【導(dǎo)讀】隨著5G時代到來，毫米波、massive mimo引入，天線的工作模式將發(fā)生質(zhì)的變化。基站天線天天見，你一定好奇它里面到底是些什么鬼？如同電燈泡將電能轉(zhuǎn)換為光波，小提琴將位能（力量）轉(zhuǎn)換為聲波，天線是將射頻“電能”轉(zhuǎn)換為電磁波的器件。一個完美的天線應(yīng)至少有其設(shè)計在發(fā)射電波頻率的1/2波長，就如同琴弦的道理一樣。
什么是天線？是電燈泡，是小提琴。
如同電燈泡將電能轉(zhuǎn)換為光波，小提琴將位能（力量）轉(zhuǎn)換為聲波，天線是將射頻“電能”轉(zhuǎn)換為電磁波的器件。一個完美的天線應(yīng)至少有其設(shè)計在發(fā)射電波頻率的1/2波長，就如同琴弦的道理一樣。
通用的天線原理是：導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射。若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，輻射很弱；將兩導(dǎo)線張開電場就散播在周圍空間，輻射增強。
以偶極天線（園棍式的全向天線）為例，結(jié)構(gòu)大都為兩個1/4波長電線或鋼、鋁管組成的直條形，構(gòu)成了一個1/2波長的半波振子。
其腹部四周產(chǎn)生電磁波，但天線的兩個頂端則幾乎不會產(chǎn)生電波。因此，我們看到一個單一的半波振子具有“面包圈” 形的輻射方向圖。
如何理解天線增益？從八木天線說起
偶極天線通常用來做參考天線，其增益被定義為"1"，又稱為"0dB"，假如將2支偶極天線巧妙安排，又能不互相影響，并將電能先后經(jīng)過2支天線，則理論上將會使某一個小角度內(nèi)的電波強度提高2倍，即 "3dB"。
依此類推，如果我們把多節(jié)偶極天線上下排列，就可將電波強度一直提高，通常可在10dB以下，但總能量并沒有增多或減少，只是其它角度的電波將消失而集中于更窄的角度。
此刻你想到了什么？八木天線，也叫排骨天線。
增益的定義是：指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、旁瓣越小，增益越高。
我們經(jīng)常看到用dBi來表示天線的增益，因此需要理解dBi的含義。
如上圖所示，虛線為 "點" 輻射源，代表一個理論上存在但實際做不到的理想球體，它的電波向四面八方平均發(fā)射而形成一個球狀。在相同功率下，在任意方向，它的電波強度均為偶極天線的0.6倍，即 "-2.15dB"，換句話說，如果理想點發(fā)射源被定義為 “1”，即 "0 dB"，則偶極天線腹部電場強度最高點為其1.6倍，即 “2.15dB"。為免混淆，通常寫成 "2.15dBi"，這里的 "i" 代表球體發(fā)射為基準(zhǔn)。“i”表示isotropic，即各向同性。
所以，一支增益為 2.15dBi 的天線就是增益為0dB的天線，也就是無增益的普通天線。
天線輻射方向圖
方向圖比較：
下面這個3D打印的天線輻射模型，鵝妹子嚶，是不是有想一口吃掉的沖動？
下圖是模型，放在辦公室作擺件一定是極好的。
天線輻射方向圖一般為三維輻射立體圖，用來表述天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射和接收電磁波的能力。
實際評判中將其轉(zhuǎn)化成的二維平面圖形，即水平面方向圖及垂直面方向圖。
輻射參數(shù)
…
下傾
天線有兩種調(diào)下傾角方法：機械俯仰角和電調(diào)俯仰角。
電調(diào)：通過改變饋入各振子的信號相位來改變天線主瓣的下傾角度。
電調(diào)俯仰角的優(yōu)點是方向圖不會明顯變形。
天線的組成部件
天線主要由四部分組成：輻射單元（天線單元）、反射板（底板）、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)）和封裝防護（天線罩）。
對于定向天線，輻射單元固定在反射板上，反射板把輻射控制到單側(cè)方向，將平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。
通常輻射單元包括半波振子、微帶貼片和背腔縫隙式三種類型。
多頻段天線具有獨立的饋電網(wǎng)絡(luò)和獨立的輻射單元列。
5G天線蓬勃發(fā)展
從2G到4G，移動基站天線經(jīng)歷了全向天線、定向單極化天線、定向雙極化天線、電調(diào)單極化天線、電調(diào)雙極化天線、雙頻電調(diào)雙極化到多頻雙極化天線，以及MIMO天線、有源天線等過程。
隨著5G時代到來，毫米波、massive mimo引入，天線的工作模式將發(fā)生質(zhì)的變化。
簡單對比4G和5G的天線輻射模型...
由于5G工作于高頻段，信號容易衰減，因此需要采用波束賦形的辦法，即大規(guī)模多天線系統(tǒng)控制每一個天線單元的發(fā)射（或接收）信號的相位和信號幅度，產(chǎn)生多束具有高度指向性的窄波束，使得信號能量集中，提升增益，來補償無線傳播損耗，且可降低干擾。
▲控制相位產(chǎn)生靈活的指向波束
且還會采用波束跟蹤技術(shù)，以解決“切換”問題，使終端保持不間斷的移動性連接。就像是為終端用戶“定制”信號一樣。
天線的尺寸通常與頻率有關(guān)，所以，你看到3G天線比2G小（2G工作頻段低于3G）。到了5G時代，天線也將越來越小。
最后，回顧一下天線史。
19世紀(jì)末期，全球不過只有幾根天線，僅用于電磁波實驗。到了第二次世界大戰(zhàn)時期，天線分布普遍，主要用于廣播、電視信號傳播，不過也無非最多是一戶家庭安裝一根天線。
到了21世紀(jì)初期，移動通信和手機興起，天線爆發(fā)增長，每一個人都至少有一部手機，每一個人都自帶一根或多根天線。
然而，這一增長速度并不會減慢。
5G來了，萬物互聯(lián)。以后我們將看到世界上的每一件物都將自帶天線，汽車、機械手、冰箱、水表... 天線無處不在。
推薦閱讀：
