引言

混跡在無線通信圈的兄弟，都會聽到一個詞，那就是“天饋”，但是呢，何為天饋，并不是那么明白。

何為天饋，是“天饋系統(tǒng)”的簡稱，是移動通信系統(tǒng)的一個部分。天饋的天，就是天線，他的英文名為antenna；天饋的饋，即為饋線，稱為feeder，意有饋贈。天饋系統(tǒng)是由天線＋饋線＋其化一些器件組成的系統(tǒng)。

天饋系統(tǒng)，在無線通信系統(tǒng)里是必不可缺少的，為啥這么說呢？

我們知道，我們現(xiàn)在的通信系統(tǒng)可以分為固網(wǎng)和移動網(wǎng)，說的更專業(yè)一點(diǎn)，就是有線通信和無線通信。

有線通信系統(tǒng)，用電話線讓兩個固定的地方，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)通信。但是人的需求是無限的，人們不在滿足于固定兩地的通話，人們想著的是隨時隨地的通信。

在此有線通信，就無法適應(yīng)新的需求，人們總不能，隨時隨地拉個電話線進(jìn)行通話吧，這代價真是太大了，如果是這樣，滿空間的都會是蛛網(wǎng)了。

要實(shí)現(xiàn)隨時隨地的通信，就需要更自由的通信媒介，什么是媒介，以有線通信為例子，電話線就是通信媒介，要有更自由的媒介，那就得找一個隨處都有的東西，那就是空氣，空氣無法通信，有幸的時有東西可以在空中自由的傳播，后來的研究證實(shí)了，那就是電磁波，也叫無線電，這個無線電不但可以在空氣中傳播，還能穿墻，饒射，反射，神通很是廣大，雖然無線電很牛，但是也不是無所不能的，遇到導(dǎo)體，特別是封閉的，那就容易被屏蔽，不過，哪個人會一直呆在那么封閉的空間里，所以這玩意依舊很強(qiáng)大。

無線電如此大神通，此時你的腦子里有沒有浮現(xiàn)出這么一個問題：無線電是從哪里發(fā)出來的呢？答案就是天線。好吧，上面說了這么多廢話就是想說天線是用來發(fā)射無線電用的，樓主你可真能扯啊。

好了，我們開篇，講”天饋“的天，就是天線

２、天線

用天線發(fā)送接收無線電? 聽起來很高級的樣子，但是實(shí)際上，我們腦子里第一個想到了，應(yīng)該就是收音機(jī)的那個金屬，那也叫天線。有過美好回憶的一代人，估計(jì)經(jīng)歷過拆裝天線的事吧，當(dāng)我們金屬天線接回去了，收音機(jī)里就能出聲了，要是天線掉下來，就都是雪花聲了，而偶爾你的手接觸到接天線的口子時，同樣有聲出來，不過沒有金屬天線那個清楚。

這個事情經(jīng)過，也說明了，發(fā)送和接收無線電也沒那么復(fù)雜，一個導(dǎo)體就夠了，一個金屬，甚至人體都可以用來發(fā)送或接收無線電，所不同的是，不同的導(dǎo)體所發(fā)送接收的無線電強(qiáng)度不同而已。不信就看看如下實(shí)測的例子，一個圓珠筆和一個手指頭，接收到的信號波形圖，如圖1。

上述的小測試，也看到了，不同的導(dǎo)體，會接收的不同的信號強(qiáng)度，那我們的天線，總得有個宏大的目標(biāo)吧，這個目標(biāo)就是讓更多的能量轉(zhuǎn)化為無線電波，提升轉(zhuǎn)化效率。

半波振子天線

實(shí)際上人們研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)體的尺寸等于目標(biāo)接收信號波長的一半時(L=λ/2)，該導(dǎo)體上感應(yīng)到的無線電剛好處于諧振狀態(tài)（共振了），此時無線電的輻射效率是最高的。說的專業(yè)點(diǎn)，這個接收無線電的導(dǎo)體叫“振子”，導(dǎo)體的尺寸剛好是波長的一半所以叫“半波振子”，也叫“偶極子dipole”，如圖2所示。半波振子效率高、成本低、加工簡單，優(yōu)點(diǎn)一大堆啊，所以半波振子就成了無線通信里基站天線的基本組成單元。

900MHz頻段無線電信號的波長λ=u/v =3*10^8 / 9*10^8 =0.33m =33cm，所以900MHz頻段的半波振子尺寸=λ/2=16.5cm；同理1800MHz頻段無線電信號的波長λ=16.5cm，半波振子尺寸=8.3cm?；咎炀€的基本單元是半波振子，相同規(guī)格的天線使用的半波振子的個數(shù)和排列方式是相同的，而不同頻段的半波振子尺寸是不同的，所以同樣規(guī)格的天線、頻段越高、尺寸越小，900MHz頻段尺寸大約是1800MHz頻段尺寸的2倍，如圖3所示。

天線的方向性

半波振子是天線的效能基本組件，那咱們還追求點(diǎn)啥呢？那就追求方向性吧。啥叫方向性？

方向性就是說，我們希望無線電信號朝向我們希望的方向發(fā)出去,避免或者減少過多的能量浪費(fèi)。比如天上沒人吧，要是把無線電朝天上發(fā)，不就浪費(fèi)了？為了不浪費(fèi)，就要把無線電信號朝我們希望的方向匯聚，這樣在我們希望的方向上就會得到更強(qiáng)的信號，反之我們不希望的方向上能量就會更弱，怎么衡量方向性、或者匯聚程度、或者信號變強(qiáng)的程度呢？人們引入了幾個概念：“各向同性isotropy”、方向圖、天線增益、下傾角。

1）各向同性的意思就是，無線電信號朝各個方向的輻射都是一樣的，此時的輻射圖是一個球面，如圖4所示。各向同性只是一個概念，不存在絕對各向同性的輻射源。

2）方向圖就是把天線在各個方向輻射出去的信號強(qiáng)度畫成一幅圖，如圖5左圖?？臻g是3維立體的，所以方向圖也應(yīng)該是3維立體的。不過立體的雖然看起來形象、好看，但是不精細(xì)、不方便讀數(shù)啊，所以人們一般把立體方向圖的水平剖面和垂直剖面畫出來，成為水平方向圖和垂直方向圖，如圖5右圖。

半波振子dipole的立體方向圖很像救生圈或面包圈（圖6左圖），垂直面方向圖和水平面方向圖分別見下圖6中圖、右圖。

天線輻射出去的能量在各個方向上的大小都不一樣，從最大輻射方向往兩邊能量越來越小，兩邊能量下降一半(即3dB)的點(diǎn)之間的夾角叫“半功率角”或“波瓣寬度”，如圖7所示。

3）天線增益

一個半波振子在垂直面上的半功率角，大至有70度，這個波瓣寬度太大了，我們?nèi)绻堰@個水平等分，那在水平下的部分才能到達(dá)地點(diǎn)，被有效利用，而水平線以上的，都在打天空，從能量效能上，浪費(fèi)很多，這種情況，就類似于全向天線，如下圖8

因此，通過對天線垂直面波瓣寬度進(jìn)行擠壓，改變波束，就是多個半波振子組成一個直線陣列，每個振子輻射出去的能量相互疊加，能量就越來越匯聚了。為了衡量能量朝某個特定方向匯聚帶來的目標(biāo)點(diǎn)信號強(qiáng)度提升，人們引入了一個概念叫“天線增益”，單位有dBi和dBd兩種，dBi是和各向同性的球面波相比的增益(i是isotropy)，dBd是和半波振子相比的增益(d是dipole)。天線的增益并不是把信號放大，而是把信號朝某個方向匯聚，目標(biāo)點(diǎn)的能量變大了、其他點(diǎn)的能量就會變小，就像燈泡加個反光罩讓光線都往前面匯聚一樣，前面亮了、后面就暗了。

振子數(shù)量越多、能量越匯聚、方向圖越窄、天線增益越大，就如圖9的

最終形成的天線能量匯聚圖10所示，能量最大的方向，為“主瓣”，其他位置會有一些泄露的能量，叫“副瓣”或“旁瓣”；兩個瓣之間有一個凹陷點(diǎn)叫“零點(diǎn)”，現(xiàn)在新型的天線都會有”零點(diǎn)填充“，減少塔下黑的情況。

4）下傾角

雖然，通過多個半波振子組成一個直線陣列，提升級了能量轉(zhuǎn)化的效益，但是，仍然沒有很好的方向性，也就是說，到目前為止，天線還只是一個全向的天線，方向性指哪打哪的還是夠靈活，因此，就有了讓天線向下傾斜的辦法。

向下傾斜，分為兩種，

一種是電子下傾角，這種方式，是調(diào)整信號到達(dá)各個振子的時間差，讓信號走到上面振子的路徑短一點(diǎn)、走到下面振子的路徑長一點(diǎn)，這樣上面的振子就會提前發(fā)信號、下面的振子就會滯后發(fā)信號，整個天線發(fā)出去的信號就向下傾傾斜了，如圖11例，是電子下傾角（electrical tilt）改變。

另一種，就是機(jī)械下傾，如圖12

通過一系列天線的改進(jìn)再改進(jìn)，最終我們的大部分能量就都往目標(biāo)區(qū)域發(fā)射了，如圖13所示，這樣才是我們想要的信號覆蓋方式。

這里的天線示意圖，是全向天線，現(xiàn)在現(xiàn)網(wǎng)中，都是用定向天線，已經(jīng)很少用全向天線了。

至此，我們認(rèn)識了天饋系統(tǒng)中的天線的一些基站組成單元，以及一些基本的概念，下期，我們再討論，為什么現(xiàn)網(wǎng)采用的大多是定向天線，以及 天線的一些指標(biāo)。