无线-天线的一些资料汇总.doc

当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，或者传输速率明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放大）。 无线设备本身的天线都有一定距离的限制，当超出这个限制的距离，就要通过这些外接天线来增强无线信号，达到延伸传输距离的目的。这里面要涉及到两个概念： 1、频率范围 它是指天线工作的频段。这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。 2、增益值 此参数表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。 分类 无线天线有多种类型，不过常见的有两种，一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种是棒状的全向天线，室外天线的优点是传输距离远，比较适合远距离传输。 室内无线天线 1、全向天线 室内全向天线适合于无线路由、AP这样的需要广泛覆盖信号的设备上，他可以将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况。全向天线 2、定向天线 室内定向天线适用于室内，它因为能量聚集能力最强，信号的方向指向性也极好。在使用的时候应该使得它的指向方向与接收设备的角度方位相当集中。定向天线 室外无线天线 1、全向天线 室外的全向天线也会将将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，要架在较高的地方，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况。 2、定向天线 室外的定向天线的能量聚集能力最强，信号的方向指向性极好。同样因为是在室外，所以也应架在较高的地方。当远程链接点数量较少，或者角度方位相当集中时，采用定向天线是最为有效的方案。 3、扇面天线 扇面天线具有能量定向聚集功能，可以有效地进行水平180度、120度、90度范围内的覆盖，因此如果远程链接点在某一角度范围内比较集中时，可以采用扇面天线。扇面天线 4、组合天线 上述三种天线各具一定的特性，因此在实际项目中，经常会出现组合使用的情况，例如利用多幅扇面天线，或者扇面天线和定向天线相结合使用。组合天线 无线天线相当于一信号放大器，主要用来解决无线网络传输中因传输距离、环境影响等造成的信号衰减。让信息传递的更远 浅谈无线增益天线不知各位网友有没有这样的感觉,平常家里的无线路由器（无线AP）和自己的电脑如果在同一间房间,或者离得不太远的情况下，信号强度就会很好，但一旦把两者放的比较远或者中间隔的物体过多时,信号就会有所损失或者急剧下降,电脑上显示的信号强度就会从原来的100%下降到30%或者更低,这种情况让我们感觉到很是郁闷。 为什么有必要升级增益天线？ 的确，现在的无线设备标称室内50M室外300M，其实在实际使用中能达到理论值的一半就不错了，如果家里面积比较大或者中间墙壁比较厚的话，无线路由器（无线AP）就不可能做到100的覆盖了，这时就必须考虑为无线路由器（无线AP）或无线网卡安装外置天线，以增强无线信号的强度，延伸无线网络信号的覆盖范围，来满足我们对无线上网的需求。拥有5dBi增益天线的无线路由器认识无线增益天线 无线增益天线的分类：无线天线有多种类型，按照天线的部署位置分为室内天线和室外天线。室内天线用于室内传输距离近，发射接收功率较弱的环境，相反，室外天线一般传输距离远，发射接收功率大。（增益表示天线功率放大倍数（单位是dBi），数值越大表示信号的放大倍数就越大，传输质量就越好。一般而言，室内天线的增益大小大多为36dBi，而室外天线大多为8.516dBi。） 按照天线辐射和接收在水平面的方向性分为定向天线与全向天线。所谓定向天线是指天线在对某个特定方向传来的信号特别灵敏并且发射信号时能量也是集中在某个特定方向上。而全向天线可以接受水平方向来自各个角度的信号和向各个角度辐射信号。另外，还有一种天线界于定向与全向之间就是扇面天线，它具有能量定向聚焦功能，可以在水平180，120，90的范围内进行有效覆盖。定向天线全向天线 定向天线与全向天线的区别：全向天线的最大增益一般无法做得很大，但是在安装部署两点之间位置的时候不需要考虑两端天线安装角度的问题，所以安装起来比较方便，适合于距离要求不高的环境。而定向天线可以将增益做得很高，一般的方向性越尖锐的天线增益就越高，信号的传输距离就越远。但是方向性过于尖锐的天线在安装和调整的难度就越大，因为两边的天线必须对准特定角度才能保证信号的传输。适合于距离要求比较高的环境。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。在选购无线增益天线时应注意的事项使用的环境 我们不管选购什么产品一定要清楚是用来干什么使用的。如果你要在家庭中使用，对传输距离要求不是很远的话，那么建议选购室内增益天线。反之，如果对传输距离要求较远时，比如跨楼等情况下，那就建议使用室外天线。特别注意的一点是：由于室内天线没有做过防水和防雷的处理，所以一定不要来当作室外天线使用。信号的覆盖范围 增益天线的大小用dBi来表示，增益的数值越大表示信号传输更远、信号穿透能力就更强。如果要进行较远距离的信号传输，应当选用增益较大的天线，而对于信号传输距离较近的来说，应当选购增益较小的天线。在一般情况下，大增益的天线适合远距离信号传输，增益较小的天线适合需要大范围覆盖的需求。通常在室内增益天的选购上4-5dBi为宜，在室外增益天的选购上8-14dBi为宜。不同的无线标准目前，可用的无线网络的标准主要有4个，即IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11a和IEEE 802.11n。其中，IEEE 802.11b、IEEE 802.11g工作于2.4GHz，IEEE 802.11a工作于5GHz，而IEEE 802.11n可以同时工作于2.4GHz和5GHz。无线产品应当使用与执行标准相对应的无线天线。 所在的网络类型对于对等网络而言，所有无线网卡都应当采用全向天线。如果无线网络中只有两块无线网卡，那么，自然也应当全部采用定向天线。对于接入点网络而言，由于无线AP或无线路由器需要为无线网络内所有的无线网卡提供无线连接，因此，应当选择全向天线。而作为无线网卡而言，由于只是需要与无线AP或无线路由器进行通讯，所以，应当选择定向天线。对于无线漫游网络而言，无线AP和无线网卡都应当采用全向天线。对于点对点的无线网络而言，无线AP都应当使用定向天线。对于点对多点无线网络而言，除了中心无线AP应当采用全向天线外，其他无线AP都应当采用定向天线。品牌选择 尽管无线产品都遵循同一国际标准，但是，不同产品往往拥有不同的接口、使用不同的电缆，所以，不同品牌的无线天线往往不能通用。因此，应当尽量选择与无线产品同一品牌的无线天线来保证匹配使用。网友实际生活中遇到的问题及解决建议 案例一： 因为需要，想装个远距离的无线网络，距离为200米多一点，想在这个距离内信号不衰减，两地都是店面房，打算把天线装到店面前面。这样两边都可以上网，有没有什么好的办法？ 解决建议： 这要看你的无线路由器的发射功率如何了，如果发射功率够强笔者可以建议把无线路由器上自带的天线拆下，换上一个增益较大的无线增益天线，然后将增益天线的中轴线对准接收端就可以了。另外特别注意一下，如果要完全安放在室外的话，建议购买质量好的增益天线，可以很好的避免雨淋，雷击的损坏。 案例二：请问可以制作一个增益天线,使远在3千米之外的人能够收到信号上网么? 解决建议： 无论从理论还是实际，无线路由器是不可能实现的，但如果你购买15dBi的那种玻璃钢管的天线，在空旷的环境下可以达到1000米的传输距离，但要在3000米的情况下传输，只能购买三个或者更多的增益天线，达到一种中转站的效果才有可能实现信号的传输，建议还是不要通过无线来传输。 案例三：我所在的地方，想要安装一个无线路由器，但有网络所在楼和我所在的楼中间还有一个楼，我住四楼，有网络的在那个楼的2楼。我想问这样安装无线路由器能行吗？还有如果安的话，听说可以安装增益天线，那样可以吗？ 解决建议：一般家用的无线路由器的发射功率不会很大，信号最远也就50米左右，并且要连接的两端中间还有建筑物做阻隔，所以即使更换了大增益的天线，实际效果也不会好。最好的办法是，在中间的楼上安装一个带无线桥接的无线装置，这样也许在信号的质量上会有所改善，但还要看实际的情况。总结： 为了方便更换增益天线，消费者在购买无线设备的时候,尽量购买天线可以拆卸的，并且在安装时尽量缩短无线传输距离，减少在信号传输时造成的损失。如果在户外使用的话,尽量挑选质量好的产品,有防雨淋和防雷击的功能。当然如果经济允许的话，还是以大厂生产的产品为主要选购参考，这样无论在品质上还是实际使用上都会达到比较满意的效果。实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。【波瓣宽度】有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指半功率波瓣宽度。由图（18）可以看出A、A点至O点间的夹角，称主瓣角宽度。当 L/数值不同时，其波瓣宽度也不同。L/比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/）0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。在中波和短波波段，方向性系数约为几到几十；在米波范围内，约为几十到几百；而在厘米波波段，则可高达几千，甚至几万。【辐射电阻】发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比，称为天线的辐射电阻。辐射电阻是一个等效电阻，如果用它来代替天线，就能消耗天线实际辐射的功率。因此，采用辐射电阻这个概念，可以简化天线的有关计算。辐射电阻的大小取决于天线的尺寸、形状以及馈电电流的波长。因为发射天线的任务是辐射电磁波，所以在装置天线时总是适当地选择其尺寸和形状，使辐射电阻尽可能大一些。【天线有效高度】小于四分之一波长的垂直天线：假定在一根垂直的天线上有均匀分布的电流。此均匀电流等于实际天线上的最大电流，且所产生的辐射场强与实际天线的辐射场强相同，该假设的垂直天线的长度即为实际天线问题：什么是天线？天线是什么意思？有效高度。【天线最大增益系数】平时也简称天线最大增益或天线增益。指在最大场强方向上某点产生相等电场强度的条件下，标准天线（无方向）的总输入功率对定向天线总输入功率的比值，称该天线的最大增益系数。它是比天线方向性系数更全面的反映天线对总的射频功率的有效利用程度。并用分贝数表示。可以用数学推证，天线最大增益系数等于天线方向性系数和天线效率的乘积。【天线效率】它是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。是恒小于1的数值。【天线极化波】电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波，又称天线极化波，或偏振波。通常可分为平面极化（包括水平极化和垂直极化）、圆极化和椭圆极化。【极化方向】极化电磁波的电场方向称为极化方向。【极化面】极化电磁波的极化方向与传播方向所构成的平面称为极化面。【垂直极化】无线电波的极化，常以大地作为标准面。凡是极化面与大地法线面（垂直面）平行的极化波称为垂直极化波。其电场方向与大地垂直。【水平极化】凡是极化面与大地法线面垂直的极化波称为水平极化波。其电场方向与大地相平行。【平面极化】如果电磁波的极化方向保持在固定的方向上，称为平面极化，也称线极化。在电场平行于大地的分量（水平分量）和垂直于大地表面的分量，其空间振幅具有任意的相对大小，可以得到平面极化。垂直极化和水平极化都是平面极化的特例。【圆极化】当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0360周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90或270时，可以得到圆极化。圆极化，若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。【椭圆极化】若无线电波极化面与大地法线面之间的夹角从02周期地改变，且电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个椭圆时，称为椭圆极化。当电场垂直分量和水平分量的振幅和相位具有任意值时（两分量相等时例外），均可得到椭圆极化。【长波天线、中波天线】是工作于长波及中波波段的发射天线或接收天线的统称。长、中波是以地波和天波传播的，而天波则连续反射于电离层和大地之间。根据此传播特性，长、中波天线应能产生垂直极化的电波。在长、中波天线中，应用较广的的有垂直型、倒L型、T型、伞型垂直接地天线。长、中波天线应有良好的地网。长、中波天线存在着许多技术上的问题，如有效高度小、辐射电阻小、效率低、通频带窄、方向性系数小等。为了解决这些问题，天线结构往往非常复杂，非常庞大。6.1 天线 天线基本知识一、天 线：（antenna)是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自 一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。二、天线分类：1）按用途分类：可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；2）按工作频段分类：可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；3）按方向性分类：可分为全向天线、定向天线等； 4）按外形分类；可分为线状天线、面状天线等.三、全向天线，即在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图 上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。四、定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向 图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。五、增益增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的 功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切 的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义-为在一 定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输 入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W . 换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相 比 ，把输入功率放大的倍数。六、天线的工作频率范围（频带宽度）无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频 带宽度有两种不同的定义-一种是指：在驻波比SWR 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。 在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超 过 1.5 时，天线的工作频率范围。一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是 可以接受的。6.1.1 天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。6.1.2 对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见 图1.2 a 。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见 图1.2 b 。6.1.3 天线方向性的讨论1 天线方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.3.1 a）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难， 图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。2 天线方向性增强若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用-反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。天线的基本知识全向阵 （垂直阵列不带平面反射板）。抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和 放置在抛物面焦点上的辐射源。3 增益增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号。如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W . 换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd 。半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。）；垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 2.15 = 6 dB。.4 波瓣宽度方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度 或 主瓣宽度 或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角，见图1.3.4 b .5 前后比方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简单- F / B = 10 Lg （前向功率密度） /（后向功率密度）对天线的前后比F / B 有要求时，其典型值为 （18 - 30）dB，特殊情况下则要求达（35 - 40）dB 。6 天线增益的若干近似计算式1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：G（ dBi ） = 10 Lg 32000 / （ 23dB,E 23dB,H ）式中， 23dB,E 与 23dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；32000 是统计出来的经验数据。2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：G（ dB i ） = 10 Lg 4.5 （ D / 0 ）2式中， D 为抛物面直径；0 为中心工作波长；4.5 是统计出来的经验数据。3）对于直立全向天线，有近似计算式G（ dBi ） = 10 Lg 2 L / 0 式中， L 为天线长度；0 为中心工作波长；7 上旁瓣抑制对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制。基站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无意义的。8 天线的下倾为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾。6.1.4 天线的极化天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化-是最常用的；水平极化-也是要被用到的。1 双极化天线下图示出了另两种单极化的情况：+45 极化 与 -45 极化，它们仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者， 把 +45 极化和 -45 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线-双极化天线。下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头. 双极化天