在當(dāng)今蓬勃發(fā)展的通信技術(shù)浪潮中，天線(xiàn)作為射頻領(lǐng)域至關(guān)重要的關(guān)鍵組件，宛如無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的敏銳 “觸角”，發(fā)揮著不可替代的作用。它承擔(dān)著將傳輸線(xiàn)上的導(dǎo)行波與空間中的電磁波進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的重任，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高效發(fā)射與接收。從人們?nèi)粘Ｊ褂玫?a target="_blank">手機(jī)通信，到神秘而強(qiáng)大的雷達(dá)探測(cè)；從家庭中電視信號(hào)的穩(wěn)定接收，到底層復(fù)雜的遙感技術(shù)應(yīng)用，天線(xiàn)的身影無(wú)處不在。其性能的優(yōu)劣，直接決定了通信質(zhì)量的高低以及信號(hào)覆蓋范圍的大小。本文將全方位、深入地剖析天線(xiàn)的工作原理、分類(lèi)、性能指標(biāo)以及測(cè)量方法，帶您一同領(lǐng)略天線(xiàn)這一神奇世界的獨(dú)特魅力。
　　一、天線(xiàn)的工作原理

　　當(dāng)高頻電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，會(huì)在其周?chē)ぐl(fā)起復(fù)雜的電磁場(chǎng)。這種電磁場(chǎng)的輻射能力與導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度和形狀有著緊密的聯(lián)系。以經(jīng)典的半波偶極子天線(xiàn)為例，在交變電流的作用下，其兩端的振子會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并且極性每半個(gè)周期變換。形成的電磁場(chǎng)和磁場(chǎng)呈球形且互為直角正交。這種看似簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，卻具有高效的輻射性能，是眾多天線(xiàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

　　振子是產(chǎn)生電磁場(chǎng)的部件，當(dāng)兩臂長(zhǎng)度相等時(shí)，被稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)振子。其中，每臂長(zhǎng)度為 1/4 波長(zhǎng)的振子被稱(chēng)為半波振子。半波振子既可以獨(dú)立使用，也能通過(guò)多個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子組成天線(xiàn)陣，以滿(mǎn)足不同的通信需求。根據(jù)公式 c=λf，我們可以計(jì)算出不同頻率下半波振子的長(zhǎng)度。例如，在 800MHz 頻率下，半波振子長(zhǎng)度約為 200mm；在 2.4GHz 時(shí)，長(zhǎng)度約為 6cm；在 3GHz 時(shí)，約為 5cm；而在 5GHz 時(shí)，長(zhǎng)度則縮短至約 3cm。這一特性表明，隨著頻率的升高，天線(xiàn)的尺寸會(huì)相應(yīng)減小，這對(duì)于小型化通信設(shè)備的設(shè)計(jì)具有極其重要的意義。
　　二、天線(xiàn)的分類(lèi)
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　　天線(xiàn)的用途極為廣泛，常見(jiàn)的有基站天線(xiàn)、電視天線(xiàn)、雷達(dá)天線(xiàn)、車(chē)載天線(xiàn)等。不同用途的天線(xiàn)在設(shè)計(jì)和性能上各有側(cè)重，以滿(mǎn)足特定場(chǎng)景下的通信需求。
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　　全向天線(xiàn)和定向天線(xiàn)是兩種基本的輻射方向類(lèi)型。全向天線(xiàn)在水平面 360 度內(nèi)均勻輻射，適用于需要全方位覆蓋的場(chǎng)景，如路由器的棒狀天線(xiàn)和玻璃鋼天線(xiàn)。然而，在垂直面內(nèi)，其輻射能量會(huì)因角度不同而有所差異。與全向天線(xiàn)不同，定向天線(xiàn)在水平面和垂直面內(nèi)的輻射能量分布不均勻。它類(lèi)似于手電筒的光束，朝特定方向定向輻射，能夠在相同的射頻能量下實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的覆蓋距離，但會(huì)犧牲其他區(qū)域的覆蓋。常見(jiàn)的定向天線(xiàn)包括微帶貼片天線(xiàn)、平板天線(xiàn)、八木天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)和拋物面天線(xiàn)等。
　　（三）按波長(zhǎng)分類(lèi)
　　根據(jù)波長(zhǎng)的不同，天線(xiàn)可以分為中波天線(xiàn)、短波天線(xiàn)、超短波天線(xiàn)和微波天線(xiàn)等。不同波長(zhǎng)的天線(xiàn)適用于不同的通信頻段和應(yīng)用場(chǎng)景。
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　　基站天線(xiàn)是通信網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，一般分為室內(nèi)天線(xiàn)和室外天線(xiàn)。室內(nèi)天線(xiàn)主要有全向吸頂天線(xiàn)和定向壁掛天線(xiàn)，用于室內(nèi)信號(hào)覆蓋。室外基站天線(xiàn)則包括單極化全向天線(xiàn)、單極化定向和雙極化定向天線(xiàn)等，用于室外信號(hào)的廣泛覆蓋。

　

?。ㄎ澹㎝assive MIMO 技術(shù)

　　Massive MIMO（大規(guī)模多輸入多輸出）技術(shù)是 MIMO 技術(shù)的擴(kuò)展和延伸，通過(guò)集成更多的射頻通道和天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)三維精準(zhǔn)波束賦形和多流多用戶(hù)復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)大幅提高了信道容量、抗衰落性能和頻譜利用率。采用 Massive MIMO 技術(shù)的天線(xiàn)，可以根據(jù)不同場(chǎng)景配置不同的廣播波束，以匹配多種多樣的覆蓋場(chǎng)景。
　　（六）手機(jī)天線(xiàn)
　　手機(jī)天線(xiàn)的發(fā)展經(jīng)歷了從早期的外置天線(xiàn)到現(xiàn)在的內(nèi)置天線(xiàn)的過(guò)程。隨著 5G 技術(shù)的普及，手機(jī)開(kāi)始采用 4×4、8×8 的 MIMO 天線(xiàn)，極大地提升了傳輸速度。例如，在相同頻寬下，一部 500MB 的視頻，單天線(xiàn)手機(jī)耗時(shí) 4 分鐘，而 8 天線(xiàn)手機(jī)僅需 30 秒。這一進(jìn)步顯著改善了用戶(hù)的通信體驗(yàn)。
　　三、天線(xiàn)的性能指標(biāo)
　　（一）電性能參數(shù)
　　極化（Polarization）：極化是指天線(xiàn)輻射電磁場(chǎng)的電磁方向。常見(jiàn)的極化方式有線(xiàn)極化（水平 / 垂直）、圓極化（左旋 / 右旋）和橢圓極化（左旋 / 右旋）。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，垂直極化和 ±45° 極化被廣泛應(yīng)用。
　　增益（Gain）：增益表示在相同輸入功率時(shí)，天線(xiàn)在某一特定方向上輻射功率密度與參考天線(xiàn)輻射功率密度之比。增益與方向圖密切相關(guān)，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)覆蓋目標(biāo)區(qū)的需求合理選擇天線(xiàn)增益。例如，覆蓋距離較近時(shí)，為保證近點(diǎn)的覆蓋效果，應(yīng)選擇垂直波瓣較寬的低增益天線(xiàn)。
　　dBi（isotropic）：相對(duì)于點(diǎn)源天線(xiàn)的增益，在各方向輻射是均勻的。
　　dBd（dipole）：相對(duì)于半波振子天線(xiàn)的增益，dBi = dBd + 2.15。
　　輻射方向圖（Radiation Pattern）：輻射方向圖可以表征天線(xiàn)在空間各個(gè)方向上輻射場(chǎng)的相對(duì)大小。其中，主瓣是輻射強(qiáng)度的方向，而副瓣或旁瓣則是其他方向的輻射。副瓣電平（SLL）是指所有副瓣中的那一個(gè)副瓣電平。3dB 帶寬（3dB Bandwidth）是指相對(duì)輻射方向功率密度下降至一半時(shí)的角域?qū)挾?，也?3dB 波束寬度。水平面的稱(chēng)為水平波束寬度，寬度越寬，在扇區(qū)交界處的覆蓋越好；垂直平面的稱(chēng)為垂直波束寬度，垂直波瓣寬度越窄，偏離主波束方向時(shí)信號(hào)衰減越快，與天線(xiàn)傾角相關(guān)。零波束寬度（FNBW）是指方向圖主瓣兩側(cè)個(gè)零點(diǎn)之間的夾角。交叉極化鑒別率（Isolation between two ports）一般是指與主極化正交的極化分量，多出現(xiàn)在雙極化天線(xiàn)中，表示極化純度。前后比（Front-to-back ratio）是指主瓣的輻射方向（規(guī)定為 0°）的功率通量密度與相反方向附近（規(guī)定為 180°±20° 范圍內(nèi)）的功率通量密度之比值。前后比越大，天線(xiàn)的后向輻射越小，典型值為 25~30dB。計(jì)算公式為 F/B = 10log (P1/P2)，其中 P1 為前向功率，P2 為后向功率。
　　此外，電性能參數(shù)還包括頻帶（Frequency range）、輸入阻抗（Input impedance）、駐波比（VSWR）、輸入功率（Maximum input power）、三階無(wú)源交調(diào)（IMD3）等。
　?。ǘC(jī)械性能參數(shù)
　　尺寸（Dimension）：天線(xiàn)的尺寸與其性能密切相關(guān)。長(zhǎng)度與垂直波瓣、增益、波長(zhǎng)有關(guān)；寬度與水平波瓣、波長(zhǎng)有關(guān)；厚度則與天線(xiàn)技術(shù)有關(guān)。
　　重量（Weight）：天線(xiàn)的重量會(huì)影響其安裝和運(yùn)輸，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。