1 天線
1.1 天線的作用與地位
??? 無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。可見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。對于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸悾煞譃橥ㄐ盘炀€、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。

*電磁波的輻射
??? 導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如圖1.1 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度L 遠(yuǎn)小于波長λ 時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度L 增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。
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1.2 對稱振子
??? 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見圖1.2a 。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子, 見圖1.2 b。
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1.3? 天線方向性的討論
1.3.1 天線方向性
?????? 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平放的“面包圈” 形的立體方向圖（圖1.3.1 a）。立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，圖1.3.1 b 與圖1.3.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。
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1.3.2 天線方向性增強(qiáng)
???? 若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈”，把信號進(jìn)一步集中到在水平面方向上。
???? 下圖是4 個半波振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。
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?????? 也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向，平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用------反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。
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????? 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點上的輻射源。

1.3.3 增益
??????? 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(chǎn)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(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以這樣來理解增益的物理含義------為在一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需100 / 20= 5W 。換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。
??????? 半波對稱振子的增益為G=2.15dBi。
??????? 4 個半波對稱振子沿垂線上下排列，構(gòu)成一個垂直四元陣，其增益約為G=8.15dBi ( dBi 這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。
??????? 如果以半波對稱振子作比較對象，其增益的單位是dBd。
??????? 半波對稱振子的增益為G=0dBd（因為是自己跟自己比，比值為1，取對數(shù)得零值。）垂直四元陣，其增益約為G=8.15–2.15=6dBd。

1.3.4 波瓣寬度
??????? 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.3.4 a , 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3 dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。
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????? 還有一種波瓣寬度，即10dB 波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個點間的夾角，見圖1.3.4 b。

1.3.5 前后比
????? 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為F / B 。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F / B 的計算十分簡單------
F / B = 10 Lg {（前向功率密度）/（后向功率密度）}
對天線的前后比F / B 有要求時，其典型值為（18 ~30）dB，特殊情況下則要求達(dá)（35 ~ 40）dB。
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1.3.6 天線增益的若干近似計算式
1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益：
G（dBi）= 10 Lg { 32000 / （ 20_3dB,E ×20_3dB,H ）}
式中， 20_3dB,E 與20_3dB,H 分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度；
???????????? 32000 是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
2）對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益：
G（dB i）=10 Lg { 4.5 ×（ D / λ₀ ）²}
式中，D 為拋物面直徑；
λ₀ 為中心工作波長；
4.5 是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
3）對于直立全向天線，有近似計算式
G（ dBi ）= 10 Lg { 2 L / λ₀ }
式中，L 為天線長度；
λ₀ 為中心工作波長；

1.3.7 上旁瓣抑制
??????? 對于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制。基站的服務(wù)對象是地面上的移動電話用戶，指向天空的輻射是毫無意義的。
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1.3.8 天線的下傾
?????? 為使主波瓣指向地面，安置時需要將天線適度下傾。