天线介绍版本历史版本/状态责任人发布日期备注V1.0 张鑫2010年7月天线简介第一版目录一、基础知识 (4)1.1天线的定义 (4)1.2天线的原理 (4)1.3天线的基本参数 (5)1.3.1 谐振频率 (5)1.3.2 增益 (5)1.3.3 驻波比 (6)1.3.4 极化 (7)1.3.5 辐射方向图 (8)1.3.6 波瓣宽度 (9)1.3.7 天线类型 (9)二、天线的类型与选购 (11)2.1 全向天线 (11)2.1.1 普通全向天线 (11)2.1.2 室内吸顶天线 (11)2.2 定向天线 (12)2.2.1 平板定向天线（Patch Antenna） (12)2.2.2 八木天线（Yagi Antenna） (14)2.2.3 抛物面栅状天线（Grid Antenna） (15)2.3 天线配件 (15)2.3.1 接头 (16)注解：如何辨别天线接头的公母类型 (19)2.3.2 射频电缆 (20)2.3.3 其他配件 (21)2.4 法律法规 (22)三、无线传输 (23)3.1影响室内无线传输的因素 (23)3.2 室外传输和增益选择 (24)3.2.1 视距传输（Line of Sight Propagation） (24)3.2.2 自由空间路径损耗与传输距离 (25)3.2.3 衰落余量和距离计算 (25)3.2.4 Fresnel Zone (26)3.2.5 计算举例 (26)一、基础知识1.1天线的定义天线（Antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。
天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。
无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。
此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。
一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。
同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
这就是天线的互易定理。
1.2天线的原理当导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。
如图a所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图b、c所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。
必须指出，当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
1.3天线的基本参数1.3.1 谐振频率谐振频率与天线的电长度相关。
电长度通常是电线物理长度乘以自由空间中波传输速度与电线中速度之比。
天线的电长度通常由波长来表示。
天线一般在某一频率调谐，并在此谐振频率为中心的一段频带上有效。
但其它天线参数（尤其是辐射方向图和阻抗）随频率而变，比如同一款天线在2.4GHz和2.5GHz时的辐射方向图是有些许不同的。
波长、谐振频率的关系如下：天线还有一个和谐振频率有密切关系的参数叫带宽，代表了天线有效工作频率的范围，通常以其谐振频率为中心。
这也是我们常常可以看到某些无线局域网天线的工作频率表示为2.4GHz～2.5GHz的原因。
通常WLAN的工作频率在2.4GHz和5GHz两个频段。
所以我们用在这些无线设备上的天线都以这两个谐振频率附近为主。
另外也有一种宽频天线，指的是带宽特别大的天线，可以同时在多个频段工作，比如工作频率为800MHz~2.4GHz的天线，可用作GSM网络和WiFi网络的覆盖。
1.3.2 增益天线设计中，增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力的指标。
从理论的角度说，增益代表了在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。
实际使用中，我们更多地用增益表示天线功率放大倍数，数值越大表示射频信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。
增益的单位为dBi。
dBi和dB的计算方式一致Y为dBi数值，X为倍数，所以3dBi的天线大致将原信号放大了一倍。
理想情况下，增益和无线信号的发射功率的关系如下射频发射总功率（dBm）=射频信号发射功率（dBm）+天线增益（dBi）X= (10logX) dBm 例：1mW= 0dBm上式中X单位为mW（毫瓦）。
mW和dBm的对应表格如下。
比如我们有一个可拆天线的AP，其不带天线的射频信号功率是15dBm，那么我们配上一根5dBi的天线以后，该AP的发射总功率就可以达到20dBm，也就是100mW。
1.3.3 驻波比驻波比（SWR：Standing Wave Ratio）反映了天线各接口处与天线本身的阻抗匹配情形。
天线阻抗一般为50欧姆，当阻抗不能完全匹配时，电磁波的部分能量会反射回源，在馈线上形成一定的驻波，此时电波最大能量与最小能量比值就是驻波比。
不匹配时，发射机发射的电波将有一部分反射回来，在馈线中产生反射波，反射波到达发射机，最终产生为热量消耗掉。
接收时，也会因为不匹配，造成接收信号不好。
驻波比为1:1是理想情况。
1.5:1的驻波比在能耗较为关键的低能应用上被视为临界值。
而高达6:1的驻波比也可出现在相应的设备中。
极小化各处接口的阻抗差（阻抗匹配）将减小驻波比并极大化天线系统各部分之间的能量传输。
我们可以简单看一下驻波比和信号反射率的关系。
驻波比和反射率比如驻波比为1.5的天线，那么其96%的功率都有效的发射出去。
SWR还可以表示为ISWR（电流驻波比）、PSWR（功率驻波比）等。
通常我们用电压驻波比VSWR来表示天线系统的能量利用率。
其值和SWR相等，表达的是一个意思。
越低的VSWR代表了能量的泄漏、损耗越小，也就是说阻抗匹配程度越高。
高驻波比会导致馈线上电压及电流过高从而损坏器件。
所以一般的无线设备都会有一个最大VSWR值作为临界值。
1.3.4 极化所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
所以目前现有的天线产品多数是采用垂直极化的方式。
需要注意的是，垂直极化波只能用垂直极化的天线接收，用水平极化的天线接收效果会非常差。
所以我们平时放置天线的时候需要注意摆放的角度，如果垂直极化的天线被水平摆放，那么接收垂直极化波时会有很大的极化损失甚至极化隔离，影响性能。
理论上来说，如果极化方向偏离45度角时，极化损失在3dB左右；如果偏离90度角，那么衰减会增加至20dB甚至完全隔离。
随着新技术的发展，又出现了一种双极化天线。
双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，有效保证了天线接收的良好效果。
目前双极化天线广泛用于移动通信系统以及微波骨干传输系统中。
1.3.5 辐射方向图辐射方向图是天线发射或接收相对场强度的图形描述。
由于天线向三维空间辐射，需要数个图形来描述。
如果天线辐射相对某轴对称（如双极子天线、螺旋天线），则只需一张方向图。
无线设备只有在彼此的辐射磁场内才能相互收发信号，因此辐射方向图是一个重要参数。
不同的天线供应商/使用者对于方向图有着不同的标准和制图格式。
如下图是一款全向天线的辐射图。
上图左边是水平方向(Azimuth)的辐射图，右边是垂直方向(Elevation)的辐射图。
读图时我们可以把水平方向图看作是为俯视图，观察天线在水平方向的辐射情况，于是我们可见它是一个360度的全方向辐射；然后在用垂直辐射图观察它的竖向剖面，可以了解其覆盖范围大致是从中心向上下两个方向延伸的覆盖。
辐射图的‘坐标’是由一系列角度和dB 的刻度线组成。
辐射图和‘坐标’交界处我们可以沿着圆周读出该点辐射的强度，刻度0dB表示场强最强，从外到里依次衰减。
从垂直辐射图看出，垂直于天线的辐射的角度在90度和270度左右时最强，角度越平行于天线（即与天线夹角越接近）其强度越小，因此我们在摆放全向天线时应该注意让天线的中心部分对准需要接收信号的无线设备，和其处在同一水平面上。
1.3.6 波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射方向图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度。
如果说天线的辐射图度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，波瓣宽度则是对天线辐射的宏观体现。
对于全向天线，我们关注的是垂直波瓣宽度角，因为其水平方向波瓣宽度均为360°。
波瓣宽度反映了天线所能覆盖的范围大小，可以给我们在计算覆盖时做一个参考，大致估计天线的覆盖能力。
在远距离传输系统中，天线的波瓣宽度会决定工程架设的难度，覆盖的范围等因素。
上图为某垂直波瓣宽度为36°的全向天线辐射示意图。
天线辐射功率减半时换算成分贝为-3dB，此时的辐射角度对应了波瓣宽度，常作为判断天线辐射覆盖的主要依据。
所以对于此款天线36°角以外的辐射就忽略不计了，这样更有助于我们观察天线覆盖。
在垂直角36°的扇形区域内，该天线都能达到良好的覆盖，实际使用中，天线还会有自带或者人为调整的下倾角，以达到充分利用辐射的最佳覆盖效果。
1.3.7 天线类型从传播方向的角度说，天线可以分为全向天线和定向天线。
全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下增益越大波瓣宽度越小。
上图是两款全向天线的垂直辐射图。
可以看到左图辐射范围相对较小，能量较集；中右图其辐射范围比较大，能量比较分散。
所以我们可以得出左图的全向天线增益比较大。
定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。
简单说下电磁波定向的方法。
如图6可见，我们在辐射源一边放上一块平板反射板，原先朝各个方向辐射的辐射源就会受到反射板影响，朝一个方向反射电磁波。
这就是平板定向天线的实现原理。
平板天线原理二、天线的类型与选购2.1 全向天线现有的全向天线外形一般是柱状，也叫半波双极子天线（dipole）。
相应的产品分室内和室外两种，最主要区别在增益的大小。
如果单是从增加覆盖的角度考虑，可以选用全向天线，因为不需要顾及天线的摆放、角度等问题，附带的延长线对一般用户来说非常方便，可以自由地放在桌面任何角落。
