無線網路技術教程(第二版)：原理、應用與實驗（簡體書）

2.7.2 天線的主要指標
1.天線增益
天線增益指輸入功率相等時，實際天線與理想輻射單元在空間同一處產生的信號功率密度之比。其定量描述了天線集中輻射輸入功率的程度。增益受天線方向圖影響，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，則增益越高。增益與全向天線或半波振子天線有關。全向輻射器假設所有方向上的輻射均為等功率，在某一方向的天線增益是該方向的場強。
提高天線增益主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，同時在水平面上保持全向輻射性能。蜂窩網絡中的天線增益決定了網絡邊緣的信號電平，對移動通信系統性能至關重要。增加增益就可在一個確定方向上增大網絡覆蓋范圍，或在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都有一個雙向過程，增加天線增益能同時減少雙向系統的增益余量。
2.方向圖
天線輻射電磁場在固定距離上隨角坐標的分布圖形稱為方向圖。方向圖用輻射場強表示，稱為場強方向圖；用功率密度表示，稱為功率方向圖；用相位表示，稱為相位方向圖。天線方向圖為空間立體圖，但常用兩個互相垂直的主平面內方向圖，稱為平面方向圖。
線狀天線中，由于地面影響較大，都采用垂直面和水平面為主平面。面狀天線則采用E和H平面為主平面。歸一化方向圖取最大值為一。方向圖中包含所需最大輻射方向的輻射波瓣稱天線主波瓣，也稱天線波束。主瓣之外的波瓣稱副瓣、旁瓣或邊瓣，與主瓣相反方向上的旁瓣稱為后瓣。全向天線外形為圓柱，定向天線外形為板狀。
3.極化
極化是描述電磁波場強矢量空間指向的一個輻射特性，習慣上以電場矢量的空間指向作為電磁波的極化方向，而且指在該天線最大輻射方向上的電場矢量。
電場矢量的空間取向在任何時間均不變的電磁波稱直線極化波。以地面為參考，電場矢量方向平行于地面的波稱水平極化波，垂直于地面的波稱垂直極化波。水平極化波和入射面垂直，又稱正交極化波。垂直極化波的電場矢量與入射平面平行，稱平行極化波。電場矢量和傳播方向構成的平面稱極化平面。
電場矢量的空間取向有時并不固定。如果矢量端點描繪的軌跡為圓，稱圓極化波；如為橢圓，則稱橢圓極化波。圓或橢圓極化波均可由兩個互相垂直的線性極化波合成。如大小相等則合成為圓極化波，否則合成為橢圓極化波。
天線可能會在非預定的極化上輻射不需要的能量，該能量稱為交叉極化輻射分量。線極化天線的交叉極化和預定極化方向垂直。而圓極化天線的交叉極化與預定極化旋向相反，交叉極化稱正交極化。
4.其他技術指標
（1）電壓駐波比。天線輸入阻抗與特性阻抗不一致時，反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波，其相鄰電壓最大值和最小值之比即為電壓駐波比。比值過高將縮短通信距離，反射功率將返回發射機功放器件，易燒壞功放管，影響系統正常工作。
（2）端口隔離度。多端口天線（如雙極化天線、雙頻段雙極化天線等）在收發共用時，端口間隔離度應大于30dB。
（3）回波損耗。是天線接頭處的反射與入射功率之比，反映了天線的匹配特性。
（4）無源互調。指接頭、饋線、天線和濾波器等無源部件工作在多個載頻的大功率信號條件下，由于部件本身存在非線性引起的互調效應。
（5）功率容量。指平均功率，包括匹配、平衡、移相及其他耦合裝置，承受功率有限。
其他還有一些指標，如防護能力、工作溫度和濕度、外觀尺寸等。2.7.3天線的關鍵技術
1.天線分集技術
衰落效應是影響通信質量的主要因素之一。快衰落深度可達30～40dB，而通過加大發射功率、增加天線尺寸和高度等方法來消除深衰落并不現實，且會干擾其他通信。分集技術由此而生，在若干支路上接收彼此相關性很小的同一數據信號，然后將各支路信號合并輸出，即可在接收方降低深衰落概率。還可采用分集接收技術減輕衰落影響，獲得分集增益，提高接收靈敏度。
分集是通過多信道（時間、空間、頻率）接收到載有相同信息的多個副本，由于各信道傳輸特性不同，各副本衰落相關性較小，即各副本同時出現深衰落的概率較小，即可提高接收性能。如不采用分集，在噪聲受限條件下，發射機須使用較高功率，才能保證信道較差時鏈路正常。移動通信中手機能量有限，反向鏈路中獲得的功率也較有限，分集可降低發射功率，效果較好。
分集技術有以下兩個特點：一是分散傳輸，接收機能獲得多個獨立攜帶同一信息的衰落信號；二是集中處理，接收機將收到的多個獨立衰落信號合并，以降低衰落影響。
分集技術包括空間分集、時間分集、頻率分集、極化分集和接收合并等。
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