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天线部分一、天线理论知识天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。
所以我们必须全面了解天线。
1、天线的方位图：方位图是天线电气性能的最重要指标它直接全面的反映出天线的辐射特性。
定义：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。
由于电磁场的矢量特征包含了幅度、相位、极化方向等信息，因此，对应有：幅度方向图、相位方向图。
而电磁场的幅度可用场强和功率密度表示，所以，幅度方向图又分为场强方向图和功率方向图。
除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。
根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。
通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。
当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。
E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。
为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。
2、波瓣：零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向之间的夹角。
副瓣电平：在E面或H面的等距线上，副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。
后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。
前后比：等距线上，主瓣功率密度最大值和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（FirstUpper Side Lobe Suppression ）。
超详细的天线知识（此篇足矣，收藏）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。
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。
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。
一、移动基站天线的发展史从2G到4G，移动基站天线经历了全向天线、定向单极化天线、定向双极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、双频电调双极化到多频双极化天线，以及MIMO天线、有源天线等过程。
而随着4G和5G时代的到来，BBU和RRH分离，Massive MIMO技术的引入，总的来说，基站天线的发展出现了三个趋势：•1）无源天线向有源天线发展•2）光纤替代馈线•3）RRH和天线部分集成从另一个视角看，阵列天线、多频段天线、多波束天线构成了基站天线发展的“魔术三角”。
Massive MIMO基站端装备大规模天线阵列，利用多根天线形成的空间自由度及有效的多径分量，提高系统的频谱利用效率。
▲华为Massive MIMO天线▲中兴Massive MIMO天线多波束天线运用多波束天线使扇区分裂来提升容量，比如2 x 9 x 6°的18波束天线。
2G到4G基站天线发展2G/3G时代，天线多为2端口。
▲GSM天线▲CDMA天线▲LTE-FDD 独立2端口天线（2T2R）到了4G时代，随着MIMO技术、多频段天线的大量使用，我们看到，铁塔上天线就像是长出了大胡子。
带你了解天线的特性今天给大家介绍一下天线方面的基本知识，使大家对天线有初步的了解。
下面先来了解几个概念。
共振：任何天线都谐振在一定的频率上，我们要接收哪个频率的信号，就希望天线谐振在那个频率上。
天线谐振是对天线最基本的要求，要不然，就没那么多讲究了，随便扔根线出去不也是天线嘛。
天线的谐振问题涉及到的主要数据是波长及其四分之一。
计算波长的公式很简单，300/f。
其中f的单位是MHz，而得到的结果的单位是米。
1/4波长是称作基本振子，如偶极天线是一对基本振子，垂直天线是一根基本振子。
不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长，因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一个缩短因子。
这个因子取决于材料。
带宽：这也是一个重要但容易被忽略的问题。
天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，这付天线的性能都是差不多好的。
这个范围就是带宽。
我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围，最好是我们所收听的整个FM广播波段。
要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。
天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。
一般来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。
阻抗：天线可以看做是一个谐振回路。
一个谐振回路当然有其阻抗。
我们对阻抗的要求就是匹配：和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。
和天线相连的是馈线，馈线的阻抗是确定的，所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。
一般生产的馈线，主要是300欧姆、75欧姆和50欧姆三种阻抗，国外过去还有450欧姆和600欧姆阻抗的馈线。
基本偶极天线的阻抗是75欧姆左右，V型偶极天线是50欧姆左右，基本垂直天线阻抗 50欧姆。
其他天线一般阻抗都不是50或75欧姆，那么在把它们与馈线连接之前，需要有一定的手段来做阻抗变换。
平衡：对称的天线是平衡的，如偶极天线、八木天线，而同轴电缆是不平衡的，把这两者连接起来，就需要解决平衡不平衡转换的问题。
带你了解天线的特性今天给大家介绍一下天线方面的基本知识，使大家对天线有初步的了解。
下面先来了解几个概念。
共振：任何天线都谐振在一定的频率上，我们要接收哪个频率的信号，就希望天线谐振在那个频率上。
天线谐振是对天线最基本的要求，要不然，就没那么多讲究了，随便扔根线出去不也是天线嘛。
天线的谐振问题涉及到的主要数据是波长及其四分之一。
计算波长的公式很简单，300/f。
其中f的单位是MHz，而得到的结果的单位是米。
1/4波长是称作基本振子，如偶极天线是一对基本振子，垂直天线是一根基本振子。
不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长，因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一个缩短因子。
这个因子取决于材料。
带宽：这也是一个重要但容易被忽略的问题。
天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，这付天线的性能都是差不多好的。
这个范围就是带宽。
我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围，最好是我们所收听的整个FM广播波段。
要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。
天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。
一般来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。
阻抗：天线可以看做是一个谐振回路。
一个谐振回路当然有其阻抗。
我们对阻抗的要求就是匹配：和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。
和天线相连的是馈线，馈线的阻抗是确定的，所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。
一般生产的馈线，主要是300欧姆、75欧姆和50欧姆三种阻抗，国外过去还有450欧姆和600欧姆阻抗的馈线。
基本偶极天线的阻抗是75欧姆左右，V型偶极天线是50欧姆左右，基本垂直天线阻抗 50欧姆。
其他天线一般阻抗都不是50或75欧姆，那么在把它们与馈线连接之前，需要有一定的手段来做阻抗变换。
平衡：对称的天线是平衡的，如偶极天线、八木天线，而同轴电缆是不平衡的，把这两者连接起来，就需要解决平衡不平衡转换的问题。
增益：天线是无源器件，但是天线是可以有增益的。
这个增益当然是相对增益，是相对于基本偶极天线而言的。
FM DX所用的天线，当然希望增益越高越好。
不过别忘了，增益高往往伴随着带宽窄。
方向性：不是所有的天线都有方向性的。
便携式收音机上的拉杆天线就没有方向性。
偶极天线有弱的方向性，八木等定向天线可以得到较好的方向性。
好的方向性意外着能够集中收集所需方向的电波，还有一个重要的能力就是能部分地减弱本地电台信号的影响。
但是定向天线并不是什么情况下都好。
当没有目标而等待的时候，定向天线就有可能使你错过天线背面的信号。
所以比较合理的方式，是用一个垂直天线和一付定向天线配合使用，用垂直天线等待，听到信号后，再用定向天线转过去对准了听。
仰角：天线的仰角是指电波的仰角，而并不是天线振子本身机械上的仰角。
仰角反映了天线接收哪个高度角来的电波最强。
对于F层传播，我们希望仰角低，可以传播地远，对于 Es层，电波主要是从高处来，我们希望仰角高。
仰角的高低取决于天线型式和架设高度。
一般来说，垂直天线具有低仰角，其他天线的仰角随架设高度变化。
架设高度：天线有一个架设高度。
这个高度实际上是两个高度，一个高度我们考虑它的水平面高度，这个高度对于本地信号有些用，对于DX其实用处不大。
第二个常常被忽略的高度是地面高度，是指天线到电气地面的高度。
比如架设在钢筋水泥房顶的天线，虽然房子高有20米，但是天线距房顶只有1米，那么这付天线的高度只是1米。
天线的高度对不同的天线有不同的影响，一般会影响天线的阻抗和仰角。
通常我们认为天线的地面高度应在0.4个波长以上，才比较不受地面的影响。
驻波比：最后介绍这个最不被中国的爱好者熟悉的特征。
驻波比反映了天馈系统的匹配情况。
它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量的比来衡量天线性能的。
驻波比是由天馈系统的阻抗决定的。
天线的阻抗与馈线的阻抗与接收机的阻抗一致，驻波比就小。
驻波比高的天馈系统，信号在馈线中的损失很大。
天调的作用：1、匹配阻抗，使天线系统（天调+天线）对于发射机来说是阻抗匹配，这样才能让天线系统中的天线电缆部分辐射效率最高2、谐振天线，按照电磁理论来讲天线阻抗Z=R+jX，当Ｘ＝０时视为天线谐振。
不自然谐振的天线使用天调后，天调通过加感或加容，使得Z=R+jX中Ｘ＝０。
3、加天调后的天线相对于自然谐振天线的电效率问题，将天线调谐到相对于发射机来说是阻抗匹配，靠的是天调内部的LC网络，有很大一部分功率在天调的L、C内“吞吐”，不辐射电磁波。
由于L、C不是理想元件，会消耗一部分能量，因此天线越不自然谐振（特别是等效辐射电阻偏离50欧越远），加天调后的电效率就越低。
1.1 天线的作用无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
*电磁波的辐射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1.1 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1.1 b 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。
1.2 对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
两臂长度相等的振子叫做对称振子。
每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子，见图1.2a 。
另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子，见图1.2 b。
1.4 天线的极化天线向周围空间辐射电磁波。
电磁波由电场和磁场构成。
人们规定：电场的方向就是天线极化方向。
一般使用的天线为单极化的。
下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化---是最常用的；水平极化---也是要被用到的。
1.4.1 双极化天线下图示出了另两种单极化的情况：+45°极化与-45°极化，它们仅仅在特殊场合下使用。
这样，共有四种单极化了，见下图。
把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把+45°极化和-45°极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线---双极化天线。
下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头。
双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波。
1.4.2 极化损失垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。
右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。
例如：当用+ 45°极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收+45°极化或-45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。
用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失------只能接收到来波的一半能量。
当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
1.4.3 极化隔离理想的极化完全隔离是没有的。
馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。
例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为10mW。
1.5 天线的输入阻抗Zin定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。
输入阻抗具有电阻分量Rin 和电抗分量Xin ，即Zin = Rin + j Xin 。
电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。
事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。
输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线，其输入阻抗为Zin = 73.1＋ｊ42.5 （欧）。
当把其长度缩短（３～５）％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为Zin = 73.1 （欧），（标称75 欧）。
注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。
顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即Zin = 280（欧），（标称300 欧）。
有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 欧------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。
1.6 天线的工作频率范围（频带宽度）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（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义------一种是指：在驻波比SWR ≤1.5 条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降3 分贝范围内的频带宽度。
在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过1.5 时，天线的工作频率范围。
一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上，天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。
1.7.1 板状天线无论是GSM 还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。
这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。
