[4G5G专题-67]：RF层 - 天线常见指标与选型
目錄
第1章 天線的電氣指標概述
第2章?天線的頻率范圍
第3章 天線的極化方向
第4章 天線的方向圖
4.1 方向圖概述
4.2 方向圖案例
4.3 水平與垂直方向圖解析
第5章 天線的增益
5.1 天線增益概述
5.2 DB的含義
第6章 前后比
第7章 波瓣或波束寬度或半波束角
第8章 天線下傾角
第9章駐波比
第10章 天線互調
第11章 天線的機械指標
第12章 天線的選型
12.1 密集城區
12.2 郊區
12.3 農村
12.4 公路
12.5 山區
12. 6 海面
12.7 隧道
?12.8 室內
第1章 天線的電氣指標概述
- 天線的頻率范圍
- 天線的極化方向
- 天線的增益
- 天線的半功率角
- 天線的預置的電下傾角度
- 前后比
- 駐波比
- 最大輸入功率（超出最大功率時容易破壞天線）
第2章?天線的頻率范圍
天線的頻率范圍指明了天線能夠接收的頻率范圍，
天線方向性增益下降 3dB 時，對應的天線頻率范圍。
任何天線都有頻段Band工作范圍。
不同的技術，如1G, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 有不同的工作頻段。
第3章 天線的極化方向
電磁波在傳播過程中，其電場的方向按照一定的規律耳變化，這種現象稱為極化。
如果電場的方向垂直于地面，這樣的電磁波稱為垂直極化波。
如果電場的方向平行于地表，這樣的電磁波稱為水平極化波。
- 單極化：只有一個極化方向，通常為水平極化或垂直極化，如下圖的左圖
- 雙極化：有兩個極化方向，通常為正負45°的極化，或水平+垂直極化，雙極化的天線，必須相互垂直（正交），這樣兩個天線不會相互影響。
雙極性天線，等效于兩個天線！
第4章 天線的方向圖
4.1 方向圖概述
天線的方向圖又叫輻射方向圖，量能（功率）方向圖，是描述天線附件的空間中的某一物理空間點處不同方向（不是不同物理距離）上的能量的分布狀況的可視化表示。
這里的關鍵詞是“方向”，可變參數是方向，而不是距離。
天線的方向圖是表征天線輻射特性(場強振幅、相位、極化)與空間角度或者說方向之間的關系的圖形。
完整的方向圖是一個三維的空間圖形，如下圖所示。
它是以天線相位中心為球心（坐標原點），在半徑r足夠大的球面上，逐點測定其輻射特性繪制而成，
根據測量的電磁波的輻射特性，方向圖有分為：
場強方向圖：測量的特性是不同方向的場強
功率方向圖：測量的特性是不同方向功率
極化方向圖：測量的特性是不同方向的極性
相位方向圖：測量的特性是不同方向的相位
三維空間方向圖的測繪十分麻煩，實際工作中，一般只需測得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向圖就行了，就成了水平方向圖和垂直方向圖。
對于磁場的特性，如果不加額外說明，常規的方向圖，通常是指場強振幅的方向圖，而不是其他特性的方向圖。
天線方向圖可以用極坐標繪制，也可以用直角坐標繪制。
極坐標方向圖的特點是直觀、簡單，從方向圖可以直接看出天線輻射場強的不同方向的分布特性。
直角坐標繪制的方向圖，橫坐標表示方向角度，縱坐標表示此方向的強度。
下圖表示同一天線，同一位置的方向圖的兩種坐標表示法。
天線方向圖是衡量天線性能的重要圖形，可以從天線方向圖中觀察到天線的各項參數，如下是花瓣方向圖示例：
在方向圖中，有花瓣狀的地方，都是有電磁波能量的地方，其他地方，是沒有電磁波覆蓋的地方。
離原點的距離越遠，表示此方向（不是此物理空間點）的電磁場能量越強。即圓得半徑表示某一方向最大的場強。
場強越強，表示電磁波在此方向傳播的距離就越遠！
4.2 方向圖案例
4.3 水平與垂直方向圖解析
有時候，可以利用上旁瓣，把天線安放在比大樓低的地方，給大樓高處提供覆蓋。
第5章 天線的增益
5.1 天線增益概述
天線增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。
它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。
增益顯然與天線方向圖有密切的關系，在總能量一定的情況下，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。
天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。
一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。
天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。
增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。
另外，表示天線增益的參數有dBd和dBi。
dBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；
dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。
相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠，但覆蓋的方向越小。
一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為0dBi。
在功率一定的情況下，天線增益越大，天線的能量越集中，方向性越強。
5.2 DB的含義
dB是一個比值，是一個數值，是一個純計數方法，沒有任何單位標注。
在不同領域有著不同的名稱，因此它也代表不同的實際意義。
DB是把比值的線性空間映射到對數空間。
使用dB作為單位的好處：
- 可以方便的表示很大的范圍，0dB = 1倍功率，10dB = 10倍功率，而80dB = 100,000,000 倍功率，-20dB = 0.01倍功率。
- 可以把乘法運算轉換成加法運算。例如對于一個級聯放大器，三級的功率放大倍率分別為10,100,1000,總倍率則為三者乘機，很容易計算和書寫出錯。但表示成dB形式，分別為10dB，20dB，30dB，總放大倍率為10+20+30=60dB，方便了很多。
- 符合聽感，估算方便。人聽到聲音的響度是與功率的相對增長呈正相關的。例如，當電功率從0.1瓦增長到1.1瓦時，聽到的聲音就響了很多；而從1瓦增強到2瓦時，響度就差不太多；再從10瓦增強到11瓦時，沒有人能聽出響度的差別來。如果用功率的絕對值表示都是1瓦，而用增益表示分別為10.4dB，3dB和0.4dB，這就能比較一致地反映出人耳聽到的響度差別了。
正是因為有這樣的好處，科學等領域，比如電子學，再如地震等級、聲音大小，等等都是使用了分貝或者類似分貝的指數表示方式。
（1）聲音的大小
在實際日常生活中，住宅小區告知牌上面標示噪音要低于60分貝，也就是要低于60dB，在這里dB（分貝）的定義為噪聲源功率與基準聲功率比值的對數乘10的數值，不是一個單位，而是一個數值，用來形容聲音的大小。
常見表示形式：dB
0dB是人耳能聽到的最微弱的的聲音，在90dB環境中聽力會受到嚴重影響。
（2）信號強度
在無線通訊領域，衡量一個地點的某一無線基站通信信號強度也可以用dB表示。如測的某賓館402房間的1號無線基站通信信號強度為-90dBm,這里的定義為該房間的有用信號強度（信號功率大小）。
常見表示形式：dBm、dBw
dBm是一個表示功率絕對值的值（也可以認為是以1mW功率為基準的一個比值），計算公式為：10log（功率值/1mw）
dBw與dBm一樣，dBw是一個表示功率絕對值的單位（也可以認為是以1W功率為基準的一個比值 )，計算公式為：10log（功率值/1w）。
dBw與dBm之間的換算關系為：0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。
如果功率P為1W，折算為dBw后為0dBw。
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（2）增益
在天線技術方面，dB是衡量天線性能的一個參數，名稱為增益。它是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想天線在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。
常見表示形式：dBi、dBd
第6章 前后比（單波束）
前后比是定向天線的水平方向圖的指標之一。
第7章 波瓣或波束寬度或半波束角
波束寬度是定向天線的水平和垂直方向圖的指標之一。
全向天線的半波束角度為360度。
第8章 天線下傾角
（1）概述
方位角和下傾角是描述移動通信網絡中天線方位的兩個參數。在移動通信系統的網絡優化過程中，方位角和下傾角的調整是非常重要的兩種方法。
方位角可以理解為正北方向的平面順時針旋轉到和天線所在平面重合所經歷的角度。在實際的天線放置中，方位角通常有0度，120度和240度。分別對應于A小區、B小區、C小區
下傾角是天線和豎直面的夾角
天線下傾角的計算可以建立在以下所示的模型下。其中H表示天線的高度，D表示基站的覆蓋半徑，α就表示天線的下傾角，β/2 表示半功率角。那么天線的下傾角α為arctan(H/D)+β/2.在實際中只要已知了基站的高度、覆蓋半徑和半功率角就可以計算出天線的下傾角。
- 機械下傾角： 調整天線機械位置，調節簡單。
- 預置固定電下傾：出廠時預先設定的發送信號的相位偏移
- 可調電下傾角：通過動態調整發送信號的相位，可以遠程調節，設計復雜，成本較高。
總下傾角 = 機械下傾角 +?預置固定電下傾 +?可調電下傾角
實際部署時，需要結合多種調整方法。
第9章駐波比
在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax ，形成波腹；
在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin ，形成波谷。
其它各點的振幅值則介于波腹與波谷之間。
這種合成波稱為行駐波。駐波比是駐波波腹處的電壓幅值Vmax與波谷處的電壓幅值Vmin之比。
駐波比全稱為電壓駐波比，又名VSWR和SW。
指駐波波腹電壓與波谷電壓幅度之比，又稱為駐波系數、駐波比。
駐波比等于1時，表示饋線和天線的阻抗完全匹配，此時高頻能量全部被天線輻射出去，沒有能量的反射損耗；
駐波比為無窮大時，表示全反射，能量完全沒有輻射出去。
第10章 天線互調
互調干擾是由傳輸信道中非線性電路產生的，當兩個或多個不同頻率的信號輸入到非線性電路時，由于非線性器件的作用，會產生很多諧波和組合頻率分量，其中與所需要的信號頻率ω0相接近的組合頻率分量會順利通過接收機而形成干擾，這種干擾稱為互調干擾。
第11章 天線的機械指標
- 風載荷
風載荷是指風吹在設備上引起的載荷。
主要表現為設備在迎風側受到與地面平行的詠動風壓作用，以及引起塔式容器在與風向垂直方向的誘導振動。
風壓是由空氣流動的動能轉變而來的，并隨離地面的高度增加而增大，風壓使設備受到彎矩作用。根據我國規范，大型儲槽、球罐以及高度在10m以上且高度與直徑之比的塔式容器及設備需考慮風載荷及其風彎矩的影響。
- 三防
在電子行業，“三防”一般是指對電子產品“防霉菌、防潮濕、防鹽霧”。而廣義上，對產品進行表面處理，以降低或消除復雜環境對電子器件性能的不利影響。
電子產品的生產廠商在生產、調試完成后的電路板上刷三防漆的過程即稱為“三防”。
第12章 天線的選型
12.1 密集城區
12.2 郊區
12.3 農村
12.4 公路
12.5 山區
12. 6 海面
12.7 隧道
?12.8 室內
室內：低功率，低增益
總結
以上是生活随笔為你收集整理的[4G5G专题-67]：RF层 - 天线常见指标与选型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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