在当今蓬勃发展的通信技术浪潮中，天线作为射频领域至关重要的关键组件，宛如无线电设备的敏锐 “触角”，发挥着不可替代的作用。它承担着将传输线上的导行波与空间中的电磁波进行相互转化的重任，从而实现信号的高效发射与接收。从人们日常使用的手机通信，到神秘而强大的雷达探测；从家庭中电视信号的稳定接收，到底层复杂的遥感技术应用，天线的身影无处不在。其性能的优劣，直接决定了通信质量的高低以及信号覆盖范围的大小。本文将全方位、深入地剖析天线的工作原理、分类、性能指标以及测量方法，带您一同领略天线这一神奇世界的独特魅力。
　　一、天线的工作原理

　　当高频电流在导体中流动时，会在其周围激发起复杂的电磁场。这种电磁场的辐射能力与导线的长度和形状有着紧密的联系。以经典的半波偶极子天线为例，在交变电流的作用下，其两端的振子会产生电磁场，并且极性每半个周期变换。形成的电磁场和磁场呈球形且互为直角正交。这种看似简单的结构，却具有高效的辐射性能，是众多天线设计的基础。

　　振子是产生电磁场的部件，当两臂长度相等时，被称为对称振子。其中，每臂长度为 1/4 波长的振子被称为半波振子。半波振子既可以独立使用，也能通过多个半波对称振子组成天线阵，以满足不同的通信需求。根据公式 c=λf，我们可以计算出不同频率下半波振子的长度。例如，在 800MHz 频率下，半波振子长度约为 200mm；在 2.4GHz 时，长度约为 6cm；在 3GHz 时，约为 5cm；而在 5GHz 时，长度则缩短至约 3cm。这一特性表明，随着频率的升高，天线的尺寸会相应减小，这对于小型化通信设备的设计具有极其重要的意义。
　　二、天线的分类
　　（一）按用途分类
　　天线的用途极为广泛，常见的有基站天线、电视天线、雷达天线、车载天线等。不同用途的天线在设计和性能上各有侧重，以满足特定场景下的通信需求。
　　（二）按辐射方向分类
　　全向天线和定向天线是两种基本的辐射方向类型。全向天线在水平面 360 度内均匀辐射，适用于需要全方位覆盖的场景，如路由器的棒状天线和玻璃钢天线。然而，在垂直面内，其辐射能量会因角度不同而有所差异。与全向天线不同，定向天线在水平面和垂直面内的辐射能量分布不均匀。它类似于手电筒的光束，朝特定方向定向辐射，能够在相同的射频能量下实现更远的覆盖距离，但会牺牲其他区域的覆盖。常见的定向天线包括微带贴片天线、平板天线、八木天线、喇叭天线和抛物面天线等。
　　（三）按波长分类
　　根据波长的不同，天线可以分为中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。不同波长的天线适用于不同的通信频段和应用场景。
　　（四）基站天线

　　基站天线是通信网络中的重要组成部分，一般分为室内天线和室外天线。室内天线主要有全向吸顶天线和定向壁挂天线，用于室内信号覆盖。室外基站天线则包括单极化全向天线、单极化定向和双极化定向天线等，用于室外信号的广泛覆盖。

　

　（五）Massive MIMO 技术

　　Massive MIMO（大规模多输入多输出）技术是 MIMO 技术的扩展和延伸，通过集成更多的射频通道和天线，实现三维精准波束赋形和多流多用户复用技术。这种技术大幅提高了信道容量、抗衰落性能和频谱利用率。采用 Massive MIMO 技术的天线，可以根据不同场景配置不同的广播波束，以匹配多种多样的覆盖场景。
　　（六）手机天线
　　手机天线的发展经历了从早期的外置天线到现在的内置天线的过程。随着 5G 技术的普及，手机开始采用 4×4、8×8 的 MIMO 天线，极大地提升了传输速度。例如，在相同频宽下，一部 500MB 的视频，单天线手机耗时 4 分钟，而 8 天线手机仅需 30 秒。这一进步显著改善了用户的通信体验。
　　三、天线的性能指标
　　（一）电性能参数
　　极化（Polarization）：极化是指天线辐射电磁场的电磁方向。常见的极化方式有线极化（水平 / 垂直）、圆极化（左旋 / 右旋）和椭圆极化（左旋 / 右旋）。在移动通信系统中，垂直极化和 ±45° 极化被广泛应用。
　　增益（Gain）：增益表示在相同输入功率时，天线在某一特定方向上辐射功率密度与参考天线辐射功率密度之比。增益与方向图密切相关，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。在实际应用中，应根据覆盖目标区的需求合理选择天线增益。例如，覆盖距离较近时，为保证近点的覆盖效果，应选择垂直波瓣较宽的低增益天线。
　　dBi（isotropic）：相对于点源天线的增益，在各方向辐射是均匀的。
　　dBd（dipole）：相对于半波振子天线的增益，dBi = dBd + 2.15。
　　辐射方向图（Radiation Pattern）：辐射方向图可以表征天线在空间各个方向上辐射场的相对大小。其中，主瓣是辐射强度的方向，而副瓣或旁瓣则是其他方向的辐射。副瓣电平（SLL）是指所有副瓣中的那一个副瓣电平。3dB 带宽（3dB Bandwidth）是指相对辐射方向功率密度下降至一半时的角域宽度，也叫 3dB 波束宽度。水平面的称为水平波束宽度，宽度越宽，在扇区交界处的覆盖越好；垂直平面的称为垂直波束宽度，垂直波瓣宽度越窄，偏离主波束方向时信号衰减越快，与天线倾角相关。零波束宽度（FNBW）是指方向图主瓣两侧个零点之间的夹角。交叉极化鉴别率（Isolation between two ports）一般是指与主极化正交的极化分量，多出现在双极化天线中，表示极化纯度。前后比（Front-to-back ratio）是指主瓣的辐射方向（规定为 0°）的功率通量密度与相反方向附近（规定为 180°±20° 范围内）的功率通量密度之比值。前后比越大，天线的后向辐射越小，典型值为 25~30dB。计算公式为 F/B = 10log (P1/P2)，其中 P1 为前向功率，P2 为后向功率。
　　此外，电性能参数还包括频带（Frequency range）、输入阻抗（Input impedance）、驻波比（VSWR）、输入功率（Maximum input power）、三阶无源交调（IMD3）等。
　　（二）机械性能参数
　　尺寸（Dimension）：天线的尺寸与其性能密切相关。长度与垂直波瓣、增益、波长有关；宽度与水平波瓣、波长有关；厚度则与天线技术有关。
　　重量（Weight）：天线的重量会影响其安装和运输，因此在设计时需要综合考虑。