天线指标和参数解析

可以从很多不同的角度来描述一个人的特点。从身体素质的角度上讲，可以描述其身高、体重和外形等（天线的尺寸、重量、材质等可见的外在物理特性，称为机械指标）；从文化素质的角度上讲，可描述他的专业范围，学历、学习能力等（天线的频率范围、增益、波束宽度、前后比、极化方式、功率等不可见的内在的电气特性，称为电气指标）。一个人的身体素质和文化素质是不管有没有工作都存在的指标，相对稳定（天线的机械指标和电气指标在出厂后就确定了。设计施工时需要考虑这些指标，但不能改变这些指标）。

而从实际工作的岗位上看，此人可能有一定的职位（如处长），负责一定的工作、管辖一定的范围。上级在安排他的工作时，可能考虑了他的身体素质和文化素质，也可能根据工作的实际需要，调整他的工作岗位（根据天线的机械特性、电气特性，结合实际无线环境，确定使用天线的工程参数，包括高度、方向角、下倾角、安装位置）。

天线的机械指标和电气指标是在出厂前已经确定的天线参数，而天线的工程参数是在设计和规划过程中根据无线环境的情况确定的。

机械指标主要决定了天线的安装方式；电气指标和工程参数共同决定了天线的覆盖范围和覆盖区域的信号质量。

天线的机械指标、电气指标和工程参数的具体内容如表2-16所示。

表2-16 天线的指标和参数

在室内环境中使用天线，更关注的是天线的电气指标。

天线总是在一定的频率范围内工作，为一定的无线制式服务。从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽满足频带要求即可。

下面详细介绍天线增益、辐射方向图、天线的波瓣宽度等指标。

（1）天线增益

你走在戈壁滩上，渴望有人结伴而行。突然发现前面不远处有一个人，你大声呼喊：“嗨……”他没有听到。你用手做喇叭状置于嘴前，继续喊：“嗨……”这次他听到了。手做喇叭状置于嘴前，对声音的传播就有增益。此时，手的作用是在声音不增大的情况下使声音传得更远，效果更好。

天线增益，简单地讲，是指无线电波通过天线后传播效果改善的程度。既然是效果改善，就得有个比较的基准。

假如想使自己的声音传得更远，用牛皮纸做一个喇叭状的纸筒置于嘴前呼喊，比用手做喇叭状置于嘴前呼喊的效果好1倍，而比直接呼喊效果好1.5倍。也就是说，比较的基准不一样，增益的数值不一样。

天线增益一般用dBi和dBd两种单位表示。

dBi用于表示天线的最大辐射方向的场强相对于点辐射源在同一地方的辐射场强的大小。

点辐射源是全向的。它的辐射是以球面的方式向外扩散的，没有辐射信号的集中能力。太阳在宇宙中，可以认为是点辐射源，没有能量的集中能力，或者说增益为0 dBi。

天线的辐射是有方向性的。同样的信号功率，在天线的最大辐射方向的空间某一点，肯定比点辐射源在空间某一点的场强大。

dBd用于表示天线的最大辐射方向的场强相对于偶极子辐射源在同一地方的辐射场强的大小。

偶极子辐射不是全向的。它对辐射的能量有一定的集中能力，在最大辐射方向上的辐射能力，比点辐射源要大2.1 5dB，如图2-33所示。也就是说，0 dBd等于2.15 dBi，即用dBi表示的天线增益数值比用dBd表示的天线增益数值大2.15。

目前常见的天线增益从0 dBi到20 dBi都有，一般室分系统的天线增益在0～8 dBi之间，而室外的天线增益从9 dBi（全向天线）到18 dBi（定向天线）都有应用。

（2）天线的辐射方向图

方向图用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力，是天线辐射特性在空间坐标中的图形化表示。

图2-33 dBi和dBd的参考基准(www.xing528.com)

理论上，天线的方向图是立体的。但为了便于作图显示，提出了水平波瓣图和垂直波瓣图的概念。把天线方向图沿水平方向横切后得到的截面图，叫做水平波瓣图；把天线方向图沿垂直方向纵切后得到的截面图，叫做垂直波瓣图。

方向图还可分为全向天线的方向图和定向天线的方向图。

全向天线的水平波瓣图在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的，如图2-34所示。

全向天线的垂直波瓣图在各个方向的辐射强度是不相同的，但以天线为轴左右对称，如图2-35所示。

图2-34 全向天线的水平波瓣图

图2-35 全向天线的垂直波瓣图

定向天线的水平波瓣图和垂直波瓣图在各个方向的辐射强度是不相同的。定向天线的水平波瓣图如图2-36所示，垂直波瓣图如图2-37所示。

波瓣图一般包括主瓣和旁瓣，主瓣是辐射强度最大方向的波束；旁瓣是主瓣之外的、沿其他方向的波束；与主瓣相背方向上也可能存在电磁波泄露形成的波束，叫做背瓣或后瓣，如图2-37所示。

图2-36 定向天线的水平波瓣图

图2-37 定向天线的垂直波瓣图

（3）波瓣宽度

所谓波瓣宽度，是指天线辐射的主要方向形成的波束张开的角度。波束张开的角度怎么算，是个问题。因为波瓣图形上任何两点和辐射源点的连线都可以形成一个角度，如果这样的话，波瓣宽度可以是任何值。所以定义了3 dB波瓣宽度。

3 dB波瓣宽度就是信号功率比天线辐射最强方向的功率差3 dB的两条线的夹角，如图2-38所示。

一般来说，天线的波瓣宽度越窄，它的方向性越好，辐射的无线电波的传播距离越远，抗干扰能力越强。

波瓣宽度也有水平和垂直之分。

全向天线的水平波瓣宽度为360°，而定向天线的常见3dB水平波瓣宽度有20°、30°、65°、90°、105°、120°、180°等多种。

天线的3 dB垂直波瓣宽度与天线的增益、3dB水平波瓣宽度相互影响。在增益不变的情况下，水平波瓣宽度越大，垂直波瓣宽度就越小。一般定向天线的3 dB垂直波瓣宽度在10°左右。

图2-38 天线的波瓣宽度

如果3 dB垂直波瓣宽度过窄，会出现“塔下黑”的问题。也就是说，在天线下方会有较多的覆盖盲区。在天线选型时，为了保证对服务区的良好覆盖，减少死区，在同等增益条件下，所选天线的3 dB垂直波瓣宽度应尽量宽一些。