天線分析演算法

1. 天線架設高度與距離計算公式

天線架設高度與距離計算公式：天線下傾角=arctag(H/D)在市區：天線下傾角=arctag(H/D)+垂直半功率角/2。

其中H為高度，D為覆蓋半徑，垂直半功率角為天線的垂直半功率角，一般為10度左右，可以藉助一下小軟體來計算下傾角及覆蓋距離。

下傾角越大，天線越傾斜，則頭低的越低，看到的視野范圍也就越近，那覆蓋的面積也就越小了。反之，下傾角越小，頭就抬的越高，視野廣，覆蓋自然就比較大。

測量方法：

天線參數的測量方法與天線工作頻率有關。對頻率低於100MHz的天線，由於地面對天線電性能有明顯影響，且天線尺寸很大，只能在原地測量其輻射特性。

對頻率在0.1～1GHz天線，常用地面反射測試場確定天線增益；對飛行器上天線，由於飛行器往往也是天線輻射體的一部分，一般用模型天線測量方向性圖；對頻率在1GHz以上的天線，常用自由空間測試場測量天線參數。下面按參數分類說明測量方法。

2. 天線的原理與製作

作為電磁換能元件，天線在整個無線電通信系統中位置十分重要，質量好壞直接影響著收發信距離的遠近和通聯效果，可以說沒有了天線也就沒有了無線電通信。作為一款經典的定向天線，八木天線在HF、VHF以及UHF波段應用十分廣泛，它全稱為「八木／宇田天線」，英文名YAGI，是由上世紀二十年代日本東北帝國大學的電機工程學教授八木秀次，在與他的學生宇田新太郎研究短波束時發明的。相對於基本的半波對稱振子或者摺合振子天線，八木天線增益高、方向性強、抗干擾、作用距離遠，並且構造簡單、材料易得、價格低廉、擋風面小、輕巧牢固、架設方便。通常八木天線由一個激勵振子（也稱主振子）、一個反射振子（又稱反射器）和若干個引向振子（又稱引向器）組成，相比之下反射器最長，位於緊鄰主振子的一側，引向器都較短，並悉數位於主振子的另一側，全部振子加起來的數目即為天線的單元數，譬如一副五單元的八木天線就包括一個主振子、一個反射器和三個引向器，結構如圖1所示。主振子直接與饋電系統相連，屬於有源振子，反射器和引向器都屬無源振子，所有振子均處於同一個平面內，並按照一定間距平行固定在一根橫貫各振子中心的金屬橫樑上。

八木天線定向工作的原理，可依據電磁學理論進行詳盡地數學推導，但是比較繁瑣復雜，普通讀者也不易理解，這里只做定性的簡單分析：我們知道，與天線電氣指標密切相關的是波長λ，長度略長於λ/4整數倍的導線呈電感性，長度略短於λ/4整數倍的導線呈電容性。由於主振子L採用長約λ/2的半波對稱振子或半波摺合振子，在中心頻點工作時處於諧振狀態，阻抗呈現為純電阻，而反射器A比主振子略長，呈現感性，假設兩者間距a為λ/4，以接收狀態為例，從天線前方某點過來的電磁波將先到達主振子,並產生感應電動勢ε1和感應電流I1，再經λ/4的距離後電磁波方到達反射器，產生感應電動勢ε2和感應電流I2，因空間上相差λ/4的路程，故ε2比ε1滯後90°，又因反射器呈感性I2比ε2滯後90°，所以I2比ε1滯後180°，反射器感應電流I2產生輻射到達主振子形成的磁場H2又比I2滯後90°，根據電磁感應定律H2在主振子上產生的感應電動勢ε1'比H2滯後90°，也就是ε1'比ε1滯後360°，即反射器在主振子產生的感應電動勢ε1'與電磁信號源直接產生的感應電動勢ε1是同相的，天線輸出電壓為兩者之和。同理可推導出，對天線後方某點來的信號，反射器在主振子產生的感應電動勢與信號直接產生的感應電動勢是反相的，起到了抵消輸出的作用。而引向器B、C、D等都比主振子略短，阻抗呈容性，假定振子間距b、c、d也等於λ/4，按上述方法也可推出引向器對前方過來的信號起著增強天線輸出的作用。綜上所述，反射器能夠有效消除天線方向圖後瓣，並和引向器共同增強天線對前方信號的靈敏度，使天線具有了強方向性，提高了天線增益。對於發射狀態，推導過程亦然。實際製作過程中，通過縝密設計和適當調整各振子的長度及其間距，就能獲得工作在不同中心頻點、具有一定帶寬、一定阻抗值和較好端射方向圖的八木天線。

對於設計調整一副天線，我們總希望它能夠有較高的效率和增益，足夠的帶寬，以及較強的信號選擇和抗干擾能力，同時與饋線阻抗盡量匹配，竭力降低駐波比和減小信號損耗。然而天線的各項幾何參數對其電氣性能都有影響，並且往往彼此矛盾、相互牽制，設計調整時不能顧此失彼，要結合實際的用途綜合考慮，分清主次，必要時還得犧牲一些次要的性能指標。由於八木天線的增益與軸向長度（從反射器到最末引向器的距離）、單元數目、振子長度及間距密切相關，軸向越長，單元數實際也就是引向器越多，方向越尖銳，增益越高，作用距離越遠，但超過四個引向器後，改善效果就不太明顯了，而體積、重量、製作成本則大幅增加，對材料強度要求也更嚴格，同時導致工作頻帶更窄。一般情況下採用 6 ~ 12 單元就足夠了，天線增益可達 10~15 dB，對於高增益的要求，可採用天線陣的辦法加以解決。引向器的長度通常為(0.41~0.46)λ，單元數愈多，引向器的最佳長度也就愈短，如果要求工作頻段較寬，引向器的長度也應取得短些。引向器的間距一般取(0.15~0.4)λ，大於0.4λ後天線增益將迅速下降，但第一引向器B和主振子的間距應略小於其它間距，例如取b≈0.1λ時，增益將會有所提高。

一般來說，反射器A的長度及與主振子的間距對天線增益影響不大，而對前後輻射比和輸入阻抗卻有較大的影響，反射器長度通常為(0.5~0.55)λ，與主振子的間距為(0.15~0.23)λ。反射器較長或間距較小可有效地抑制後向輻射，但輸入阻抗較低，難於和饋線良好匹配，因而要採取折衷措施。對某些前後輻射比要求較高的使用場合，可以在與天線平面垂直方向上上下安裝兩個反射器，或者乾脆採用反射網的形式。有時為了著重改善天線帶寬的低頻端特性，還會在主振子的後面不同距離處排列兩個長度不等的反射器，其中較短的要離主振子近些。若想改善天線的高頻端特性，可適當調短引向器的長度。多元八木天線中引向器的長度和間距可以相等也可不等，從而分成均勻結構和不均勻結構兩種形式，不均勻結構的引向器，離主振子越遠長度越短，間隔越大，使得工作頻帶向高頻端方向拓展，調整起來相對靈活機動。天線增益越高，帶寬也會越窄，有時為展寬頻帶，還可採用兩個激勵振子，稱為雙激，或者直接選用復合式引向天線。考慮到八木天線的各項電氣指標在頻帶低端比較穩定，而高端變化較快，所以最初設計時頻率通常要稍高於中心頻率。另外振子所用金屬管材越粗，其特性阻抗越低，天線帶寬也就越大，振子直徑通常為(1/100~1/150)λ，當然實際選擇時還要考慮天線的整體機械特性。振子的粗細還會影響振子的實用最佳長度，這是因為電波在金屬中行進的速度與真空中不盡相同，實際製作長度都要在理論值上減去一個縮短系數，而導線越粗縮短系數越大，振子長度越小，對阻抗特性也造成一定影響。

輸入阻抗是天線的一個重要特性指標，它主要由有源振子固有的自阻抗及與其鄰近的幾個無源振子間的互阻抗來決定的。遠處的引向器，由於和主振子耦合較弱，互阻抗可忽略不計。通常主振子有半波對稱振子和半波摺合振子兩種形式，單獨諧振狀態下，輸入阻抗都為純電阻，半波對稱振子的Zin = 73.1 歐，標稱 75 歐，半波摺合振子的Zin = 292.4 歐，標稱300歐，是半波對稱振子的四倍。而加了引向器、反射器無源振子後，由於相互之間的電磁耦合，阻抗關系變得比較復雜，輸入阻抗顯著降低，並且八木天線各單元間距越小阻抗也越低。為了增大輸入阻抗，提高天線效率，故主振子多選用半波摺合振子的形式，這樣也能同時增加天線的帶寬。只要適當選擇摺合振子的長度，兩導體的直徑比及其間距，並結合調整反射器及附近幾個引向振子的尺寸，就可以使輸入阻抗變換到等於或接近饋線特性阻抗的數值。尤其值得一提的是，雖然無線電通信機天線埠及採用的同軸電纜特性阻抗都設計成50Ω，而廣播電視接收和傳輸同軸電纜特性阻抗為75Ω，但是對於任一天線，人們總可以通過阻抗調試，在要求頻率范圍內，使天饋線良好匹配，獲得滿意的駐波比，所以實用中並不十分注意八木天線輸入阻抗的具體數值，而主要以饋線上的駐波比為依據進行尺寸選擇或試驗調整。如果選用同軸電纜饋電，為保證天線的對稱性及與饋線的阻抗匹配，就必須在饋線和天線介面處加入「平衡—不平衡」轉換器，例如半波U型環式匹配器、變壓器式匹配器等，否則高頻信號在傳輸中衰減嚴重。因半波U型環式匹配器只需一段λ/2的同軸電纜，結構簡單，應用廣泛，具體接線方法如圖2所示。

由於引向器陣列對增益、後向輻射、輸入阻抗等都有影響，故實驗調整是八木天線投入使用前必不可少的一個步驟。調試時注意一定要把天線架起來，離開地面高度兩、三米以上，以免影響天線的阻抗和仰角。架設八木天線時，振子所在的天線平面既可以和大地平行又可以垂直，只要收、發雙方的天線保持相同姿勢就行，平行則輻射水平極化波，垂直則輻射垂直極化波，因有足夠的隔離度，還可共桿架設兩副相互垂直的引向天線，使用起來十分方便。為避免相位關系更加復雜化，降低調整難度，通常摺合振子平面要與橫梁垂直。因為各振子長度都約為半個波長，振子中點恰好位於電波感應信號電壓的零點，所以振子的中點能用金屬螺栓和鋁質橫梁直接固定，不必絕緣，這樣還能方便地泄放感應靜電。若主振子採用半波對稱振子，與饋線相接的地方必須和橫梁保持良好絕緣，若採用半波摺合振子，中點仍與橫梁相通。金屬橫梁與端射方向上的電場極化方向垂直，因此對天線輻射場不會產生顯著的影響。另外需要注意的是，由於天線一般架設在樓頂、陽台等室外環境，受風吹日曬雨淋後介面容易氧化生銹，影響信號的傳輸和天線的匹配，使收發效果變差，需用防水膠帶提前處理，同時還應注意防雷。

雖然說八木天線結構並不復雜，但是若想做好做精也不是一件輕而易舉的事，如果自行設計沒有足夠的把握，可以完全仿照工程理論書籍給出的尺寸，或者藉助於一些現成的設計軟體，如國外的yagi（下載地址 http://www.ve3sqb.com/）等，只需直接輸入頻率、單元數和振子直徑，就能得到各個單元的最佳尺寸和位置，如圖3所示，確保你也能製造出一副優秀的YAGI。理論歸理論，只有實踐才能出真知，怎麼樣，還不抓緊動手試一試！
八木天線分配器(雙排定向天線製作)

許多人在成功的製作完定向天線後, 其野心也越來越大, 因為既然一個陣列的定向天線已經成功, 何不做做雙排的定向天線呢? 沒錯! 我們就是要本著一顆龐大的野心, 朝著想要達到的目標前進, 這樣我們的技術才會提升, 這也是業餘無線電玩家的精神.

只要你完成了前一個單元的實驗144MHZ 九節八木天線, 那你要製作一個雙排定向天線, 絕不是一件難事. 只要你有了分配器, 想要做幾排定向天線都沒問題.

兩排定向天線合並, 中間一定要有一個分配器, 而兩排定向天線的距離大約是天線本身主桿的80%~90%長, 而且分配器兩端75歐姆的同軸電纜線要等長.
注意事項:

分配器兩端的長度最好是奇數個電子上的四分之一波長, 當你算出物理上的四分之一波長天線長度(也就是第一單元所講的四分之一波長的演算法), 還要用此長度算出電子上的四分之一波長的長度, 來運用在75歐姆同軸電纜線的長度.

例如:天線頻率144MHZ, 它的四分之一波長為 0.5 公尺(物理上的), 而我使用的75歐姆同軸電纜線規格為 RG-59, 而RG-59的速率因素為 0.66 (75歐姆同軸電纜線規格有很多種,其速率因素也不同, 請參考出廠規格說明), 所以我還要將剛剛算出的 0.5 公尺再乘上 0.66 , 所以求出在電子上的四分之一波長的長度為0.33公尺. 假設我所需要的電纜線從天線的供電點到T型接頭的長度為1.98公尺, 這個長度剛好是6個電子的四分之一波長, 是個偶數, 而我們不要偶數倍, 我們要奇數倍, 所以我們把長度加到2.3公尺(這個長度是7個電子的四分之一波長), 讓它成為奇數倍, 這樣的效率才是最好的.

3. 計算天線方向圖的權值需要哪些知識

智能天線權值第一部分智能天線廣播波束權值相關知識第一章引言 1.1智能天線的基本功能智能天線是N列取向相同的天線按照一定方式排列和激勵利用波的干涉原理形成 在天線方向圖綜合中傳統解析的方法雖然計算簡單但適用范圍窄在實際工程中由於天線... 基於遺傳演算法的陣列天線激勵權值優化包括幅度和相位和天線單元位置優化的

4. wifi天線設計製作的計算問題

製作低成本 WiFi 天線的方法：

1、獲取 USB 無線區域網適配器「軟體狗」。這是一個與 U 盤大小差不多的小型設備，能為計算機提供 WiFi 功能。即使用戶的計算機集成了無線網卡，也需要用到這個設備。

1）為了達到最佳兼容效果，請購買一個同時符合 802.11b 和 802.11g 標準的軟體狗。

2）可在京東或淘寶上查看商品價格，簡單的適配器在短距離內非常有效，價格一般在百元左右。

3）適配器的形狀很重要。為了節約成本，請購買 U 盤形狀的小型設備。更大型的扁鼠狀機型（價格在三四百元）通常更靈敏、功率更高，雖然安裝難度也較大，但是在條件苛刻的安裝環境中效果更佳。

2、獲取 USB 被動延長線。需要一根 A 公對 A母 USB 延長線。可以在網上商店或本地電腦城買到。需要用這根線將 USB WiFi 適配器連接到您計算機的 USB 埠。

1）天線是定向的，因此需要放到可直接看到無線接入點的位置。請確保連接線夠長，可連接到用戶需要放置天線的位置，被動 USB 延長線的有效距離為 5 米。

2）如果需要，您可以將多根 USB 延長線連接起來使用。

3）主動 USB 延長線（價格大約在六、七十元）的有效距離更長，甚至可用來安裝直立的室外天線。

3、獲得網狀圓盤金屬物體。最簡便的方法是買一把廚房裡用來炸東西的網勺（形狀像鍋，但用鐵絲網做成），這個形狀剛剛好，而且還帶了方便的長柄。

1）還可以使用篩子、鐵絲蒸籠、鍋蓋、燈罩等，只要是碟狀金屬物體即可。任何拋物線形狀的的金屬網也可以，體積越大意味著信號越強，但移動起來也越難。

2）可以使用廢棄的碟型電視天線、用鐵絲網覆蓋的雨傘等較大物體，這些對信號的增強幅度更大，但考慮到安裝難度和刮風的影響，一般來說直徑 300 毫米左右的天線是最實用的。

3）使用帶有可調節軟桿的台燈燈罩可以方便地安裝和固定。

4、組裝天線。將 WiFi 軟體狗插到 USB 擴展線上，然後用細繩、膠帶或熱熔膠固定到圓盤物體的中心位置。

1）需要將軟體狗放到圓盤的焦點位置，無線信號到達圓盤後會反射到這個中心位置。焦點大約位於圓盤表面以上幾指寬的距離。

2）可以通過簡單的實驗來找到放置軟體狗的最佳位置。將圓盤貼上錫紙後放到太陽底下，觀察陽光反射的情況，集聚光線最強的點就是圓盤的焦點。

3）可能需要用一根短棍將軟體狗支撐到焦點位置。

4）其他支撐方法有：將繩線編織成網狀覆蓋在圓盤上，就像一個蜘蛛網；使用中空的塑料軟管接頭；或者，用筷子也行。

5、連接天線。將 USB 延長線的公插頭連接到計算機，然後在計算機上通過網路設置將其設置為您的 WiFi 網卡。

6、對准天線。找到要接入的遠程 WiFi 發射器的位置。

1）WiFi 天線的方向性非常強，因此對准信號方向非常重要。將碟型天線朝向遠程天線的方向通常是恰當的，但有時建築物等障礙物的雜散反射可能增強某些意外方向的信號強度。

2）可以使用價格較低的手持式激光筆驗證天線是否朝向無線信號發射器的方向。完成網路設置後，可以用這種筆來逗您的貓玩兒。

7、微調天線。連接網路後，一邊調節軟體狗的位置微調天線，一邊觀察計算機上顯示的無線信號強度。

1）適用於 Windows 的程序 NetStumbler 或適用於 Macintosh 的 KisMAC 可以顯示信號強度的圖形指示，對微調天線很有幫助。

2）內置 WiFi 天線通常位於桌面以下，且極易被金屬物體、隔斷牆、草木、人的身體等障礙物影響信號。與內置天線相比，即使是一架最簡單的直立 WiFi 鍋型天線也能大幅增強信號和擴大接收范圍。

提示：

1）增強 WiFi 信號接收有很多方法。大多數方法都是通過收集微波射頻 (RF) 信號並將其傳輸到計算機無線網卡來實現的。由於 RF 非常微弱，因此可能要用到各種連接線、要准確測量方位、要購買昂貴的容易丟失信號的同軸電纜和接頭。基於 USB 連接的方法將接電的 RF 接收器（軟體狗）放置到天線的焦點，從而避免了所有昂貴的花銷。

2）可以用寬嘴塑料嬰兒奶瓶來保護軟體狗免受風吹日曬，但還是要避免太陽直射，否則可能會損壞軟體狗。

3）此方法適用於帶有軟體狗適配器的其他微波無線技術，特別是藍牙、蜂窩技術，但不適用於紅外線和記憶棒。

4）要增強連接信號，可在您的天線後面放一張錫箔紙。

5. 用天線網分測試方法

可以近場天線測量。近距離高精度的。分為平面、柱面、球面近場測量三種，每種應用於不同的實際情況。

近場測量的原理是在一個面上採集待測天線近場數據，然後通過近遠場變換演算法，得到待測天線遠場輻射特性。而根據採集面的不同，又分為平面、柱面、球面近場天線測量技術。

天線的近場測量指的是測量探頭在天線的輻射近場區域內（天線在空間輻射的場可以通過距離的大小劃分為三個區域，在（0~λ/2π）內是電抗近區，在（λ/2π~2D^2/λ）內是輻射近區，在（2D^2/λ~+∞）內是輻射遠區）。

因為近場測量所需要的測量距離很小，所以受到的外部環境的干擾也很小，精度比較高，保密性也有保障，最重要的是可以不受天氣影響進行全天候不停時的測試。

還可以進行各種電磁環境的模擬，然後通過精密的數學分析計算，對測量中產生的誤差進行有效性補償，所以這種測量方法的精確性遠遠高於遠場測量。但是，近場測量也有不足之處，測量設備由於其高精度性，造成了設備造價很高，耗時也比較長，這是近場測量技術發展過程和實際應用中的一點阻礙。

6. 請問智能天線兩種演算法EBB和GOB比較模擬要用什麼軟體，有哪位高手進行過類似的研究實驗嗎

用Matlab模擬比較好。
目前智能天線的賦形演算法主要有以下兩種：
一、GOB(Grid Of Beam)演算法（又稱波束掃描法）：它是基於參數模型（利用信道的空域參數）的演算法，使基站實現下行指向性發射。
GOB演算法的基本思路如下：
將整個空間分為L個區域，並為每個區域設置一個初始角度。以各個區域的初始角度的方向向量為加權系數，計算接收信號功率，然後找到最大功率對應的區域，再將該區域的初始角度當作估計的到達角。 利用上下行信道對稱的特點，確定賦形角度。
二、EBB(Eigenvalue Based Beamforming)演算法（即特徵向量法）：通過對空間相關矩陣進行特徵值的分解來得到權矢量。實現方法就是找到第K個用戶的權矢量w^(k) 使得r最大。
EBB演算法的基本思路如下：
（1）對於整個波束空間，找到使接收信號功率最大的賦形權矢量。這通過對用戶空間相關矩陣進行特徵分解，找到最大特徵值對應的特徵向量即為權矢量。
（2）對用戶空間相關矩陣進行特徵分解，求得到達角度個數和對應方向。
兩種演算法的比較：
從演算法難度來看，EBB演算法的實現難度略高於GOB演算法；
EBB演算法得到的是全局最優解，而GOB演算法得到的是局部最優解；
在低速情況下，EBB演算法性能優於GOB；
在高速情況下，EBB演算法與GOB演算法性能基本相當
在城區，無線的傳播環境很惡劣，EBB演算法的優勢也更加明顯

另一種描述：
目前比較常用的波束賦形演算法有2種：GOB演算法和EBB演算法。
GOB演算法是一種固定波束掃描的方法，對於固定位置的用戶，其波束指向是固定的，波束寬度也隨天線陣元數目而確定。當用戶在小區中移動時，它通過測向確定用戶信號DOA，然後根據信號DOA選取預先設定的波束賦形系數進行加權，將方向圖的主瓣指向用戶方向，從而提高用戶的信噪比。
EBB演算法是一種自適應的波束賦形演算法，方向圖沒有固定的形狀，隨著信號及干擾而變化。其原則是使期望用戶接收功率最大的同時，還要滿足對其他用戶干擾最小。
實際設備中採用了EBB演算法，需要說明的一點是，僅下行有波束賦形技術，上行方向，手機天線無法進行波束賦形，基站多個天線此時主要用於分集接收。
簡單來說就是一個天線陣的運用，上行信號到達每個天線的時間是不一致的，但天線之間的相差是可以預知的，只要將每個天線上的上行信號做一個加權處理，所得信號將是同相信號，將天線陣上的信號相加，即可增加10logN*N db（此處應為10logN db——本人注）的信噪比； 同理下行時，首先根據上行信號估計空間特性，然後在天線陣上發送具有相差的信號，使各個天線下行信號到達接受機的信號同相。上下行中相位的加權運算就是波束賦形。
註解：波束賦形工作由基站完成

7. 天線下傾角的計算方法

倒V天線嗎?還是倒八。用天線計算器吧。輸入頻率就行了

8. 手機天線長度的計算方法

取手機通信頻率為900MHz,根據公司入=c*f.可計算出手機信號波長為：0.33米。由於天線長度和電磁波長度成正比關系，經驗值天線長度為波長的四分之一時效果最好，所以天線長度0.083米=83mm.

9. 手機信號天線用集中參數還是分布參數電路的分析方法

手機的信號的話，一般都是可以看一下具體的參數的分析的方法。

10. FEKO模擬中陣列天線為什麼只能用矩量法，應用矩量法有什麼優點。

FEKO最具優勢。FEKO是基於矩量法，擁有高效的多層快速多極子法，並將矩量法與高頻分析方法完美結合，從而非常適合於分析天線設計中的各類電磁場問題，此外FEKO還混合了有限元法，使之分析更精確。 HFSS基於有限元方法，是一種頻域演算法。適用於模型細部變化多的頻域分析。 FEKO是基於MOM的頻域的電磁場模擬軟體。其最大的特點就是自動滿足無限遠條件，特別適應做輻射，散射等分析。 CST最早是基於時域有限積分法的，但現在的版本都朝著高大全的方向發展，集成了幾乎所有主流的演算法求解器。但個人認為它在專長還是在於模型結構較規整的時域分析。