1.4 天線的極化
?????? 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。
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1.4.1 雙極化天線
???? 下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化與-45°極化，它們僅僅在特殊場合下使用。這樣，共有四種單極化了，見下圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把+45°極化和-45°極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線---雙極化天線。
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?????? 下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。
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1.4.2 極化損失
??????? 垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。
??????? 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當(dāng)用+ 45° 極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收+45° 極化或-45°極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失------只能接收到來波的一半能量。
??????? 當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。

1.4.3 極化隔離
?????? 理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為10W，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為10mW。
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1.5 天線的輸入阻抗Z_in
??????? 定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗具有電阻分量R_in和電抗分量X_in ，即Z_in = R_in + j X_in 。電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設(shè)計、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。
?????? 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長有關(guān)，半波對稱振子是最重要的基本天線，其輸入阻抗為Z_in = 73.1＋ｊ42.5 (歐) 。當(dāng)把其長度縮短（３～５）％時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為Z_in = 73.1 (歐) ,（標(biāo)稱75 歐） 。注意，嚴(yán)格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。
?????? 順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即Z_in = 280(歐) ,（標(biāo)稱300 歐）。
?????? 有趣的是，對于任一天線，人們總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當(dāng)接近50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Z_in = R_in = 50 歐------這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。

1.6 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）
????? 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義------
一種是指：在駐波比SWR ≤1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；
一種是指：天線增益下降3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。
在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR不超過1.5 時，天線的工作頻率范圍。
一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上, 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。

1.7 移動通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線
1.7.1 板狀天線
????? 無論是GSM 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長。
???????板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號。

1.7.1 a 基站板狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例

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單個半波振子???????????????????????? 兩個半波振子?????????????????????????????? 四個半波振子
B. 在直線陣的一側(cè)加一塊反射板 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）
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?????? 兩個半波振子????????????????????????????????????? 兩個半波振子
????? （帶反射板）???????????????????????????????????? （帶反射板）
??????垂直面方向圖????????????????????????????????????? 水平面方向圖
????????????????????????? 增益為 G= 11 ~ 14dBi
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兩個半波振子（帶反射板）?????????????? ?兩個半波振子（帶反射板）
在垂直面上的配置?????????????????????????????????在水平面上的配置

C. 為提高板狀天線的增益，還可以進(jìn)一步采用八個半波振子排陣
??????? 前面已指出，四個半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為8 dBi；一側(cè)加有一個反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為14 ~ 17 dBi。
?????? 一側(cè)加有一個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為16 ~ 19 dBi。不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達(dá)2.4 m 左右。

1.7.2 高增益柵狀拋物面天線
????? 從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強(qiáng)，直徑為1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900 兆頻段，其增益即可達(dá)G = 20dBi。它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。
????? 拋物面天線一般都能給出不低于30 dB 的前后比，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。

1.7.3 八木定向天線
???? 八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價格便宜等優(yōu)點。因此，它特別適用于點對點的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。
???? 八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用6 - 12 單元的八木定向天線，其增益可達(dá)10-15dBi。

1.7.4 室內(nèi)吸頂天線
?????室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。
?????現(xiàn)今市場上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計算機(jī)的輔助設(shè)計，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標(biāo)為VSWR ≤ 2 。當(dāng)然，能達(dá)到VSWR ≤ 1.5 更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線, 一般為G = 2 dBi。

1.7.5 室內(nèi)壁掛天線
???? 室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。
????? 現(xiàn)今市場上見到的室內(nèi)壁掛天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計算機(jī)的輔助設(shè)計，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dBi。

2 電波傳播的幾個基本概念
目前GSM 和CDMA 移動通信使用的頻段為：
GSM：890 - 960 MHz， 1710 - 1880 MHz
CDMA: 806 - 896 MHz
806 - 960 MHz 頻率范圍屬超短波范圍；1710 ~1880 MHz 頻率范圍屬微波范圍。
電波的頻率不同，或者說波長不同，其傳播特點也不完全相同，甚至很不相同。

2.1 自由空間通信距離方程
設(shè)發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線增益為GT，工作頻率為f . 接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、發(fā)天線間距離為R，那么電波在無環(huán)境干擾時，傳播途中的電波損耗L0 有以下表達(dá)式：
L₀ (dB) = 10 Lg （ P_T / P_R ）
= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - G_T (dB) - G_R (dB)
[舉例] 設(shè)：P_T = 10 W = 40dBmw ；G_R = G_T = 7 (dBi) ； f = 1910MHz
問：R = 500 m 時， P_R = ？
解答： (1) L₀ (dB) 的計算
L₀ (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - G_R (dB) - G_T (dB)
= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)
（2 ）P_R 的計算
P_R = P_T / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )
= 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW )
順便指出，1.9GHz 電波在穿透一層磚墻時，大約損失(10~15) dB

2.2 超短波和微波的傳播視距
2.2.1 極限直視距離
??????? 超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地表面波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡單地說，空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個極限直視距離Rmax 。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱為照明區(qū)；極限直視距離Rmax 以外的區(qū)域，則稱為陰影區(qū)。不言而語，利用超短波、微波進(jìn)行通信時，接收點應(yīng)落在發(fā)射天線極限直視距離Rmax 內(nèi)。受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax 和發(fā)射天線與接收天線的高度HT 與HR 間的關(guān)系為：
Rmax ＝3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km)
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考慮到大氣層對電波的折射作用，極限直視距離應(yīng)修正為
Rmax ＝ 4.12 { √HT
(m) +√HR (m) } (km)
由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離Re 約為極限直視距離Rmax的70% ，即
Re = 0.7 Rmax .
例如，HT 與HR 分別為49 m 和1.7 m，則有效直視距離為Re = 24 km。

2.3 電波在平面地上的傳播特征
??????? 由發(fā)射天線直接射到接收點的電波稱為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地面反射而到達(dá)接收點的電波稱為反射波。顯然，接收點的信號應(yīng)該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會象1 + 1 = 2 那樣簡單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。波程差為半個波長的奇數(shù)倍時，直射波和反射波信號相加，合成為最大；波程差為一個波長的倍數(shù)時，直射波和反射波信號相減，合成為最小?？梢?，地面反射的存在，使得信號強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。
??????? 實際測量指出：在一定的距離Ri 之內(nèi)，信號強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會作起伏變化；
??????? 在一定的距離Ri 之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號強(qiáng)度將。單調(diào)下降。理論計算給出了這個Ri 和天線高度HT 與HR 的關(guān)系式：
Ri = （4 HT HR ）/ l ， l 是波長。
不言而喻，Ri 必須小于極限直視距離Rmax。

2.4 電波的多徑傳播
?????? 在超短波、微波波段，電波在傳播過程中還會遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等)對電波產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的還有多種反射波（廣義地說，地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)），這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。
?????? 由于多徑傳輸，使得信號場強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動很大，有的地方信號場強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號場強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀€會使電波的極化方向發(fā)生變化。另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波、微波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。

2.5 電波的繞射傳播
???????在傳播途徑中遇到大障礙物時，電波會繞過障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波、微波的頻率較高，波長短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號強(qiáng)度小，形成所謂的“陰影區(qū)”。
?????? 信號質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線與建筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。例如有一個建筑物，其高度為10 米，在建筑物后面距離200 米處，接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響，但在100 米處，接收信號場強(qiáng)比無建筑物時明顯減弱。注意，誠如上面所說過的那樣，減弱程度還與信號頻率有關(guān)，對于216 ～ 223 兆赫的射頻信號，接收信號場強(qiáng)比無建筑物時低16dB，對于670 兆赫的射頻信號，接收信號場強(qiáng)比無建筑物時低20dB .如果建筑物高度增加到50 米時，則在距建筑物1000 米以內(nèi)，接收信號的場強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號強(qiáng)度與通信質(zhì)量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn)，影響越小。
?????? 因此，選擇基站場地以及架設(shè)天線時，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響，注意到對繞射傳播起影響的各種因素。