引言

混迹在无线通信圈的兄弟，都会听到一个词，那就是“天馈”，但是呢，何为天馈，并不是那么明白。

何为天馈，是“天馈系统”的简称，是移动通信系统的一个部分。天馈的天，就是天线，他的英文名为antenna；天馈的馈，即为馈线，称为feeder，意有馈赠。天馈系统是由天线＋馈线＋其化一些器件组成的系统。

天馈系统，在无线通信系统里是必不可缺少的，为啥这么说呢？

我们知道，我们现在的通信系统可以分为固网和移动网，说的更专业一点，就是有线通信和无线通信。

有线通信系统，用电话线让两个固定的地方，通过网络互联，实现通信。但是人的需求是无限的，人们不在满足于固定两地的通话，人们想着的是随时随地的通信。

在此有线通信，就无法适应新的需求，人们总不能，随时随地拉个电话线进行通话吧，这代价真是太大了，如果是这样，满空间的都会是蛛网了。

要实现随时随地的通信，就需要更自由的通信媒介，什么是媒介，以有线通信为例子，电话线就是通信媒介，要有更自由的媒介，那就得找一个随处都有的东西，那就是空气，空气无法通信，有幸的时有东西可以在空中自由的传播，后来的研究证实了，那就是电磁波，也叫无线电，这个无线电不但可以在空气中传播，还能穿墙，饶射，反射，神通很是广大，虽然无线电很牛，但是也不是无所不能的，遇到导体，特别是封闭的，那就容易被屏蔽，不过，哪个人会一直呆在那么封闭的空间里，所以这玩意依旧很强大。

无线电如此大神通，此时你的脑子里有没有浮现出这么一个问题：无线电是从哪里发出来的呢？答案就是天线。好吧，上面说了这么多废话就是想说天线是用来发射无线电用的，楼主你可真能扯啊。

好了，我们开篇，讲”天馈“的天，就是天线

２、天线

用天线发送接收无线电? 听起来很高级的样子，但是实际上，我们脑子里第一个想到了，应该就是收音机的那个金属，那也叫天线。有过美好回忆的一代人，估计经历过拆装天线的事吧，当我们金属天线接回去了，收音机里就能出声了，要是天线掉下来，就都是雪花声了，而偶尔你的手接触到接天线的口子时，同样有声出来，不过没有金属天线那个清楚。

这个事情经过，也说明了，发送和接收无线电也没那么复杂，一个导体就够了，一个金属，甚至人体都可以用来发送或接收无线电，所不同的是，不同的导体所发送接收的无线电强度不同而已。不信就看看如下实测的例子，一个圆珠笔和一个手指头，接收到的信号波形图，如图1。

上述的小测试，也看到了，不同的导体，会接收的不同的信号强度，那我们的天线，总得有个宏大的目标吧，这个目标就是让更多的能量转化为无线电波，提升转化效率。

半波振子天线

实际上人们研究后发现，当导体的尺寸等于目标接收信号波长的一半时(L=λ/2)，该导体上感应到的无线电刚好处于谐振状态（共振了），此时无线电的辐射效率是最高的。说的专业点，这个接收无线电的导体叫“振子”，导体的尺寸刚好是波长的一半所以叫“半波振子”，也叫“偶极子dipole”，如图2所示。半波振子效率高、成本低、加工简单，优点一大堆啊，所以半波振子就成了无线通信里基站天线的基本组成单元。

900MHz频段无线电信号的波长λ=u/v =3*10^8 / 9*10^8 =0.33m =33cm，所以900MHz频段的半波振子尺寸=λ/2=16.5cm；同理1800MHz频段无线电信号的波长λ=16.5cm，半波振子尺寸=8.3cm。基站天线的基本单元是半波振子，相同规格的天线使用的半波振子的个数和排列方式是相同的，而不同频段的半波振子尺寸是不同的，所以同样规格的天线、频段越高、尺寸越小，900MHz频段尺寸大约是1800MHz频段尺寸的2倍，如图3所示。

天线的方向性

半波振子是天线的效能基本组件，那咱们还追求点啥呢？那就追求方向性吧。啥叫方向性？

方向性就是说，我们希望无线电信号朝向我们希望的方向发出去,避免或者减少过多的能量浪费。比如天上没人吧，要是把无线电朝天上发，不就浪费了？为了不浪费，就要把无线电信号朝我们希望的方向汇聚，这样在我们希望的方向上就会得到更强的信号，反之我们不希望的方向上能量就会更弱，怎么衡量方向性、或者汇聚程度、或者信号变强的程度呢？人们引入了几个概念：“各向同性isotropy”、方向图、天线增益、下倾角。

1）各向同性的意思就是，无线电信号朝各个方向的辐射都是一样的，此时的辐射图是一个球面，如图4所示。各向同性只是一个概念，不存在绝对各向同性的辐射源。

2）方向图就是把天线在各个方向辐射出去的信号强度画成一幅图，如图5左图。空间是3维立体的，所以方向图也应该是3维立体的。不过立体的虽然看起来形象、好看，但是不精细、不方便读数啊，所以人们一般把立体方向图的水平剖面和垂直剖面画出来，成为水平方向图和垂直方向图，如图5右图。

半波振子dipole的立体方向图很像救生圈或面包圈（图6左图），垂直面方向图和水平面方向图分别见下图6中图、右图。

天线辐射出去的能量在各个方向上的大小都不一样，从最大辐射方向往两边能量越来越小，两边能量下降一半(即3dB)的点之间的夹角叫“半功率角”或“波瓣宽度”，如图7所示。

3）天线增益

一个半波振子在垂直面上的半功率角，大至有70度，这个波瓣宽度太大了，我们如果把这个水平等分，那在水平下的部分才能到达地点，被有效利用，而水平线以上的，都在打天空，从能量效能上，浪费很多，这种情况，就类似于全向天线，如下图8

因此，通过对天线垂直面波瓣宽度进行挤压，改变波束，就是多个半波振子组成一个直线阵列，每个振子辐射出去的能量相互叠加，能量就越来越汇聚了。为了衡量能量朝某个特定方向汇聚带来的目标点信号强度提升，人们引入了一个概念叫“天线增益”，单位有dBi和dBd两种，dBi是和各向同性的球面波相比的增益(i是isotropy)，dBd是和半波振子相比的增益(d是dipole)。天线的增益并不是把信号放大，而是把信号朝某个方向汇聚，目标点的能量变大了、其他点的能量就会变小，就像灯泡加个反光罩让光线都往前面汇聚一样，前面亮了、后面就暗了。

振子数量越多、能量越汇聚、方向图越窄、天线增益越大，就如图9的

最终形成的天线能量汇聚图10所示，能量最大的方向，为“主瓣”，其他位置会有一些泄露的能量，叫“副瓣”或“旁瓣”；两个瓣之间有一个凹陷点叫“零点”，现在新型的天线都会有”零点填充“，减少塔下黑的情况。

4）下倾角

虽然，通过多个半波振子组成一个直线阵列，提升级了能量转化的效益，但是，仍然没有很好的方向性，也就是说，到目前为止，天线还只是一个全向的天线，方向性指哪打哪的还是够灵活，因此，就有了让天线向下倾斜的办法。

向下倾斜，分为两种，

一种是电子下倾角，这种方式，是调整信号到达各个振子的时间差，让信号走到上面振子的路径短一点、走到下面振子的路径长一点，这样上面的振子就会提前发信号、下面的振子就会滞后发信号，整个天线发出去的信号就向下倾倾斜了，如图11例，是电子下倾角（electrical tilt）改变。

另一种，就是机械下倾，如图12

通过一系列天线的改进再改进，最终我们的大部分能量就都往目标区域发射了，如图13所示，这样才是我们想要的信号覆盖方式。

这里的天线示意图，是全向天线，现在现网中，都是用定向天线，已经很少用全向天线了。

至此，我们认识了天馈系统中的天线的一些基站组成单元，以及一些基本的概念，下期，我们再讨论，为什么现网采用的大多是定向天线，以及 天线的一些指标。