更新時間：2024-06-07 11:53:06作者：佚名
介紹
從事無線通信圈的人都會聽過“天線饋源”這個詞，但是對于天線饋源到底是什么卻不是很清楚。
什么是天饋？是“天饋系統”的簡稱，是移動通信系統的一部分。天饋中的“天”是天線，英文名稱為“”。天饋中的“”是饋線，“”是“給予”的意思。天饋系統是由天線+饋線+一些其他部件組成的系統。
天線系統在無線通信系統中是不可缺少的，為什么這么說呢？
我們知道我們現在的通信系統可以分為固定網絡和移動網絡，或者說得更專業一點，有線通信和無線通信。
有線通訊系統是利用電話線通過互聯網將兩個固定地點連接起來實現通訊，然而人們的需求是無限的，人們已經不滿足于兩地之間的固定通話，人們希望能夠隨時隨地進行通訊。
在這里，有線通訊已經不能適應新的需求，人們不可能拉一條電話線就能隨時隨地打電話，成本太高，如果那樣的話，整個空間就會布滿蜘蛛網。
要實現隨時隨地的通訊，就需要一種更自由的通訊媒介。媒介是什么呢？就拿有線通訊來說，電話線就是通訊媒介。要想有更自由的媒介，就得找一個無處不在的東西，那就是空氣。空氣是不能通訊的，不過幸好有一種東西可以在空氣中自由傳播，后來研究證實就是電磁波，也叫無線電。這種無線電不但可以在空氣中傳播，還能穿墻、輻射、反射，它的神奇魔力非常廣泛。無線電雖然很厲害，但也不是萬能的，遇到導體，尤其是封閉的導體，很容易被屏蔽。不過，誰會一直呆在這么封閉的空間里呢，所以這個東西還是很厲害的。
無線電那么厲害，你腦子里有沒有出現過這樣一個問題：無線電是從哪里來的？答案就是天線。好吧，我上面說了這么多廢話，就是說天線是用來發射無線電的，你真是太會胡說了。
好的，讓我們從“天線饋源”即天線開始。
2. 天線
用天線來收發無線電？聽起來很高級，其實我們首先想到的應該是收音機的金屬部分，也就是天線。記性好的人大概都經歷過拆裝天線的過程。當我們接上金屬天線的時候，收音機是可以發出聲音的，如果天線掉下來，就只是雪花的聲音了。偶爾用手摸到連接天線的口子，也會有聲音，只是沒有金屬天線那么清晰。
這件事也說明，收發無線電其實沒那么復雜，一根導體就可以，一塊金屬，甚至人體都可以用來收發無線電，區別就在于不同的導體收發的無線電強度不同。不信的話，看下面這個測量的例子，一支圓珠筆和一根手指英語作文，接收的信號波形如圖1所示。
圖1 不同導體接收的信號強度
從上面的測試我們可以看出，不同的導體接收到的信號強度是不一樣的。所以我們的天線必須有一個宏偉的目標，那就是把更多的能量轉換成無線電波，提高轉換效率。
半波偶極天線
事實上，人們發現當導體的尺寸等于目標接收信號波長的一半時（L=λ/2），導體上感應的無線電剛好處于諧振狀態（諧振），此時無線電的輻射效率最高。更專業的說法是，接收無線電的導體稱為“偶極子”，導體的尺寸剛好是波長的一半，所以稱為“半波偶極子”，也叫“偶極子”，如圖2所示。半波偶極子效率高、成本低、加工簡單，優點多多，所以半波偶極子已成為無線通信中基站天線的基本組成單元。
圖2 由半波對稱振子組成的經典天線
該頻段無線電信號的波長為λ=u/v =3*10^8 / 9*10^8 =0.33m =33cm，因此該頻段半波振子尺寸為λ/2=16.5cm；同理antenna是什么意思，該頻段無線電信號的波長為λ=16.5cm，半波振子尺寸為8.3cm。基站天線的基本組成單元是半波振子。同一規格的天線所用半波振子的數量和排列方式相同，而不同頻段的半波振子尺寸則有所不同。因此，同一規格的天線，頻段越高，尺寸越小。頻段尺寸約為頻帶尺寸的兩倍，如圖3所示。
圖3 同規格單頻天線尺寸
天線方向性
半波振子是天線性能的基礎元件，那我們還追求什么呢？我們先追求方向性。什么是方向性？
方向性是指我們希望無線電信號往我們想要的方向發射，避免或者減少過多的能量浪費。比如說，如果天空中沒有人，我們把無線電信號往天空中發射，豈不是太浪費了？為了避免浪費，我們需要把無線電信號往我們想要的方向收斂，這樣在我們想要的方向上就能得到更強的信號，反之，在我們不想要的方向上，能量就會變弱。方向性，或者說收斂的程度，或者說信號加強的程度，怎么測量呢？人們引入了幾個概念：“各向同性”，輻射方向圖，天線增益，下傾角。
1）各向同性是指無線電信號在各個方向上的輻射都是相同的，輻射方向圖是一個球面，如圖4所示。各向同性只是一個概念，并不存在絕對各向同性的輻射源。
圖 4 各向同性和半波振蕩器的輻射模式
2）方向圖就是把天線向各個方向輻射的信號強度畫出來，如圖5左圖所示。空間是三維的，所以方向圖也應該是三維的。但是，雖然三維方向圖看上去生動美觀，但并不精確，讀圖也不方便。因此，人們通常把三維方向圖的水平和垂直截面畫出來，就形成了水平和垂直方向圖，如圖5右圖所示。
圖5 立體輻射圖和垂直平面輻射圖
半波振蕩器的三維輻射圖與救生圈或甜甜圈非常相似（圖 6 左）。垂直和水平平面輻射圖分別如下圖 6 的中間圖和右圖所示。
圖6 半波振蕩器的三維輻射圖
天線輻射出的能量在各個方向上都是不同的，從最大輻射方向向兩側能量逐漸減小，兩側能量下降一半（即3dB）的點之間的夾角稱為“半功率角”或“瓣寬度”，如圖7所示。
圖 7 半功率解決方案/瓣寬度
3）天線增益
半波振蕩器在垂直平面的半功率角高達 70 度。這個波瓣寬度太大了。如果我們將這個水平面等分，只有水平面以下的部分才能到達目的地并得到有效利用，而水平線以上的部分則全部打向天空，浪費了大量的能效。這種情況類似于全向天線，如下圖 8 所示。
圖8 全向天線的信號模式
因此，通過擠壓天線的垂直瓣寬度，改變波束，多個半波振子組成線性陣列，各振子輻射的能量相互疊加，能量越來越集中。為了衡量能量向特定方向匯聚所帶來的目標點信號強度的增加，人們引入了一個概念，叫“天線增益”，它有兩個單位，dBi和dBd。dBi是與各向同性球面波（i為）相比的增益，dBd是與半波振子（d為）相比的增益。天線的增益并不是把信號放大，而是把信號向某一方向匯聚。目標點的能量變大，其它點的能量變小，就像給燈泡加一個反光鏡，讓光向正面匯聚，正面亮，背面暗一樣。
振子越多，能量越集中，輻射方向圖越窄，天線增益越大，如圖9所示。
圖 9 1 至 4 個半波振蕩器的增益變化
最終天線能量收斂如圖10所示。能量最高的方向為“主瓣”，其他位置會有一些能量泄漏，稱為“旁瓣”或“旁瓣”。兩瓣之間有一個凹點，稱為“零點填充”。現在新天線都會有“零點填充”，以減少塔下暗的情況。
圖10：天線能量收斂圖
4) 向下傾斜角度
雖然用多個半波振子組成線性陣列可以提高能量轉換效率，但仍然沒有很好的方向性。也就是說，到現在為止，天線仍然只是一個全向天線，其方向性仍然足夠靈活，指向哪里都可以打到哪里。因此，有一種方法是將天線向下傾斜。
向下傾斜有兩種類型：
一種是電子下傾。這種方法調整了信號到達各個振子的時間差，使得信號到上振子的路徑變短，到下振子的路徑變長。這樣上振子就會提前發信號，下振子會晚發信號antenna是什么意思，整個天線發出的信號就會向下傾斜。如圖11所示，這就是電子下傾的變化。
圖 11 電子下傾角
另一種是機械下傾，如圖12所示
圖 12 機械下傾
通過一系列的天線改進，我們最終將大部分能量傳輸到目標區域，如圖13所示，這就是我們想要的信號覆蓋范圍。
圖13 最終天線覆蓋效果圖
這里的天線示意圖是全向天線，現在的網絡中都是采用定向天線，很少采用全向天線。
到目前為止，我們已經了解了天饋系統中天線的一些基站組成，以及一些基本概念。下一期，我們將討論為什么現網大部分采用定向天線，以及一些天線指標。