处理，最终被转换成可被接收设备识别的信号。

在发送电磁波时，天线会将电信号转换成电磁波。

电信号经过放大和处理后，会加在天线上。

这会导致天线中的自由电荷振荡，进而产生电磁场。

这个电磁场会以电磁波的形式传播出去。

需要注意的是，天线的工作原理与电磁波的频率有关。

天线的长度或结构需要与电磁波的波长相匹配，才能实现有效的能量
转换。

因此，不同波长的电磁波需要使用不同类型或长度的天线。

天线工作原理与主要参数一、天线工作原理与主要参数<BR>天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。

合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。

(一)天线的作用<BR>各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。

任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。

所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。

当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。

例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。

但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。

只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。

天线的另一个作用是”能量转换”。

大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。

反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。

显然这里有一个转换效率问题。

天线增益越高，则转换效率就越高。

(二)天线的分类<BR>天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。

此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。

<BR>为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。

线状天线主要用于长、中、短波频段，面状天线主要用于厘米或毫米波频段；甚高频段一般以线状天线为主，而特高频段则线、面状天线兼用。