通俗易懂！看完你就是半个天线专家了( 三 ) 01—揭开天线的面纱众所周知

到了这里，对天线的最重要的指标：“增益”的解释就水到渠成了。
顾名思义，增益就是指天线能把信号增强。按理说天线时不需要电源的，只是把传给它的电磁波发射出去，怎么又会有“增益呢”？
其实，有没有“增益” ，关键看跟谁比，怎么比。
如下图所示，相对于理想的点辐射源和半波振子，天线在可以把能量聚集在主瓣方向，能把电磁波发送地更远，相当于在主瓣方向上增强了。也就是说，所谓增益是在某个方向上相对于点辐射源或者半波振子来说的。

文章图片
那么，到底怎么衡量天线主波瓣的覆盖范围和增益呢？这就需要再引入一个“波束宽度”的概念。我们把主瓣上中心线两侧电磁波强度衰减到一半时的范围称为波束宽度。
因为强度衰减一半，也就是3dB ，所以波束宽度也叫“半功率角” ，或者“3dB功率角” 。

文章图片
常见的天线半功率角以60°居多，也有窄一些的33°天线。半功率角越窄，主瓣方向信号传播地越远，增益就越高。
下来我们把天线的水平方向图和垂直方向图结合起来，就得到了立体图辐射图，看起来直观多了。

文章图片
显然，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” 。
03
—
与天线坦诚相见
下面再说天线的另一个重要概念：极化。
前面已经提到过，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。

文章图片
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。

文章图片
这就是天线示意图里面喜欢画上若干个叉叉的原因，这些叉叉既形象地表示了极化方向，也表示了振子的数量。

文章图片
有了高增益的定向天线，直接挂在塔上就可以了吗？
显然，挂地低了建筑物遮挡太多，不行；挂高了，空中又没人，白白浪费信号，而且让信号传得太远的话，基站还可以勉强接受，但手机的发射功率太小，发了基站也收不到。
因此，这天线得对着有人的地面上发射信号，覆盖的范围还得控制住。这就需要把天线下倾一个角度，像路灯一样，每根天线各自负责各自区域的覆盖。

文章图片
这就引入了天线下倾角的概念。
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。

文章图片
但这种方式有两个明显的弊端。
第一就是麻烦。为了做网络优化调整个角度，就需要工程师上站爬塔，实际效果咋样还不好说，实在是不方便，成本高。