天线是任何无线通信系统的必需组成部分。天线的功能就是定向辐射或接收无线电波信号。发射状态下传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，接收状态下将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。
电子系统对天线的功能有如下要求：
1：能量转换功能，天线需要高效地将馈线系统传播的导波能量转换为电磁波能量。
2：方向性器件，发射天线能将能量定向地辐射到设定方向，接收天线只接收机设定方向的无线电波。
3：天线是极化器件，应能发射或接收规定极化的电磁波。
4：天线是馈线系统的负载，需要和馈线系统进行很好的阻抗匹配。
5：天线需要满足电子系统工作频段的要求。
天线的测试性能指标也包含这些方面的要求。
天线的性能参数
- Radiation Patten—辐射方向图。 通常指天线的远场辐射特性（ θ，φ）
- Directivity —方向性（θ，φ）。描述天线在某特定方向相对于全向辐射状态的辐射功率强度，通常也指最大值
- Gain—增益。增益与方向性有密切关系，但其同时将天线损耗等因素考虑在内。
- Polarization—极化方式。描述天线工作方式
- Efficiency—效率。包括：天线辐射效率：考虑天线损耗。天线效率：整体考虑，包括天线的导体、介质损耗等
- Effective Isotopically Radiated Power (EIRP) —前向辐射功率。EIRP = TX power + antenna gain – cable loss
- Input Impedance and VSWR —输入阻抗、驻波。描述天线匹配状况、工作特性
我们将介绍天线的主要参数，包括电路参数和空间辐射场参数。
天线方向图
天线方向图可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。天线的辐射功率在某些方向大，有些方向小。天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。
什么是天线方向图？
天线方向图指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强即归一化场强的大小随方向变化的曲线图。
一般是三维的立体方向图。但通常情况下，均采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面即所谓“主平面”来表示。 在超高频天线中，通常采用与场矢量相平行的两个主平面，即 E平面:所谓E平面就是电场矢量所在的平面。
H平面: 所谓H平面就是磁场矢量所在的平面。
天线平面方向图
球坐标系
立体方向图
半波对称振子天线的方向图
对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
什么是对称振子？
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。
对称振子
另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子。
垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图。在它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图中 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上，在水平面上各个方向上的辐射一样大。
沿z轴放置的电基本振子的E平面和H平面方向图
什么是天线主瓣宽度/天线波束宽度?
天线方向图通常有一个主要最大值和若干个次要最大值。头两个零值之间的最大辐射区域是主瓣，其它次要的最大值区域都是旁瓣。
在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。
主瓣宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角。
旁瓣电平(side lobe level)：指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平，一般以分贝表示。
主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。
什么是天线前后比(front-to-back ratio)?
前后比(front-to-back ratio)：是指最大辐射方向(前向)电平与其相反方向(后向)电平之比，通常以分贝数表示。
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。
天线阻抗和天线工作工作频率范围
什么是天线输入阻抗？
天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。
输入阻抗具有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。
输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线 ，其输入阻抗为 Zin = 73.1＋ｊ42.5 Ω 。当把其长度缩短（３～５）％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为 Zin = 73.1 Ω,（标称 75 欧） 。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。
顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即Zin = 280 Ω，（标称300欧）。
有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 Ω------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。
从能量传输的角度看，天线是馈线系统的终端负载。当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。
而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。
天线的方向特性，极化特性，阻抗特性及效率等参数都和频率有关。
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义：
方式1：在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；
方式2：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。
在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。
天线极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。
如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。
天线极化隔离
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+ 45° 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45° 极化或 -45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失--只能接收到来波的一半能量。
隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例。
什么是天线完全极化隔离？
当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
来源：是德科技
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