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一波長，故稱為半波折合振子, 

見圖1.2b 

1.3 

天線方向性的討論

1.3.1 

天線方向性

發射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部

分能量朝所需的方向輻射。

垂直放置的半波對稱振子具有平放的 

“麵包圈”形的立體方向圖

（圖1.3.1a）。

立體方向圖雖然立體感強，但繪製困難， 

圖1.3.1b與圖1.3.1c給出了它

的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。

從圖1.3.1b可以看出，在

振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；

而從圖1.3.1c可以看出，在水平面上各

個方向上的輻射一樣大。

1.3.2 

天線方向性增強

若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產生“扁平的麵包圈”，把信號進一步集中到在水平面

方向上。

下圖是4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。

也可以利用反射板可把輻射能控制到單側方向

平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區覆蓋天線。

下面的水平面方向圖說明瞭反射面的作用--反

射面把功率反射到單側方向，提高了增益。

天線的基本知識全向陣（垂直陣列 

不帶平面反射板） 

拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內

，從而獲得很高的增益。

不言而喻，抛物面天線的構成包括兩個基本要素：

拋物反射面和放置在

抛物面焦點上的輻射源。

1.3.3 

增益 

增益是指：

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生的信

號的功率密度之比。

它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。

增益顯然與天線方向圖有

密切的關係，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

可以這樣來理解增益的物理含義------為

在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號

如果用理想的無方向性點源作為發射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為G= 

13dB=20

的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需100/20=5W. 

換言之，某天線的增益，就其最

大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。

半波對稱振子的增益為G=2.15dBi;

4個半波對稱振子沿垂線上下排列，構成一個垂直

四元陣，其增益約為G=8.15dBi 

（dBi這個單位表示比較物件是各向均勻輻射的理想點源）。

如果以半波對稱振子作比較物件，則增益的單位是dBd.

半波對稱振子的增益為G=0dBd（因為是自己跟自己比，比值為1，取對數得零值。

）；

垂直四元陣，其增益約為G=8.15–2.15=6dBd.

1.3.4 

波瓣寬度 

方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其餘的瓣稱為副瓣或旁瓣。

參見圖1.3.4a,在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點間

的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度 

或主瓣寬度或半功率角）。

波瓣寬度越窄，方向性越

好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。

還有一種波瓣寬度，即10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強度降低10dB（功率密

度降至十分之一）的兩個點間的夾角，見圖1.3.4b.

1.3.5 

前後比 

方向圖中，前後瓣最大值之比稱為前後比，記為F/B。

前後比越大，天線的後向輻射

（或接收）越小。

前後比F/B的計算十分簡單-------

F/B=10Lg{（前向功率密度） 

/（後向功率密度）}

對天線的前後比F/B有要求時，其典型值為（18~30）dB，特殊情況下則要求達

（35~40）dB.

1.3.6 

天線增益的若干近似計算式 

1） 

天線主瓣寬度越窄，增益越高。

對於一般天線，可用下式估算其增益：

G（ 

dBi 

）= 

10Lg{32000 

/（2θ3dB,E×

2θ3dB,H）}

式中，2θ3dB,E與2θ3dB,H 

分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度；

32000是統計出來的經驗資料。

2） 

對於抛物面天線，可用下式近似計算其增益：

G（ 

dBi）= 

10Lg{4.5×

（D/λ0）2}

式中， 

D為抛物面直徑；

λ0為中心工作波長；

4.5是統計出來的經驗資料。

3） 

對於直立全向天線，有近似計算式

G（dBi）= 

10Lg{2L/λ0}

L為天線長度；

1.3.7 

上旁瓣抑制 

對於基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣

盡可能弱一些。

這就是所謂的上旁瓣抑制。

基站的服務物件是地面上的移動電話用戶，指向天

空的輻射是毫無意義的。

1.3.8 

天線的下傾 

為使主波瓣指向地面，安置時需要將天線適度下傾。

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成。

人們規定：

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。

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，就構成了一種新的天線---雙極化

天線

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.

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，發生

極化損失。

例如：

當用+45°

極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接

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，也必然發生極化損失------只能接收到來

波的一半能量。

當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麼一點點在

另外一種極化的天線中出現。

例如下圖所示的雙極化天線中，設輸入垂直極化天線的功率為10W，結

果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為10mW。

1.5 

天線的輸入阻抗Zin 

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 

Rin和電抗分量Xin，即Zin=Rin+jXin。

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，也就是應盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。

事

實上，即使是設計、調試得很好的天線，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構、尺寸以及工作波長有關，半波對稱振子是最重要的基本天線，其輸

入阻抗為Zin=73.1＋ｊ42.5（歐）。

當把其長度縮短（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Zin=73.1（歐）,（標稱75歐）。

注意，嚴格的說，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 

Zin=280（歐）,（標稱300歐）。

有趣的是，對於任一天線，人們總可通過天線阻抗調試，在要求的工作頻率範圍內，使輸入阻

抗的虛部很小且實部相當接近50歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin=Rin=50歐------這是

天線能與饋線處於良好的阻抗匹配所必須的。

1.6 

天線的工作頻率範圍（頻帶寬度） 

無論是發射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率範圍（頻帶寬度）內工作的，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分貝範圍內的頻帶寬度。

在移動通信系統中，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，天線的工作頻率範圍。

一般說來，在工作頻帶寬度內的各個頻率點上,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、直放站天線與室內天線

1.7.1 

板狀天線天線的基本知識 

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

優點是：

增益高、扇形區方向圖好、後瓣小、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，根據作用扇形區的範圍大小，應選擇相應的天

線型號。

1.7.1a 

基站板狀天線基本技術指標示例

1.7.1b 

板狀天線高增益的形成

B. 

在直線陣的一側加一塊反射板 

（以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）

C. 

為提高板狀天線的增益，還可以進一步採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8dB；

一側加有一個反

射板的四元式直線陣，即常規板狀天線，其增益約為14~17dB。

一側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16~19dB. 

不言而喻

，加長型板狀天線的長度，為常規板狀天線的一倍，達2.4m左右。

1.7.2 

高 

2 

高增益柵狀抛物面天線 

從性能價格比出發，人們常常選用柵狀抛物面天線作為直放站施主天線。

由於抛物面具有良

好的聚焦作用，所以抛物面天線集射能力強，直徑為1.5m的柵狀抛物面天線，在900兆頻段，其

增益即可達 

G=20dB 

.它特別適用於點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。

抛物面採用柵狀結構，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。

抛物面天線一般都能給出不低於30dB的前後比，這也正是直放站系統防自激而對接收

天線所提出的必須滿足的技術指標。

1.7.3 

八木定向3 

八木定向天線 

八木定向天線，具有增益較高、結構輕巧、架設方便、價格便宜等優點。

因此，它特別

適用於點對點的通信，例如它是室內分佈系統的室外接收天線的首選天線類型。

八木定向天線的單元數越多，其增益越高，通常採用6~12單元的八木定向天線，其增益

可達10~15 

dB 

1.7.4 

室4 

室內吸頂天線 

室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。

現今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。

這種吸頂

天線的內部結構，雖然尺寸很小，但由於是在天線寬帶理論的基礎上，借助電腦的輔助設計，以

及使用網路分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內的駐波比要求，按照國家標

准，在很寬的頻帶內工作的天線其駐波比指標為VSWR≤2。

當然，能達到VSWR≤1.5更好。

順

便指出，室內吸頂天線屬於低增益天線,一般為G 

=2dB。

1.7.5 

室內壁5 

室內壁掛天線 

室內壁掛天線同樣必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。

現今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很多，但其內芯的購造幾乎也都是一樣的。

這種壁掛

天線的內部結構，屬於空氣介質型微帶天線。

由於採用了展寬天線頻寬的輔助結構，借助電腦的

輔助設計，以及使用網路分析儀進行調試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。

順便指出，室

內壁掛天線具有一定的增益，約為G=7dB。

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：

890~960MHz，1710~1880MHz 

CDMA:

806~896MHz 

806~960MHz頻率範圍屬超短波範圍；

1710~1880MHz頻率範圍屬微波範圍。

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 

設發射功率為PT，發射天線增益為GT，工作頻率為f.接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、

發天線間距離為R，那麼電波在無環境干擾時，傳播途中的電波損耗L0有以下運算式：

L0（dB）=10Lg（PT 

/ 

PR） 

=32.45+20Lgf（MHz）+20LgR（km）-GT（dB）-GR（dB）

[舉例]設：

PT 

=10W=40dBmw；

GR=GT=7（dBi）；

f 

=1910MHz 

問：

R=500m時，PR=？

解答：

（1）L0（dB）的計算 

L0（dB） 

=32.45+20Lg1910（MHz）+20Lg0.5（km）-GR（dB）-GT（dB） 

=32.45+65.62-6-7-7=78.07（dB） 

（2）PR 

的計算 

PR=PT 

/（107.807）=10（W）/（107.807） 

=1（μW）/（100.807） 

=1（μW）/6.412 

= 

0.156（μW）= 

156（mμW）#

順便指出，1.9GHz電波在穿透一層磚牆時，大約損失（10~15）dB

超短波和微波的傳播視距

2.2 

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，空間波是在空間範圍

內沿直線方向傳播的波。

顯然，由於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

直視距離之內的區域，習慣上稱為照明區；

極限直視距離Rmax以外的區域，則稱為陰影區。

不言而

語，利用超短波、微波進行通信時，接收點應落在發射天線極限直視距離Rmax內。

受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax和發射天線與接收天線的高度HT與HR間的關係

為：

Rmax＝3.57{√HT（m）+√HR（m）} 

（km）

考慮到大氣層對電波的折射作用，極限直視距離應修正為 

Rmax＝4.12{√HT（m）+√HR（m）} 

（km） 

由於電磁波的頻率遠低於光波的頻率，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=0.7Rmax. 

例如，HT與HR分別為49m和1.7m，則有效直視距離為Re=24km.

2.3 

電波在平面地上的傳播特徵

由發射天線直接射到接收點的電波稱為直射波；

發射天線發出的指向地面的電波，被地面反射而

到達接收點的電波稱為反射波。

顯然，接收點的信號應該是直射波和反射波的合成。

電波的合成不

會象1+1=2 

那樣簡單地代數相加，合成結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

時，直射波和反射波信號相減，合成為最小。

可見，地面反射的存在，使得信號強度的空間分佈變

得相當複雜。

實際測量指出：

在一定的距離Ri之內，信號強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，信號強度將。

單調下降。

理論計算給出

了這個Ri和天線高度HT與HR的關係式：

Ri=（4HTHR）/l，l是波長。

不言而喻，Ri必須小於極限直視距離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、高大建築物或山丘等）對

電波產生反射。

因此，到達接收天線的還有多種反射波（廣意地說，地面反射波也應包括在內），

這種現象叫為多徑傳播。

由於多徑傳輸，使得信號場強的空間分佈變得相當複雜，波動很大，有的地方信號場強增強，

有的地方信號場強減弱；

也由於多徑傳輸的影響，還會使電波的極化方向發生變化。

另外，不同的

障礙物對電波的反射能力也不同。

鋼筋水泥建築物對超短波、微波的反射能力比磚牆強。

我

們應儘量克服多徑傳輸效應的負面影響，這也正是在通信質量要求較高的通信網中，人們常常採用

空間分集技術或極化分集技術的緣由。

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，在高大建築物後面信號強度小，形成所謂的“陰影區”

。

信號質量受到影響的程度，不僅和建築物的高度有關，和接收天線與建築物之間的距離有關，還

和頻率有關。

例如有一個建築物，其高度為10米，在建築物後面距離200米處，接收的信號質量

幾乎不受影響，但在100米處，接收信號場強比無建築物時明顯減弱。

注意，誠如上面所說過的那

樣，減弱程度還與信號頻率有關，對於216～223兆赫的射頻信號，接收信號場強比無建築物時

低16dB，對於670兆赫的射頻信號，接收信號場強比無建築物時低20dB.如果建築物高度增加到

50米時，則在距建築物1000米以內，接收信號的場強都將受到影響而減弱。

也就是說，頻率越高

、建築物越高、接收天線與建築物越近，信號強度與通信質量受影響程度越大；

相反，頻率越低，

建築物越矮、接收天線與建築物越遠，影響越小。

因此，選擇基站場地以及架設天線時，一定要考慮到繞射傳播可能產生的各種不