如同電燈泡將電能轉換為光波，小提琴將位能（力量）轉換為聲波，天線(xiàn)是將射頻“電能”轉換為電磁波的器件。一個(gè)完美的天線(xiàn)應至少有其設計在發(fā)射電波頻率的1/2波長(cháng)，就如同琴弦的道理一樣。

 

通用的天線(xiàn)原理是：導線(xiàn)上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射。若兩導線(xiàn)的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導線(xiàn)之間，輻射很弱；將兩導線(xiàn)張開(kāi)電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，輻射增強。

 

 

以偶極天線(xiàn)（園棍式的全向天線(xiàn)）為例，結構大都為兩個(gè)1/4波長(cháng)電線(xiàn)或鋼、鋁管組成的直條形，構成了一個(gè)1/2波長(cháng)的半波振子。

 

 

 

其腹部四周產(chǎn)生電磁波，但天線(xiàn)的兩個(gè)頂端則幾乎不會(huì )產(chǎn)生電波。因此，我們看到一個(gè)單一的半波振子具有“面包圈” 形的輻射方向圖。

 

 

 

偶極天線(xiàn)通常用來(lái)做參考天線(xiàn)，其增益被定義為"1"，又稱(chēng)為"0dB"，假如將2支偶極天線(xiàn)巧妙安排，又能不互相影響，并將電能先后經(jīng)過(guò)2支天線(xiàn)，則理論上將會(huì )使某一個(gè)小角度內的電波強度提高2倍，即 "3dB"。

 

依此類(lèi)推，如果我們把多節偶極天線(xiàn)上下排列，就可將電波強度一直提高，通?？稍?0dB以下，但總能量并沒(méi)有增多或減少，只是其它角度的電波將消失而集中于更窄的角度。

 

 

此刻你想到了什么？八木天線(xiàn)，也叫排骨天線(xiàn)。

 

 

增益的定義是：指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線(xiàn)與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場(chǎng)強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線(xiàn)方向圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、旁瓣越小，增益越高。

 

 

我們經(jīng)?？吹接胐Bi來(lái)表示天線(xiàn)的增益，因此需要理解dBi的含義。

 

如上圖所示，虛線(xiàn)為 "點(diǎn)" 輻射源，代表一個(gè)理論上存在但實(shí)際做不到的理想球體，它的電波向四面八方平均發(fā)射而形成一個(gè)球狀。在相同功率下，在任意方向，它的電波強度均為偶極天線(xiàn)的0.6倍，即 "-2.15dB"，換句話(huà)說(shuō)，如果理想點(diǎn)發(fā)射源被定義為 “1”，即 "0 dB"，則偶極天線(xiàn)腹部電場(chǎng)強度最高點(diǎn)為其1.6倍，即 “2.15dB"。為免混淆，通常寫(xiě)成 "2.15dBi"，這里的 "i" 代表球體發(fā)射為基準。“i”表示isotropic，即各向同性。

 

 

所以，一支增益為 2.15dBi 的天線(xiàn)就是增益為0dB的天線(xiàn)，也就是無(wú)增益的普通天線(xiàn)。

 

 

方向圖比較：

 

 

下面這個(gè)3D打印的天線(xiàn)輻射模型，鵝妹子嚶，是不是有想一口吃掉的沖動(dòng)？

 

 

下圖是模型，放在辦公室作擺件一定是極好的。

 

 

天線(xiàn)輻射方向圖一般為三維輻射立體圖，用來(lái)表述天線(xiàn)在空間各個(gè)方向上所具有的發(fā)射和接收電磁波的能力。

 

 

實(shí)際評判中將其轉化成的二維平面圖形，即水平面方向圖及垂直面方向圖。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

…

 

 

 

天線(xiàn)有兩種調下傾角方法：機械俯仰角和電調俯仰角。

 

 

電調：通過(guò)改變饋入各振子的信號相位來(lái)改變天線(xiàn)主瓣的下傾角度。

 

 

電調俯仰角的優(yōu)點(diǎn)是方向圖不會(huì )明顯變形。

 

 

天線(xiàn)主要由四部分組成：輻射單元（天線(xiàn)單元）、反射板（底板）、功率分配網(wǎng)絡(luò )（饋電網(wǎng)絡(luò )）和封裝防護（天線(xiàn)罩）。

 

 

 

對于定向天線(xiàn)，輻射單元固定在反射板上，反射板把輻射控制到單側方向，將平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區覆蓋天線(xiàn)。

 

通常輻射單元包括半波振子、微帶貼片和背腔縫隙式三種類(lèi)型。

 

 

 

 

多頻段天線(xiàn)具有獨立的饋電網(wǎng)絡(luò )和獨立的輻射單元列。

 

 

 

從2G到4G，移動(dòng)基站天線(xiàn)經(jīng)歷了全向天線(xiàn)、定向單極化天線(xiàn)、定向雙極化天線(xiàn)、電調單極化天線(xiàn)、電調雙極化天線(xiàn)、雙頻電調雙極化到多頻雙極化天線(xiàn)，以及MIMO天線(xiàn)、有源天線(xiàn)等過(guò)程。

 

隨著(zhù)5G時(shí)代到來(lái)，毫米波、massive mimo引入，天線(xiàn)的工作模式將發(fā)生質(zhì)的變化。

 

簡(jiǎn)單對比4G和5G的天線(xiàn)輻射模型...

 

 

由于5G工作于高頻段，信號容易衰減，因此需要采用波束賦形的辦法，即大規模多天線(xiàn)系統控制每一個(gè)天線(xiàn)單元的發(fā)射（或接收）信號的相位和信號幅度，產(chǎn)生多束具有高度指向性的窄波束，使得信號能量集中，提升增益，來(lái)補償無(wú)線(xiàn)傳播損耗，且可降低干擾。

 

 

▲控制相位產(chǎn)生靈活的指向波束

 

且還會(huì )采用波束跟蹤技術(shù)，以解決“切換”問(wèn)題，使終端保持不間斷的移動(dòng)性連接。就像是為終端用戶(hù)“定制”信號一樣。

 

 

天線(xiàn)的尺寸通常與頻率有關(guān)，所以，你看到3G天線(xiàn)比2G?。?G工作頻段低于3G）。到了5G時(shí)代，天線(xiàn)也將越來(lái)越小。

 

 

19世紀末期，全球不過(guò)只有幾根天線(xiàn)，僅用于電磁波實(shí)驗。到了第二次世界大戰時(shí)期，天線(xiàn)分布普遍，主要用于廣播、電視信號傳播，不過(guò)也無(wú)非最多是一戶(hù)家庭安裝一根天線(xiàn)。

 

到了21世紀初期，移動(dòng)通信和手機興起，天線(xiàn)爆發(fā)增長(cháng)，每一個(gè)人都至少有一部手機，每一個(gè)人都自帶一根或多根天線(xiàn)。

 

然而，這一增長(cháng)速度并不會(huì )減慢。

 

5G來(lái)了，萬(wàn)物互聯(lián)。以后我們將看到世界上的每一件物都將自帶天線(xiàn)，汽車(chē)、機械手、冰箱、水表... 天線(xiàn)無(wú)處不在。