天線設計相關性能參數

天線的名額參數分為兩部分：

1.電路參數，天線高效率輻射的保證，天線應用的必要條件

2.輻射參數，天線應用的本質，天線應用的充分條件

下面将每部分的參數做介紹（終端小天線大多數時候較強調電路參數）。

電路參數：

一、駐波比（Voltage Standing Wave Ratio）：全稱電壓駐波比，又名VSWR和SWR

概念： 天線輸入端處，駐波波腹電壓幅度最大值/駐波波節電壓幅度最小值。

 注：

1.駐波的形成：入射波的一部分能量反射回來形成反射波，入射波和反射波合成，形成駐波、

2.它是一個數值，用來表示天線和傳輸線是否比對。

3. 取值範圍：1~∞。VSWR越大，反射越大，比對越差； 理想比例為 1:1 （即輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗,但幾乎不可能達到，電小天線一般要求S<3）   

   如果 SWR =1，則表示發射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發射出去，這是最理想的情況；

   如果SWR >1， 則表示有一部分電波被反射回來，最終變成熱量，使得饋線升溫。被反射的電波在發射台輸出口也可産生相當高的電壓，有可能損壞發射台。

4.駐波比是由天饋系統的阻抗決定的

【小課堂：

 天饋系統包括：天線、饋線、無源和有源器件（如轉換頭、耦合器、電橋、功率放大器）

越小的駐波比意味着越精密的設計和加工工藝，也就是更高的成本。一個适當的駐波比要在損失能量與制造成本建折中權衡，由于阻抗的不比對噪聲效率小于1。】

二、回波損耗（Return Loss）：又稱為反射損耗。

概念：傳輸線端口的反射波功率/入射波功率。

注：

1、以對數形式來表示，機關是dB，一般是負值 ，其絕對值可以稱為反射損耗                                

2、0：全反射（開路或短路），無窮為無反射（全吸收）

3、電壓駐波比與回波損耗兩者的關系

【小知識：

S參數:

  S12為反向傳輸系數，即隔離度

 S21為正向傳輸系數，即增益

 S11為輸入反射系數，即輸入回波損耗

 S22為輸出反射系數，即輸出回波損耗。

】

三、隔離度：指一個端口的輸入功率耦合到另一個端口上的輸出功率比值，這一概念是針對多端口的天線。

注：理想的隔離度應該是無窮大。

功率容量：輸入天線的最大能確定天線不損壞且能正常工作的平均功率

四、無源互調：

什麼是互調呢？互調指非線性射頻線路中，兩個或多個頻率混合後所産生的噪聲信号。無源互調是指接頭、饋線、天線、濾波器等無源部分工作在多個頻率的大功率信号條件下由于部件本身存在非線性而引起的互調效應，也稱無源交調。

互調幹擾的必要條件：足夠強的互調信号電平+能夠落入到系統接收頻帶

互調名額反映供應商天線産品的綜合水準，特别是物料生産及裝配過程的品質控制能力。

輻射參數

一、方向圖(pattern)：天線輻射特性（場強振幅、相位、極化）與空間較大關系的圖形。

 功率方向圖：與天線相同距離各點的輻射功率通量密度随空間方向分布的圖形

 場強方向圖：與天線相同距離各點的電場強度随空間方向分布的圖形。

 二、增益（Gain）：

概念：天線在某一規定方向上的輻射功率通量密度與參考天線在相同輸入功率時最大輻射功率通量密度的比值。

1.不做特殊說明，天線增益均是指最大輻射方向的增益

2.它表征将輸入給它的功率按特定方向輻射的能力。

3.同等條件下，增益越高，方向性越好，電波傳播的距離越遠，即覆寫的距離增加。但是波速寬度會别壓縮，波瓣越窄，進而導緻覆寫的均勻性變差。

4.它是選擇基站天線最重要的參數之一。

5.天線是無源器件，不能産生能量。天線增益隻是将能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。

6.天線的增益由振子疊加而産生。增益越高，天線長度越長。

三、極化方式：

概念：描述電磁場強矢量空間指向的一個輻射特性。   

沒有特殊說明，通常以電場矢量的空間指向作為電磁波的極化方向，且指該天線的最大輻射方向上的電場矢量。

如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱為水準極化波。

移動通信系統通常用垂直極化，廣播系統常用水準極化，衛星通信用橢圓極化。

四、前後比：天線在主瓣方向與後瓣方向信号輻射強度之比。

天線的後向180°±30°以内的副瓣最大電平與主瓣波束電平之差。

一般情況下，數值越大越好，機關了保證切換正常，在快速移動的使用場合時，不宜太大。

五、交叉極化比：極化分集效果優劣的名額。

注：它是針對單極化天線或雙極化天線的一個“單極化部分”，而不是針對雙極化天線

六、副瓣抑制：也稱旁瓣抑制，抑制同頻幹擾或導頻污染的輔助名額。能有效降低幹擾，改善語音品質，提高系統容量。

【副瓣：天線的主平面方向圖中，除了主瓣外，波主瓣小的是以輻射瓣都稱副瓣；緊鄰主瓣的副瓣稱為第一副瓣。】     

七、零點填充

【零點：又稱零深，指主瓣與副瓣、副瓣與副瓣之間的凹點。】主瓣與第一副瓣之間的凹點稱為第一零深。在天線設計時，由于第一個零深會影響通信，是以需要對該點進行适當填充（有限減少覆寫的盲點），就可能減少掉話率。但零點填充要适可而止，當對零點填充要求較高時，增益損失較大，得不償失。對于低增益天線，由于波瓣較寬，應用時通常下傾角較大，下旁瓣不參與覆寫，不需要進行零點填充（多徑的影響，導緻近距離零點效應不明顯或者消失）。

八、半功率波束寬度（half power beam width）：也叫3dB波束寬度。

在主平面（E或H面）方向圖把功率下降至一半時的角域寬度。水準面的半功率波束寬度叫水準面波束寬度；垂直面的半功率波束寬度叫垂直波束寬度。

垂直波束寬度決定了距離覆寫的均勻性。在增益一定的前提下，波束越寬，覆寫越均勻。天線是一種能量集中的裝置，在某個方向輻射的增強，意味着其他方向的減弱，通常可通過水準面波束寬度的縮減來增強某個方向的輻射強度來提高天線的增益。。

九、電下傾角度：天線最大輻射方向與水準法線之間的夾角。

傳統的傳導測試和無源測試不能滿足産業發展和現實需求，需要更精密的測試理論和測試方法，于是CTIA制定了OTA（over the air）測試規範。OTA測試綜合考察了終端與天線一起的性能，驗證無線裝置和網絡的連接配接能力 ，以及使用者對輻射和接收性能的影響。其特點是多點測試，真是模拟基站和人實際使用的場景。

目前OTA測試主要是針對手機終端，測試包括TRP和TIS。

TIS&TRP

TIS:total istropic sensitivity：全向接收靈敏度

反映在整個輻射球面手機接收靈敏度名額。反映整機的接收靈敏度的情況。

注：與傳導靈敏度和天線的輻射性能有關。

TRP：total radiated power:全向輻射功率

通過對整個輻射球面的發射功率進行面積分，求平均值得到。反映整機的發射功率情況。

注：與終端産品的傳導情況下的發射功率和天線輻射性能有關

資訊技術的飛速發展，大衆在享受無線通信裝置帶來的各種便利之時，也日益關注無線通信終端的電磁輻射對人體健康的影響。由于FTA測試沒有測試天線的性能，不能展現人頭手對手機射頻性能的影響，不能真實評價手機的射頻性能，是以各國政府部門、電信法規機構等要求将電磁波輻射降低至一個合适的水準。于是又出現了SAR的測試

SAR（Specific Absorption Rate）:一般稱為電磁波吸收比值或比吸收率。

定義：在外電磁場的作用下，人體内産生感應電磁場。機關為W/kg或mW/g

意義：機關品質的人體組織所吸收或消耗的電磁功率

注：反映天線的近場輻射性能。

① 職業照射：在每天8h工作期間内，任意連續6min按全身平均的比吸收率（SAR）應小于0.1W/kg。

② 公衆照射：在一天24h内，任意連續6min按全身平均的比吸收率（SAR）應小于0.02W/kg。

HAC（Hearing Aid Compatibility）:助聽器相容性

測試目的：為了避免數字行動電話機在通信過程中其在天線周圍所形成的電磁場對殘障人士使用的助聽器造成的影響。