今天我要給大家介紹的，是天線。

嗯，就是這個(ge) 東(dong) 東(dong) ：

天線，是我們(men) 生活中很常見的一種通訊設備。但是，大部分人其實對它並不了解，可能隻知道它是收發信號的。

所以，小編用一個(ge) 禮拜的時間，憋了一個(ge) 大招，碼出了這篇文章——

本文麵向零基礎讀者，專(zhuan) 業(ye) 或非專(zhuan) 業(ye) 人士，皆可閱讀，絕對通俗易懂，幹貨滿滿。

廢話不多說，直入正題！

話說，自從(cong) 1894年老毛子科學家波波夫成功發明了天線之後，這玩意迄今已有124年的曆史（數了3遍，應該沒錯

）。

波波夫和他的發明

在這漫長的曆史長河之中，它對人類社會(hui) 發展和進步做出了卓絕的貢獻。

二戰中屢立奇功的英國雷達天線

如今，不管是老百姓日常工作生活，還是科學家進行科研探索，都離不開天線君的默默奉獻。

天線究竟是一根什麽(me) 樣的“線”，為(wei) 什麽(me) 會(hui) 如此徹底地改變我們(men) 的生活？

其實，天線之所以牛逼，就是因為(wei) 電磁波牛逼。

電磁波之所以牛逼，一個(ge) 主要原因就是，它是唯一能夠不依賴任何介質進行傳(chuan) 播的“神秘力量”。即使在真空中，它也能來去自如，而且轉瞬即至。

電磁波效果圖

電磁波傳(chuan) 播示意圖

想要充分利用這股“神秘力量”，你就需要天線。

在無線電設備中，天線就是用來輻射和接收無線電波的裝置。

天線的英文名：Annna（也有觸須、直覺之意）

再通俗點，天線就是一個(ge) “轉換器”——把傳(chuan) 輸線上傳(chuan) 播的導行波，變換成在自由空間中傳(chuan) 播的電磁波，或者進行相反的變換。

天線的作用

什麽(me) 叫導行波？

簡單來說，導行波就是一種電線上的電磁波。

天線是怎麽(me) 實現導行波和空間波之間轉換的呢？

看下圖：

中學物理學過，兩(liang) 根平行導線，有交變電流時，就會(hui) 形成電磁波輻射。

兩(liang) 根導線很近時，輻射很微弱（導線電流方向相反，產(chan) 生的感應電動勢幾乎抵消）。

兩(liang) 根導線張開，輻射就會(hui) 增強（導線電流方向相同，產(chan) 生的感應電動勢方向相同）。

當導線的長度增大到波長的1/4時，就能形成較為(wei) 的輻射效果！

有了電場，就有了磁場，有了磁場，就有了電場，如此循環，就有了電磁場和電磁波。。。

電生磁，磁生電

再來個(ge) 動圖，大家感受一下這個(ge) 優(you) 美的過程：

導線電流方向的變化，產(chan) 生了變化的電場

產(chan) 生電場的這兩(liang) 根直導線，就叫做振子。

通常兩(liang) 臂長度相同，所以叫對稱振子。

長度像下麵這樣的，叫半波對稱振子。

半波對稱振子

把導線兩(liang) 頭連起來，就變成了半波對稱折合振子。

半波對稱折合振子

有點像刷牆的油漆刷子。

對稱振子是迄今最為(wei) 經典，使用最為(wei) 廣泛的天線。

理論還是有點枯燥啊，趕緊的，我們(men) 來結合一下實物。

真實世界中的振子，是個(ge) 什麽(me) 樣？

Duang！就是這樣——

就是這麽(me) 個(ge) 金屬片。。。半波對稱振子（非折合）

好吧，其實上麵這個(ge) 隻是振子的一個(ge) 傳(chuan) 統形態，它還有N種變（身）態：

造型怪異的振子

懵逼了吧？如果說振子就是天線，那這哪裏是天線嘛？我們(men) 現實生活中看到的天線不是這個(ge) 鳥樣啊？

放心！作為(wei) 一個(ge) 百年一遇的良心公眾(zhong) 號，鮮棗課堂騙天騙地都不敢騙各位粉絲(si) 爸爸！

確切地說，振子不是一個(ge) 完整的天線。振子是天線的核心部件，形態會(hui) 隨天線的形態變化而變化。

而天線的形態，實在是太TM多了。。。多了。。。了。。。

總而言之，成百上千。。。

雖然天線的形態千奇百怪，但是根據相似度，也可以進行大致歸類。

按波長分：中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線...

按性能分：高增益天線、中增益天線...

按指向分：全向天線、定向天線、扇區天線...

按用途分：基站天線、電視天線、雷達天線、電台天線...

按結構分：線天線、麵天線...

按係統類型分：單元天線、天線陣...

……

如果按照外型來分，常見的幾種，如下圖：

鞭狀天線

拋物麵天線

八木天線

PS：八木天線並不是八根木頭，雖然我數學不好，但是八我還是數得來的。之所以叫八木，是因為(wei) 它是二十世紀20年代日本人八木秀次和宇田太郞發明的，叫“八木宇田天線”，簡稱“八木天線”（可憐的宇田）。

我們(men) 通信汪最關(guan) 心的，當然是——通信基站天線！

基站天線，是基站天饋係統的組成部分，也是移動通信係統的重要組成部分。

基站天線一般分為(wei) 室內(nei) 天線和室外天線。

室內(nei) 天線通常包括全向吸頂天線和定向壁掛天線等。

我們(men) 重點說說室外的。

室外基站天線也分為(wei) 全向的和定向的。定向天線再細分為(wei) 定向單極化天線和定向雙極化天線。

什麽(me) 是極化？別急，我們(men) 待會(hui) 再說。我們(men) 先說說全向和定向。

其實顧名思義(yi) ，全向天線就是向四周發射和接收信號的，而定向天線，是向指定方向。

室外全向天線，是這樣的：

就是一根棒子，有粗的，也有細的。

它裏麵的振子，是這樣的：

相比全向天線，現實工作生活中，定向天線使用最為(wei) 廣泛。

它大部分時候看上去就是一個(ge) 板子，所以叫板狀天線。

板狀天線，主要由以下部分組成：

輻射單元（振子）

反射板（底板）

功率分配網絡（饋電網絡）

封裝防護（天線罩）

之前我們(men) 看到那些奇怪形狀的振子，其實都是基站天線的振子。

大家注意到沒，這些振子的角度，有一定的規律：要麽(me) 是“＋”，要麽(me) 是“&mes;”。

嗯，這就是前麵我們(men) 提到的“極化”。

無線電波在空間傳(chuan) 播時，其電場方向是按一定的規律而變化的，這種現象稱為(wei) 無線電波的極化。

如果電波的電場方向垂直於(yu) 地麵，我們(men) 稱它為(wei) 垂直極化波。同理，平行於(yu) 地麵，就是水平極化波。另外，還有±45°的極化。

不僅(jin) 如此，電場的方向還可以是螺旋旋轉的，叫橢圓極化波。

雙極化，就是2個(ge) 天線振子在一個(ge) 單元內(nei) ，形成兩(liang) 個(ge) 獨立波。

采用雙極化天線，可以在小區覆蓋時減少天線的數量，降低天線架設的條件要求，進而減少投資，還能保證覆蓋效果。總之，就是好處多多。

密集恐懼症又犯了。。。

我們(men) 繼續前麵全向和定向天線的話題。

為(wei) 什麽(me) 定向天線可以控製信號的輻射方向呢？

我們(men) 先來看個(ge) 圖：

這種圖，叫做天線方向圖。

因為(wei) 空間是三維立體(ti) 的，所以這種從(cong) 上往下的俯視，以及從(cong) 前往後的正視，會(hui) 更加清晰直觀地觀察到天線輻射強度的分布。

上圖也是一對半波對稱振子產(chan) 生的天線方向圖，有點像個(ge) 平放的輪胎。

話說，天線的諸多特性中，一個(ge) 很重要的能力，就是輻射距離。

怎樣才能讓這個(ge) 天線的輻射距離更遠呢？

答案就是——

拍它。。。

這下輻射距離不就遠了嘛。。。

問題是，輻射這玩意，看不見抓不著，你想拍它，也拍不著啊。

在天線理論裏，如果你想拍這一巴掌，正確的做法是——增加振子。

振子越多，輪胎越扁。。。

這個(ge) 造型有點像那啥啊。。。嗬嗬

好了，輪胎被拍成了餅，信號距離是遠了，而且，它是向周圍360°發散的，是個(ge) 全向天線。這種天線，放在荒郊野外，是極好的。但是，在城市裏，這種天線就很難玩得轉了。

城市裏，人群密集，建築林立，通常需要使用定向天線，對指定範圍進行信號覆蓋。

城區基本上都是定向天線

於(yu) 是乎，我們(men) 就需要對全向天線進行“改造”。

首先，我們(men) 要想辦法把其中一側(ce) “擠一擠”：

怎麽(me) 擠呢？我們(men) 加上反射板，擋在一側(ce) 。然後，配合多個(ge) 振子，進行“聚焦”。

最後，我們(men) 得到的輻射形狀，是這樣的：

圖中，輻射強度最大的瓣稱為(wei) 主瓣，其餘(yu) 的瓣稱為(wei) 副瓣或旁瓣，屁股上還會(hui) 有一點尾巴，叫後瓣。

呃，這個(ge) 造型，有點像。。。茄子？ 

對於(yu) 這個(ge) “茄子”，你可以想一想，怎樣才能最大化利用它進行信號覆蓋呢？

抱著它站在馬路上，肯定是不行的，障礙物太多。

站得高，看得遠，我們(men) 肯定要往高處走啊。

到了高處，怎麽(me) 才能往下照呢？聰明如我的你，一定想到了，很簡單啊，天線本體(ti) 往下傾(qing) 斜不就OK啦？

是的，在安裝時，直接傾(qing) 斜天線，是一個(ge) 辦法，我們(men) 稱之為(wei) “機械下傾(qing) ”。

現在的天線，安裝時都具備這個(ge) 能力，一個(ge) 機械臂，搞定。

但是，機械下傾(qing) 也存在一個(ge) 問題——

采用機械下傾(qing) 時，天線垂直分量和水平分量的幅值是不變的，所以天線方向圖嚴(yan) 重變形 。

這肯定不行啊，影響了信號覆蓋。於(yu) 是，我們(men) 采用了另外一種辦法，就是電調下傾(qing) ，簡稱電下傾(qing) 。

簡而言之，電下傾(qing) 就是保持天線本體(ti) 的物理角度不變，通過調整天線的振子相位，改變場強強度。

來個(ge) 動圖，就看明白了：

相比於(yu) 機械下傾(qing) ，電下傾(qing) 的天線方向圖變化不大，下傾(qing) 度數更大，而且，前瓣和後瓣都朝下。

當然啦，在實際使用中，經常會(hui) 機械下傾(qing) 和電調下傾(qing) 配合使用。

下傾(qing) 之後，就變成了這樣——

在這種情況下，天線的主要輻射範圍，得到了較充分的利用。

但是，還是有問題存在的：

1 主瓣和下旁瓣之間，有一個(ge) 下部零深，會(hui) 造成這個(ge) 位置的信號盲區。通常，我們(men) 稱之為(wei) “燈下黑”。

2 上旁瓣的角度較高，影響距離較遠，很容易造成越區幹擾，也就是說，信號會(hui) 影響到別的小區。

所以，我們(men) 必須努力填補“下部零深”的空缺，壓製“上旁瓣”的強度。

具體(ti) 的辦法，就是調節旁瓣的電平，采用波束賦形等手段，裏麵的技術細節就有點複雜了。大家感興(xing) 趣的話，可以自行搜索相關(guan) 資料。

這裏麵的學問，真的很深，所以，無數的天線專(zhuan) 家都在鑽研這方麵的課題，不斷地研發、測試。

上圖為(wei) 天線測試暗室

一款優(you) 秀的天線，離不開良好的工藝，可靠的材料，還有不斷的測試。

好啦，文章寫(xie) 到這裏，就該結束啦！能看到這裏的，絕對都是真愛啊！

實際上，天線的知識還有很多，遠不止本文所述。限於(yu) 篇幅，今天還是先到這裏吧。

總之，天線確實是一門精深的學問，遠比大家想象得複雜。而且，目前也處於(yu) 高速發展的階段，還有很大的潛力可以挖掘。

尤其是即將到來的，天線技術革新是其中的重中之重，各大設備廠家一定會(hui) 在天線上全力以赴，做足文章。

到時候會(hui) 有什麽(me) 樣的天線黑科技出現？讓我們(men) 拭目以待吧！