01 極化

極化所定義的是電磁波在傳輸中所運(yùn)行的軌跡方向和規(guī)律，百度定義為就是指天線輻射時(shí)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。

常見的極化方式為線性極化和圓極化，圓極化中我們同時(shí)引進(jìn)了失量的概念。

線性極化：線性極化是最常見的天線極化形式，它的特點(diǎn)是所有輻射都在一個(gè)平面上。

圓極化：天線輻射的電磁波繞傳播方向沿著圓形或橢圓形路徑轉(zhuǎn)動(dòng)向前傳播。

線極化：垂直極化，水平極化(+/- 45°極化)；

圓極化：左旋圓極化，右旋圓極化。

水平極化：這種形式的天線極化具有水平元素，它拾取并輻射水平極化信號(hào)，即具有水平面電場(chǎng)的電磁波。

垂直極化：這種形式的天線以天線內(nèi)的垂直元件為代表，它可以是單個(gè)垂直元素，使用垂直極化的原因之一是由單個(gè)垂直元件組成的天線可以在水平面內(nèi)圍繞它均勻地輻射。通常，垂直極化天線具有所謂的低輻射角，使得它們的大部分功率能夠以接近地球表面的角度進(jìn)行輻射，垂直極化天線也非常方便用于汽車。

右手圓極化：在這種極化形式中，矢量以右手方式旋轉(zhuǎn)。

左旋圓極化：在這種極化形式中，矢量以左旋方式旋轉(zhuǎn)，即與右旋相反。

如何判斷天線的極化方式：

水平和垂直極化比較好判定，根據(jù)上述的定義，比如以現(xiàn)有的基站天線為例子，是以大地做為參考面，垂直極化說明基站天線輻射單元的電流方向是垂直地面的，而水平極化的天線輻射單元的電流方向是平行地面。在仿真模型中，選擇的坐標(biāo)系中，觀看天線輻射單元的電流方向，很容易看出極化方式。

圓極化判定主要的是看軸比，軸比小于3dB就可以看成是圓極化，但是這兒所說的小于3dB不是指的天線360°上都小于3dB，而是指的輻射范圍內(nèi)的軸比小于3dB。

軸比的定義是橢圓長(zhǎng)軸和短軸之比，根據(jù)定義我們也能看出，軸比能判定是否是圓極化，但是沒法判定是左旋還是右旋，也不能判定是x方向或y方向的線極化，具體想要看是哪種極化，就要用HFSS里的極化方向圖去看了。

02 天線的方向圖

天線的輻射電磁場(chǎng)在固定距離上隨角坐標(biāo)分布的圖形，稱為方向圖。完整的方向圖是一個(gè)三維空間圖形，習(xí)慣上采用極坐標(biāo)繪制，以天線相位中心為球心（坐標(biāo)原點(diǎn)），角度表示方向，矢徑長(zhǎng)度表示測(cè)量的輻射特性(如：場(chǎng)強(qiáng)、增益等)的大小。用輻射場(chǎng)強(qiáng)表示的稱為場(chǎng)強(qiáng)方向圖，用功率密度表示的稱之功率方向圖，用相位表示的稱為相位方向圖。

天線方向圖是空間立體圖形，但是通常應(yīng)用的是兩個(gè)互相垂直的主平面的方向圖，稱為平面方向圖。在線性天線中，由于地面影響較大，都采用垂直面和水平面作為主平面。在面型天線中，則采用E平面和H平面作為兩個(gè)主平面。歸一化方向圖取最大值為1。

在方向圖中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫天線主波瓣，也稱天線波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或邊，與主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，下圖1是全向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為圓柱型；下圖2是定向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為板狀。

圖 1

圖 2

天線方向的特征參數(shù)

為了方便對(duì)各種天線的方向圖特性進(jìn)行比較，就需要規(guī)定一些特性參數(shù)。主要包括：主瓣寬度，旁瓣電平，前后比，方向系數(shù)等。

1、主瓣寬度：是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。通常取天線方向圖主瓣兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的寬度。

2、旁瓣電平：是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平。

3、前后比：是指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）電平之比。

4、方向系數(shù)：在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度之比。

天線方向的作圖

天線的方向圖是表征天線輻射特性(場(chǎng)強(qiáng)振幅、相位、極化)與空間角度關(guān)系的圖形。完整的方向圖是一個(gè)三維的空間圖形，它是以天線相位中心為球心（坐標(biāo)原點(diǎn)），在半徑r足夠大的球面上，逐點(diǎn)測(cè)定其輻射特性繪制而成。

測(cè)量方向圖的坐標(biāo)

測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)振幅，就得到場(chǎng)強(qiáng)方向圖；測(cè)量功率，就得到功率方向圖；測(cè)量極化，就得到極化方向圖；測(cè)量相位，就得到相位方向圖。三維空間方向圖的測(cè)繪十分麻煩，實(shí)際工作中，一般只需測(cè)得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向圖就行了。

天線方向圖可以用極坐標(biāo)繪制，也可以用直角坐標(biāo)繪制。極坐標(biāo)方向圖的特點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)單，從方向圖可以直接看出天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的空間分布特性。

方向圖的表示法 (a) 極坐標(biāo) (b)直角坐標(biāo)

但當(dāng)天線方向圖的主瓣窄而副瓣電平低時(shí)，直角坐標(biāo)繪制法顯示出更大的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楸硎窘嵌鹊臋M坐標(biāo)和表示輻射強(qiáng)度的縱坐標(biāo)均可任意選取，例如即使不到1°的主瓣寬度也能清晰地表示出來，而極坐標(biāo)卻無法繪制。上圖所示為同一天線方向圖的兩種坐標(biāo)表示法。

03 天線的隔離度

隔離度只用來描述雙(多)極化天線，它描述的是兩個(gè)極化的信號(hào)相互影響的程度，單位為dB。

舉個(gè)例子：

30dB的隔離度，意味著1/1000的信號(hào)從一個(gè)端口泄漏到另一個(gè)端口，

即10lg(1/1000)=-30dB。

04 天線的增益

天線在某一規(guī)定方向上的輻射功率通量密度與參考天線在相同輸入功率時(shí)最大輻射功率通量密度的比值。

需要注意以下幾點(diǎn)：

（1） 如果不是特別標(biāo)注，天線增益均是指最大輻射方向的增益；

（2） 同等條件下，增益越高，方向性越好，電波傳播的距離越遠(yuǎn)，即覆蓋的距離增加。但是波速寬度會(huì)別壓縮，波瓣越窄，從而導(dǎo)致覆蓋的均勻性變差。

（3） 天線是無源器件，不能產(chǎn)生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。

天線增益一般用dBi表示，i表示各向同性（isotropic），即任意的天線所發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度與各項(xiàng)同性天線（Isotropic Antenna）的比值。各向同性天線是一個(gè)理論天線，其在各方向上的信號(hào)強(qiáng)度相同。

?天線增益和方向性系數(shù)常用dB、dBi、dBd表示；

?dB和dBi單位參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)是全向天線，dBd參考標(biāo)準(zhǔn)是半波偶極子天線；

?dBi=dB=2.15+dBd。

05 天線的效率

由于天線系統(tǒng)中存在導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗等，所以實(shí)際輻射到空間的電磁波功率要比發(fā)射機(jī)輸送到天線的功率小。天線效率就是表征天線將輸入高頻能量轉(zhuǎn)換為無線電波能量的有效程度，定義為天線輻射功率和輸入功率的比值。

06 天線的TRP、TIS、OTA、SAR

TRP——Total Radiated Power，全向輻射功率。

?通過對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率迚行面積分取平均得到；

?反映手機(jī)在3維空間實(shí)際工作狀態(tài)下的發(fā)射功率性能；

?跟手機(jī)在導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。

TIS——Total Isotropic Sensitivity，全向接收靈敏度。

?通過對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射靈敏度迚行面積分取平均得到；

?反映手機(jī)在3維空間實(shí)際工作狀態(tài)下的接收靈敏度性能跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度、手機(jī)內(nèi)部高頻干擾以及天線的輻射性能有關(guān)。

OTA測(cè)試

?手機(jī)天線測(cè)試包含無源測(cè)試和有源測(cè)試兩種，無源測(cè)試就是測(cè)量駐波比、回波損耗、方向圖、效率等參數(shù)；有源測(cè)試是模擬實(shí)際通話過程中測(cè)量天線的性能，具體是使用綜測(cè)儀和手機(jī)保持通信連接，測(cè)量手機(jī)發(fā)射功率和靈敏度

?有源測(cè)試即常說的OTA測(cè)試，OTA——Over The Air。

SAR

SAR ——Specific Absorption Rate，比吸收率。

?定義為單位質(zhì)量的人體組織所吸收或消耗的電磁功率，單位為W/kg；

?美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為1.6 W/kg，歐洲標(biāo)準(zhǔn)為2.0 W/kg。

審核編輯：劉清