姓名：李浩
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【嵌牛导读】本文简单介绍一下射频天线。
【嵌牛鼻子】射频天线
【嵌牛提问】什么是射频天线？
【嵌牛正文】
天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
今天我们简单的介绍天线的基本知识，和大家一起了解关于天线知识的一些基本概念与发展。
天线的神秘面纱
天线这个词的英文是Antenna，原意为触须的意思。触须就是昆虫头顶上的两根长长的细丝，可别小瞧这样不起眼的玩意儿，昆虫正是由这些触角发送的各种化学信号来传递各种社交信息的。
在人类世界里，无线通信也是通过天线来传递信息的，只不过传递的是承载着有用信息的电磁波。
在史前时代，每个城市的最高建筑必然是电视塔，电视也都是通过天线来接收从电视塔发来的信号的，其顶上的两根触角一样的鞭状天线形成了很多人对天线的最初印象。不论是形状还是作用都和昆虫的触须完全类似。
除此之外，还有各种各样，形形色色的不同类型的天线，按照不同的分类方法都可以给出不同的类型。
1、按工作性质可分为发射天线和接收天线。
2、按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。
3、按方向性可分为全向天线和定向天线等。
4、按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等。
5、按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。
6、按维数来分可以分成两种类型：一维天线和二维天线。
7、天线根据使用场合的不同可以分为：手持台天线、车载天线、基地天线三大类。
就像盲人摸象一样，每种分类方式都只能描述天线的一个侧面或者一类特征，把这些分类法所针对的特征全部糅合起来才能看清天线的全貌。
天线功能的实质
天线之所以能高速地传递信息，就是因为它能把载有信息的电磁波发射到空气中，以光速进行传播，最终抵达接收天线。
这就好像用高速列车运送乘客一样，如果把信息比作乘客，那么运送乘客的工具：高速列车就是电磁波，而天线就相当于车站，负责管理调度电磁波的发送。
那么，什么是电磁波呢？
科学家对电和磁这两种神秘力量研究了上百年，最终英国的麦克斯韦提出：电流能在其周边产生电场，变化的电场产生磁场，变化的磁场又产生电场。最终这个理论被赫兹的实验所证实。
电磁场在这样的周期性变换中，电磁波就辐射出来，向空间传播。详情见文章：“电磁波看不见摸不着，这个年轻人的奇思妙想改变了世界”。
一般情况下，振子的大小在半个波长的时候效果最好，所以也经常被称作“半波振子”。有了振子，电磁波就可以源源不断地往外发射了。半波振子把电磁波源源不断地向空间传播，但信号强度在空间上的分布却并不均匀，像是轮胎一样的环形。但实际上，我们基站的覆盖需要在水平方向上更远一些，毕竟需要打电话的人都在地上；垂直方向就到高空了，高空中也没啥需要边飞边刷抖音的人（航线覆盖是另外一个话题，下次再讲），因此，在电磁波能量的发射上，需要增强水平方向，削弱垂直方向。根据能量守恒原理，能量既不会增加也不会减少，如果要提高水平方向的发射能量，就要削弱垂直方向的能量。
后瓣的存在破坏了定向天线的方向性，是要极力缩小的。前后波瓣之间的能量比值叫做“前后比”，这个值越大越好，是天线的重要指标。上旁瓣的宝贵的功率白白地发射向了天空，也是不小的浪费，所以在设计定向天线时要尽量把上旁瓣抑制到最小。另外，主瓣和下旁瓣之间有一些空洞，也称为下部零陷，导致离天线较近的地方信号不好，在设计天线的时候要尽量减少这些空洞，称作“零点填充”。
天线极化
电磁波的传播本质上是电磁场的传播，而电场是有方向的。如果电场方向垂直于地面，我们称它为垂直极化波。同理，平行于地面，就是水平极化波。如果电场的方向和地面成45°夹角，我们就其称为±45°极化。由于电磁波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，从而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。作为折中优化方案，现在主流的天线都是采用的±45°两种极化方式叠加起来，由两个振子在一个单元内形成两个正交的极化波，被称为双极化。这种实现方式在保证性能的同时，也使得天线的集成度大大提高。
所有天线都在其安装支架上设有带角度刻度的旋钮，通过扭动旋钮来控制支架的机械运动，就可以调节下倾角了。所以，通过这种方式调整下倾角又叫机械下倾。
随着AISG协议的向后演进，不但垂直方向的下倾角可以远程调整，连水平方向的方位角，还有主波瓣的宽度和增益都可以远程调整了。
并且，由于各运营商的无线频段越来越多，加之4G的MIMO等技术对天线端口数量的要求剧增，天线也逐渐由单频双端口向多频多端口演进。
天线的原理看似简单，但对性能精益求精的追求却没有止境。本文到此，也只是定性地描述了基站的基本知识，至于里面更深的奥妙，如何更好地支持向5G的演进，一波波的通信人还在上下而求索。
