5G通信技術下，物聯(lián)網應用場景大量爆發(fā)。無線通信技術大放異彩，最前面的自然是天線。眾所周知，天線是基站和手機發(fā)射信號用的。天線這個詞的英文是Antenna，是觸須的意思。觸須就是昆蟲頭頂上的兩根細長的絲，這東西雖然不太起眼，但是昆蟲正是由這些觸角發(fā)送的各種化學信號來傳遞各種社交信息的。與此類似，在人類世界里，無線通信也是通過天線來傳遞信息的，只不過傳遞的是承載著有用信息的電磁波。 接下來就讓我們對天線有一個整體的了解。
極化
極化所定義的是電磁波在傳輸中所運行的軌跡方向和規(guī)律，百度定義為就是指天線輻射時形成的電場強度方向。
常見的極化方式為線性極化和圓極化，圓極化中我們同時引進了失量的概念。
線性極化：線性極化是最常見的天線極化形式，它的特點是所有輻射都在一個平面上。
圓極化：天線輻射的電磁波繞傳播方向沿著圓形或橢圓形路徑轉動向前傳播。
線極化：垂直極化，水平極化(+/- 45°極化)；
圓極化：左旋圓極化，右旋圓極化。
水平極化：這種形式的天線極化具有水平元素，它拾取并輻射水平極化信號，即具有水平面電場的電磁波。
垂直極化：這種形式的天線以天線內的垂直元件為代表，它可以是單個垂直元素，使用垂直極化的原因之一是由單個垂直元件組成的天線可以在水平面內圍繞它均勻地輻射。通常，垂直極化天線具有所謂的低輻射角，使得它們的大部分功率能夠以接近地球表面的角度進行輻射，垂直極化天線也非常方便用于汽車。
右手圓極化：在這種極化形式中，矢量以右手方式旋轉。
左旋圓極化：在這種極化形式中，矢量以左旋方式旋轉，即與右旋相反。
如何判斷天線的極化方式：
水平和垂直極化比較好判定，根據上述的定義，比如以現(xiàn)有的基站天線為例子，是以大地做為參考面，垂直極化說明基站天線輻射單元的電流方向是垂直地面的，而水平極化的天線輻射單元的電流方向是平行地面。在仿真模型中，選擇的坐標系中，觀看天線輻射單元的電流方向，很容易看出極化方式。
圓極化判定主要的是看軸比，軸比小于3dB就可以看成是圓極化，但是這兒所說的小于3dB不是指的天線360°上都小于3dB，而是指的輻射范圍內的軸比小于3dB。
軸比的定義是橢圓長軸和短軸之比，根據定義我們也能看出，軸比能判定是否是圓極化，但是沒法判定是左旋還是右旋，也不能判定是x方向或y方向的線極化，具體想要看是哪種極化，就要用HFSS里的極化方向圖去看了。
天線的方向圖
天線的輻射電磁場在固定距離上隨角坐標分布的圖形，稱為方向圖。完整的方向圖是一個三維空間圖形，習慣上采用極坐標繪制，以天線相位中心為球心（坐標原點），角度表示方向，矢徑長度表示測量的輻射特性(如：場強、增益等)的大小。用輻射場強表示的稱為場強方向圖，用功率密度表示的稱之功率方向圖，用相位表示的稱為相位方向圖。
天線方向圖是空間立體圖形，但是通常應用的是兩個互相垂直的主平面的方向圖，稱為平面方向圖。在線性天線中，由于地面影響較大，都采用垂直面和水平面作為主平面。在面型天線中，則采用E平面和H平面作為兩個主平面。歸一化方向圖取最大值為1。
在方向圖中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫天線主波瓣，也稱天線波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或邊，與主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，下圖1是全向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為圓柱型；下圖2是定向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為板狀。
圖 1
圖 2
1、天線方向的特征參數
為了方便對各種天線的方向圖特性進行比較，就需要規(guī)定一些特性參數。主要包括：主瓣寬度，旁瓣電平，前后比，方向系數等。
1、主瓣寬度：是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。通常取天線方向圖主瓣兩個半功率點之間的寬度。
2、旁瓣電平：是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平。
3、前后比：是指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）電平之比。
4、方向系數：在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度之比。
2、天線方向的作圖
天線的方向圖是表征天線輻射特性(場強振幅、相位、極化)與空間角度關系的圖形。完整的方向圖是一個三維的空間圖形，它是以天線相位中心為球心（坐標原點），在半徑r足夠大的球面上，逐點測定其輻射特性繪制而成。
測量方向圖的坐標
測量場強振幅，就得到場強方向圖；測量功率，就得到功率方向圖；測量極化，就得到極化方向圖；測量相位，就得到相位方向圖。三維空間方向圖的測繪十分麻煩，實際工作中，一般只需測得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向圖就行了。
天線方向圖可以用極坐標繪制，也可以用直角坐標繪制。極坐標方向圖的特點是直觀、簡單，從方向圖可以直接看出天線輻射場強的空間分布特性。
方向圖的表示法 (a) 極坐標 (b)直角坐標
但當天線方向圖的主瓣窄而副瓣電平低時，直角坐標繪制法顯示出更大的優(yōu)點。因為表示角度的橫坐標和表示輻射強度的縱坐標均可任意選取，例如即使不到1°的主瓣寬度也能清晰地表示出來，而極坐標卻無法繪制。上圖所示為同一天線方向圖的兩種坐標表示法。
天線的隔離度
隔離度只用來描述雙(多)極化天線，它描述的是兩個極化的信號相互影響的程度，單位為dB。
舉個例子：
30dB的隔離度，意味著1/1000的信號從一個端口泄漏到另一個端口，
即10lg(1/1000)=-30dB。
天線的增益
天線在某一規(guī)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。需要注意以下幾點：
1、如果不是特別標注，天線增益均是指最大輻射方向的增益；
2、 同等條件下，增益越高，方向性越好，電波傳播的距離越遠，即覆蓋的距離增加。但是波速寬度會別壓縮，波瓣越窄，從而導致覆蓋的均勻性變差。
3、 天線是無源器件，不能產生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。
天線增益一般用dBi表示，i表示各向同性（isotropic），即任意的天線所發(fā)射的信號強度與各項同性天線（Isotropic Antenna）的比值。各向同性天線是一個理論天線，其在各方向上的信號強度相同。
天線增益和方向性系數常用dB、dBi、dBd表示；dB和dBi單位參數標準是全向天線，dBd參考標準是半波偶極子天線；dBi=dB=2.15+dBd。
天線的效率
由于天線系統(tǒng)中存在導體損耗、介質損耗等，所以實際輻射到空間的電磁波功率要比發(fā)射機輸送到天線的功率小。天線效率就是表征天線將輸入高頻能量轉換為無線電波能量的有效程度，定義為天線輻射功率和輸入功率的比值。
天線的TRP、TIS、OTA、SAR
TRP——Total Radiated Power，全向輻射功率。
通過對整個輻射球面的發(fā)射功率迚行面積分取平均得到；
反映手機在3維空間實際工作狀態(tài)下的發(fā)射功率性能；
跟手機在導情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關。
TIS——Total Isotropic Sensitivity，全向接收靈敏度。
通過對整個輻射球面的發(fā)射靈敏度迚行面積分取平均得到；
反映手機在3維空間實際工作狀態(tài)下的接收靈敏度性能跟手機的傳導靈敏度、手機內部高頻干擾以及天線的輻射性能有關。
OTA測試
手機天線測試包含無源測試和有源測試兩種，無源測試就是測量駐波比、回波損耗、方向圖、效率等參數；有源測試是模擬實際通話過程中測量天線的性能，具體是使用綜測儀和手機保持通信連接，測量手機發(fā)射功率和靈敏度。
有源測試即常說的OTA測試，OTA——Over The Air。
SAR
SAR ——Specific Absorption Rate，比吸收率。
定義為單位質量的人體組織所吸收或消耗的電磁功率，單位為W/kg；美國標準為1.6 W/kg，歐洲標準為2.0 W/kg。
