手机天线知识图解

天线知识图解（Antenna）

3月17日

天线是一个相当庞大的话题，很难用一篇文章来描述天线的每个方面，但我会尝试给出一些天线的各个方面的大图片，主要用于蜂窝应用。

天线是什么？

如何表现天线的性能？

辐射模型

天线增益

总辐射功率TRP

Total Isotropic Sensitivity (TIS)

Effective Isotropic Radiated Power/Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)

S11

什么是天线？

众所周知，天线是一种将电能(电信号)转换成电磁波并传送到太空的装置。

外面有各种类型的天线，下面是一些例子。这些只是一些例子，还有很多其他类型。看看有多少你熟悉的。

现在在大多数移动通信设备中，天线都被嵌入到一个很小的空间里。在一个相对久远的移动电话，你可能已经看到了天线显示在左侧的图片(鞭天线)。在大多数的移动设备，你看到这些天，天线是嵌入的情况下，或正确的印刷电路板如下所示。随着移动设备(例如智能手机)在一个设备中获得越来越多的技术(例如，带有各种频段/ 无线接入技术的蜂窝技术，蓝牙，无线网络等) ，设计多个天线并将其放入一个小空间变得越来越困难。

如何表现天线的性能？

有两个主要的标准来评估天线的性能，如下

(a)应该把电能转换成电磁能，尽可能减少损失;

(b)希望辐射在我需要的方向上。

有几个指标可以代表天线的性能如下

辐射模型；

总辐射功率;

总的各向同性灵敏度。

辐射模型

了解/ 评估天线性能的第一步是检查天线的辐射模型。在大多数情况下，电能都是通过预先设定好的路径流动的，这种路径通常建立在铜线或印刷电路板上的铜痕迹上，但是一旦电能转化为电磁波，它几乎就会向四面八方传播。根据我们设计天线的思路，电磁波在空气中传播的方向是不同的。天线在某些方向上传输很强的能量，在某些方向上传输少量的能量，在某些方向上传输中等范围的能量等，这种能量传输方式被称为“辐射方向图”。(更实际的辐射型态例子，请参阅http://rcexplorer.se/educational/gain/gain.html )以下只是一些可能的辐射型态例子。事实上，你可以想到几乎无限多种不同的模式。天线设计的目标是使它在从电能到电磁能的转换过程中，以我想要的方式传输能量，而不会有任何能量损失。

实际上，信号辐射到三维方向，如下图(b)所示。然而，在三维空间中表示能量传播模式并不总是容易的，有时在三维空间中定量地估计能量传播模式更加困难。所以在许多情况下，我们沿着一个特定的2d 平面切割3d 模式，如(c)和(d)所示。

天线增益(G)

我认为“天线增益”是一个误导性的术语，因为

(a)当我们听到“增益”这个术语时，我们通常认为“这个装置会放大信号，使其产生更大的能量”。但对天线来说不是这样的。大多数天线都是“无源器件”，它不会放大任何东西。

(b)当我们考虑增益时，增益越高，器件发出的总能量就越高。但这可能不是真正的天线情况下。更高的天线增益可能意味着“更高的能量在一定的方向上传输”，但它可能并不意味着“总能量出设备”。天线增益的定义是指在某一方向上发射的功率与某一参考点的比值。这通常用db、dbi 或dbd 表示。这是用来表示“天线在指定方向上传输能量的效率”的指示器。基本概念可以说明如下。(详情请参阅http://rcexplorer.se/educational/gain/gain.html )

以下是典型增益值的经验传播模式规则。正如你所看到的，随着天线增益的增加，传播的方向越来越集中，这并不意味着总的传输能量(椭圆包围的区域)变得更高。

如果你想知道增益的数学定义，给你。

在大多数情况下，天线增益用对数单位表示如下。

Total Radiated Power (TRP)

正如这个词所暗示的。这是从各个方向测量的辐射功率之和。TRP 的简单定义如下所示(注意: 这里显示的球体不是天线的辐射方向图。这是一个三维坐标，称为’球面坐标’)。我希望这是直观的，不需要进一步的描述就能让你明白。

TRP有两种，被动TRP 和主动TRP。这种分类来自于测量TRP 的不同方法。实际上它更多的是关于如何通过天线传输信号。在无源TRP 中，通常是隔离的天线，信号通过电路网络分析仪的输出端口(或信号发生器的输出端口)直接馈入天线，并通过电路网络分析仪的输入端口或频谱分析仪的输入端口测量发射功率。在有源TRP中，通常是包括天线在内的整个设备。例如，如果是为了测量移动电话的天线，我们使用整个移动电话作为哑弹。有源色散测量的主要目的是观察天线在真实环境中的性能。在这种情况下，你不能使用网络分析仪或信号发生器通过天线发送信号。你必须使用这个地区大多数人所说的“call box”,也就是综测仪，它基本上是一个NS (比如，Enodeb，Nodeb，BTS模拟器)之类模拟基站的仪器。我们发送ue (例如移动电话)一个命令“发送功率xx dbm 或max power 的信号”，并使用“综测仪”或“频谱分析仪”测量传输功率。如果您对正式表达式更感兴趣，TRP 可以如下所示。

如果你喜欢正式的表达，但不熟悉这个表达的意思，下面的评论可能会对你有一点帮助。

现在你可能对trp 测量更感兴趣，因为我们正在进入5G / NR。Tr 38.817-9.1.1.1中，nr 中trp 的定义如下。你看，这个方程和上面的几乎一样。你们看到新的术语，叫做EIRP。在高层次的概念，你可以采取eirp 是一种权力(不完全相同的价值作为权力，但它可以直接从测量权力)。

在实际测量中，测量是在球面坐标系的整个表面上的特定点上进行的。所以我们需要把这个方程转换成离散形式，从实际测量中得到trp。如果我们用坐标上的单位网格进行测量，方程可以简单如下: