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发表于 2009-12-22 14:06
diy过天线的人很多人都会有一个感觉，diy出来的天线效果一般都是很好的，比原装的2DB或者5DB天线的效果要好很多，大家往往认为这个天线就是成功的，其实不然！
评价一个天线的性能的参数并不只有天线的增益一个这么简单！
RFID表征天线性能的主要参数：
1.1 天线的输入阻抗
天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。
1.2 天线的极化方式
所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。（其极化分集增益约为5dB，比单极化天线提高约2dB。）
1.3 天线的增益
天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。
一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。
1.4 天线的波瓣宽度
波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。
天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，在一定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以达到改善小区覆盖质量的目的，这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段。主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水平平面的半功率角（H－Plane Half Power beamwidth）45°,60°,90°等)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的半功率角大的天线；垂直平面的半功率角（V－Plane Half Power beamwidth）:（48°, 33°,15°,8°）定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。
1.5 前后比(Front-Back Ratio)
表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。一般在25－30dB之间，应优先选用前后比为30的天线。
很多人对diy天线为什么能获得高的增益这一点一直都有个误区，认为是diy天线的接收面积大，发射能力强，所以信号强，这是一个极大的错误！
天线增益的若干计算公式
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）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}
式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,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（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2}
式中， D 为抛物面直径；
λ0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）=10Lg{2L/λ0}
式中， L 为天线长度；
λ0 为中心工作波长；
天线线并不能增加发射的能量，它增益提高是因为它把能量发身到了一个更小的方向上（全向天线360度的发射能量）而定向天线把能量主要发射到它的主瓣方向上(就和同志说过的，集中优势兵力各个消灭敌人!),天线是一个系统，包括反身板引向器这些系统都影响着天线的性能，在这些结构的影响下天线的振子在某个方向上接收到的能量的强度和没有这些结构的情况下有的巨大的变化（当然振子自身的型状对在某些方向上的接收能力影响更大），总而言之天线的结构对天线在某些波段，某些方向的发射和接收性能有着巨大的影响，天线的接收和发身是共性的，它在主瓣方向接收能量的能力也会变强，这个方向上场强不变的情况下，能接收到更多的电磁波能量。
总而方之就是就是增益天线并不能增加发射的能量的大小（带功率方大器的话另当别论，但是功率方大器，不能算是天线的一个部分了 ），只能把能量集中发射到一定的方向，并在这些方向上接收一定频率电磁波能量的能力有所增强。
平时我们diy一个天线高增益是我们的目标，也是一个很容易检测的参数，用一个已知参数的天线对比一下就参大致了解。但是有一个很重要的参数因为测试不是很方便，经常被我们diy天线一族忽略，但是对天线的性能确有着很大的影响，并严重影响无线网络的质量。
那就是天线的驻波比，也就是天线的输入阻抗是不是和馈线以及发射装置的阻抗匹配。
因为天线在直流状态下是开路的，也就是直流阻抗是无穷大，而在我们diy的wifi天线工作的2.4GHZ频段的输入阻抗我们没有工具进行测试。（有条件的可以用功率驻波表进行测量驻波比）
如果天线和馈线的阻抗不匹配，输出端发射的能量有一部分被天线反射回来到馈线中，因为这部分能量的频率和发射的频率是一样的，所以会严重干扰发射的信号，导致发射的信号的误码率升高，发传输的数据量大的时候甚至会断网，反射回来的能量同时有可能会导致无线AP的蕊片发热而出现故障。
本人以前diy了一个天线使用了一年左右非常移定，后来因为觉得外观不是很漂亮，所以重新组装了一下，外观比以前漂亮很多，但是使用过程中如果传输大量数据的话，超过几分钟的时候无线网桥和计算机连接的速度降为1Mbps,而且断网，分析原因，在同一间房间内，信号强度大，但是连接速度却很低，这说明误码率非常高，也就是说干扰很大，而周边没有明显的干扰源，而且每次都出现在数据传输量大的时候，所以分析结果为天线驻波比太大，反射回的信号干扰后续发射的信号。对天线进行多次微调，增强屏蔽后，信号稳定，传输大量数据时不再出现连接速度下降，及断流现像。
所以在这里我提供大家一个从侧面来测量驻波比的方法：局域网中两台电脑，一台用无线连接无线路由，一台用有线，然后在两台之间用fastcopy来拷贝大量文件，来测试连接速度，一般54M无线路由的传输速度可以达到20Mb也就是2.5MB/s。如果可以长时间在这个速度附近传输的话说明天线的驻波比比较小，同时也可以在电脑上看连接速度有没有变化，有的无线网卡的管理程序还会显示接收的误码率/接收错误包数量，用这个方法可以来评价天线的驻波比。
一般的情况下传输数量不是很大，驻波比稍大一点并没有什么关系，但是在工程网桥等传输比较繁忙的情况下，驻波比是非常重要的，将直接影响系统的性能！在这种情况下驻波比最好能控制在1.2以内，有条件的最好是准备一台功率驻波表对天线进行检测。
下面说一下无线DIY过程中存在的一些误区，和一些人的故意的误导！
一、前面说了天线线并不能增加发射的能量，它增益提高是因为它把能量发身到了一个更小的方向上，所以希望一个天线增益高，又能覆盖较大的解度，这是不太可能的。有人会说12DB全向天线不是做到了吗？其实它虽然在水平方向上实现了360度覆盖，但是在垂直方向上它的覆盖角度却变小了(想像一下一个球，和一个扁的篮瓜的差别）。
第二个就是大功率无线网卡，Gain = 10×log10(P/Po) dB,对于增加发射功率和增加发射天线增益相同的倍数，增益的增加都是相同的，看起来增加发射功率和增加天线的增益效果是一样的，但是实际上这只是一个错觉，因为电磁波发射天线周围某一点的场强，与它距离的平方成反比！也就是网卡功率从50mw增加到500mw增加10倍，但是同样的距离上的场强增加的并不是十倍而根号10也就是3倍多一点！而增益天线的增益是指：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。所以10DBi的天线在同样的距离下比0dbi的理想辐射单无接收到的信号场强大10倍。换而言之10DBd（12.15DBi)的天线比半波(0DBd)同距离发射源想同的距离接收的信号强10倍。而发射功率需要增加100倍才有这个效果！也就是5000mw的无线网卡想对于50mw无线网卡发射的效果，只相当于把半波振子，换成12.15dbi的天线的效果。而一个14dbi的平板天线的成本多低，而且电磁辅射对人身全的影响也要小很多（当距离小的时候大功率无线网卡的辅射相对于小功率的对人的影响大很多，比方说当距离是1M的时候距离的平方就是1所以场强增加10倍，当距离小于1米的时候更是按指数增加）。所以大功率无线网卡没个么必要，如果实在是在用的话，尽量远离人体。 有人会问那大功率发射设备适合在什么场合下应用呢？大功率设备适合在做覆盖的时候用，而做传输的时候效果不好。
三，有人对其它人说：你这个天线不错，增益不错增益很高，不过要功率大的网卡才能推得动，并且举出自己的某天线只有在某功率大的网卡上才有比较好的表现，用来证明天线增益高需要大功率的网卡才能带动。
这也是一个很严重的错误，对于网卡来说，天线对它的发射和接收有影响只有两个参数，阻抗和增益。阻抗的匹配与否决定了网卡发射出来的能量能否全部被天线辐射出去，增益则决定了在主瓣方向上发射和接收信号的性能。
每个wifi无线网卡（或者某个无线发射机）的设计输出阴抗都是一定的，但实际生产出来的产品每个都存在着个体差异！而每个天线做出来也都存在一定的误差，所以阴抗也都有所不同。所以会出现某人发现某天线只在某块网卡上表现最好（而刚好那个网卡发射功率大，这只是一个偶然）！
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