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一. 天线的作用 天线在无线电设备中用于发射和接收电磁波，可相互转化传输线上的导行波和空间的电磁波，是一种无源器件，不能产生能量，被广泛应用于通信、雷达、电视、导航、遥感、射电天文、电子对抗等领域。 二. 天线的工作原理 导体上通过高频电流会产生电磁和磁场，辐射能力与导线长度和形状相关。如图是典型的半波偶极子天线在交变电流的作用下产生电磁和磁场，极性每半个周期变换一次，电磁和磁场均为球形且互为直角正交。
产生电磁场的这两根导线，就叫做振子。两臂长度相等称为叫对称振子，是一种经典的、迄今为止最广泛使用的天线。 每臂长度为1/4波长的振子称为半波振子，可独立使用，也可用多个半波对称振子组成天线阵。
由于 c=λf，一个1/2波长的对称振子，在800MHz，约200mm长；在2.4G时，约6cm长；在3G时，约5cm长；在5G时，约3cm 长。 三. 天线的分类 1. 按用途分：基站天线、电视天线、雷达天线、车载天线··· 2. 按辐射方向分：Directional(定向天线)和 Omni-directional(全向天线) · 全向天线：在水平面360度辐射，所有方向上辐射出的电波能量都是相同的，但在垂直面内不同方向上辐射出的电波能量是不同的。如路由器棒状天线、玻璃钢天线等。 · 定向天线：在水平面与垂直面内的所有方向上辐射出的电波能量都不相同。方向图辐射类似手电筒辐射可见光，朝某方向定向辐射，相同的射频能量下可以实现更远的覆盖距离，但是是以牺牲其他区域覆盖为代价的。如微带贴片天线，平板天线，八木天线，喇叭天线，抛物面天线等。 3. 按波长分：中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等等。
4. 基站天线一般分为室内天线和室外天线。 1）室内天线主要有全向吸顶天线和定向壁挂天线：
2）室外基站天线主要有单极化全向天线、单极化定向和双极化定向天线：
（图片来源：华为企业产品技术支持网站 - 华为 (huawei.com)） 3) Massive MIMO MIMO(Multiple input multiple output，多进多出) 在发送端和接收端都使用多根天线，收发之间构成多个信道，从而大幅提高信道容量，抗衰落性能和频谱利用率。
Massive MIMO：对MIMO进行了扩展和延伸，扩增为16/32/64/128天线，被称为Massive MIMO。通过集成更多射频通道和天线，实现三维精准波束赋形和多流多用户复用技术。
采用Massvie
MIMO技术，天线在不同Pattern配置下，不同数字方向角、数字下倾角配置下，增益波形差异明显，因此，可以根据不同场景配置不同的广播波束，以匹配多种多样的覆盖场景。
（图片来源于网络） 5.手机天线 从早期的外置天线到现在的内置天线。现在5G手机开始采用4*4、8*8的 MIMO天线，大力提升了传输速度。如在同样频宽下，下载一部500MB的视频，单天线手机耗时4min，8天线手机仅需30s.
（图片来源于网络） 四. 天线的性能指标 · 电性能参数 1. polarization（极化） 指天线辐射电磁场的电磁方向，分为线极化（水平/垂直）、圆极化（左旋/右旋）、椭圆极化（左旋/右旋）等。移动通信系统中常用垂直极化和±45°极化。
2. Gain（增益） 指在相同输入功率时，天线在某一特定方向上辐射功率密度与参考天线辐射功率密度之比。增益与方向图密切相关，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。在相同条件下，增益越高，传输越远。在实际情况中，应以波速和覆盖目标区相匹配的前提下，合理选择天线增益，如覆盖距离较近时，为保证近点的覆盖效果，应选择垂直波瓣较宽的低增益天线。
· dBi(isotropic)：相对于点源天线的增益，在各方向辐射是均匀的。 · dBd(dipole)：相对于半波振子天线的增益 dBi = dBd+2.15 3. Radiation pattern 辐射方向图（波瓣图） 波瓣图可表征天线在空间各个方向上辐射场的相对大小。
Main lobe(主瓣)与side lobe(旁瓣)：辐射强度最大的称为主瓣，其余的称为旁瓣或副瓣。 SLL(副瓣电平)是指所有副瓣中最大的那一个副瓣电平。 3dB Bandwidth(半功率波束宽度HPBW): 相对最大辐射方向功率密度下降至一半时的角域宽度，也叫3dB波束宽度。 水平面的叫水平波束宽度，宽度越宽，在扇区交界处的覆盖越好；垂直平面的叫垂直波束宽度，垂直波瓣宽度越窄，偏离主波束方向时信号衰减越快，与天线倾角相关。 FNBW(First null beamwidth第一零波束宽度)：如图所示，指方向图主瓣两侧第一个零点之间的夹角。 Isolation between two ports(交叉极化鉴别率): 一般是指与主极化正交的极化分量，多出现在双极化天线中，表示极化纯度。 Front-to-back ratio(前后比): 指主瓣的最大辐射方向（规定为0°）的功率通量密度与相反方向附近（规定为180°±20°范围内）的最大功率通量密度之比值。表面了天线对后瓣抑制的优劣。前后比越大，天线的后向辐射越小，典型值为25~30dB。 F/B=10log(P1/P2) (P1:前向功率；P2：后向功率) 4. 方位角和下倾角 方位角：从正北方向水平顺时针旋转至天线主瓣方向的夹角。 下倾角：天线主瓣方向和水平面的夹角
通过调节天线方位角和下倾角的方法，可控制天线信号覆盖范围。 天线方位角设计原则：主瓣方向对准主要覆盖区域；天线正向尽量避开建筑山体等高大建筑；两定向天线间夹角大于90°；为避免波导效应，城市各小区天线方位角不能正对街道安装。 此外，电性能参数还有Frequency range(频带)、input impedance(阻抗)、VSWR、maximum input power(最大功率)、IMD3(三阶无源交调)等等。
· 机械性能参数
长：与垂直波瓣、增益、波长有关； 宽：与水平波瓣、波长有关， 厚：与天线技术有关 2. weight（重量）：影响安装运输 3. 天线罩材料：PVC ABS等，需要防晒、防冻、防盐雾、阻燃、抗老化等 4. 抗风能力、抱杆直径、安装套件等 5. lightning protection（雷达保护）：direct ground（直流接地） 6. operating temperature range，storage temperature range 下图为一些天线的datasheet：
五. 天线的测量
天线场区分为：reactive near-field region(感应近场区)，radiating near-field region(辐射近场区)，far-field(远场区)。 在近场区，电场有明显的纵向(或径向)分量，但功率流不是完全径向的，场波瓣图的形状取决于到天线的距离。在远场区，测量到的场分量位于以天线为中心的径向的横截面上，并且所有的功率流(更确切地说是能量流)都是沿径向向外的。场波瓣图的形状与到天线的距离无关。
微波暗室中通过控制的源天线和被测天线的距离，可进行天线的近场辐射测量和远场测量。距离场源3至10个波长的区域为近场辐射区，10个波长以上的区域为远场区。近场测量系统需要架扫描架，远场测量系统需要架转台。暗室的四周和上下通过铺设吸波材料来减小电磁反射。吸波材料的材质、厚度、形状等直接影响微波暗室的性能好坏。吸波材料的吸收率越高，微波暗室的静区越接近自由空间，测量效果越好。
天线Friis弗里斯传输公式
（注：弗里斯传输公式需满足收发天线阻抗共轭匹配、极化匹配、且最大辐射方向相互对等的条件）
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