天线分析算法

1. 天线架设高度与距离计算公式

天线架设高度与距离计算公式：天线下倾角=arctag(H/D)在市区：天线下倾角=arctag(H/D)+垂直半功率角/2。

其中H为高度，D为覆盖半径，垂直半功率角为天线的垂直半功率角，一般为10度左右，可以借助一下小软件来计算下倾角及覆盖距离。

下倾角越大，天线越倾斜，则头低的越低，看到的视野范围也就越近，那覆盖的面积也就越小了。反之，下倾角越小，头就抬的越高，视野广，覆盖自然就比较大。

测量方法：

天线参数的测量方法与天线工作频率有关。对频率低于100MHz的天线，由于地面对天线电性能有明显影响，且天线尺寸很大，只能在原地测量其辐射特性。

对频率在0.1～1GHz天线，常用地面反射测试场确定天线增益；对飞行器上天线，由于飞行器往往也是天线辐射体的一部分，一般用模型天线测量方向性图；对频率在1GHz以上的天线，常用自由空间测试场测量天线参数。下面按参数分类说明测量方法。

2. 天线的原理与制作

作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名YAGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。

八木天线定向工作的原理，可依据电磁学理论进行详尽地数学推导，但是比较繁琐复杂，普通读者也不易理解，这里只做定性的简单分析：我们知道，与天线电气指标密切相关的是波长λ，长度略长于λ/4整数倍的导线呈电感性，长度略短于λ/4整数倍的导线呈电容性。由于主振子L采用长约λ/2的半波对称振子或半波折合振子，在中心频点工作时处于谐振状态，阻抗呈现为纯电阻，而反射器A比主振子略长，呈现感性，假设两者间距a为λ/4，以接收状态为例，从天线前方某点过来的电磁波将先到达主振子,并产生感应电动势ε1和感应电流I1，再经λ/4的距离后电磁波方到达反射器，产生感应电动势ε2和感应电流I2，因空间上相差λ/4的路程，故ε2比ε1滞后90°，又因反射器呈感性I2比ε2滞后90°，所以I2比ε1滞后180°，反射器感应电流I2产生辐射到达主振子形成的磁场H2又比I2滞后90°，根据电磁感应定律H2在主振子上产生的感应电动势ε1'比H2滞后90°，也就是ε1'比ε1滞后360°，即反射器在主振子产生的感应电动势ε1'与电磁信号源直接产生的感应电动势ε1是同相的，天线输出电压为两者之和。同理可推导出，对天线后方某点来的信号，反射器在主振子产生的感应电动势与信号直接产生的感应电动势是反相的，起到了抵消输出的作用。而引向器B、C、D等都比主振子略短，阻抗呈容性，假定振子间距b、c、d也等于λ/4，按上述方法也可推出引向器对前方过来的信号起着增强天线输出的作用。综上所述，反射器能够有效消除天线方向图后瓣，并和引向器共同增强天线对前方信号的灵敏度，使天线具有了强方向性，提高了天线增益。对于发射状态，推导过程亦然。实际制作过程中，通过缜密设计和适当调整各振子的长度及其间距，就能获得工作在不同中心频点、具有一定带宽、一定阻抗值和较好端射方向图的八木天线。

对于设计调整一副天线，我们总希望它能够有较高的效率和增益，足够的带宽，以及较强的信号选择和抗干扰能力，同时与馈线阻抗尽量匹配，竭力降低驻波比和减小信号损耗。然而天线的各项几何参数对其电气性能都有影响，并且往往彼此矛盾、相互牵制，设计调整时不能顾此失彼，要结合实际的用途综合考虑，分清主次，必要时还得牺牲一些次要的性能指标。由于八木天线的增益与轴向长度（从反射器到最末引向器的距离）、单元数目、振子长度及间距密切相关，轴向越长，单元数实际也就是引向器越多，方向越尖锐，增益越高，作用距离越远，但超过四个引向器后，改善效果就不太明显了，而体积、重量、制作成本则大幅增加，对材料强度要求也更严格，同时导致工作频带更窄。一般情况下采用 6 ~ 12 单元就足够了，天线增益可达 10~15 dB，对于高增益的要求，可采用天线阵的办法加以解决。引向器的长度通常为(0.41~0.46)λ，单元数愈多，引向器的最佳长度也就愈短，如果要求工作频段较宽，引向器的长度也应取得短些。引向器的间距一般取(0.15~0.4)λ，大于0.4λ后天线增益将迅速下降，但第一引向器B和主振子的间距应略小于其它间距，例如取b≈0.1λ时，增益将会有所提高。

一般来说，反射器A的长度及与主振子的间距对天线增益影响不大，而对前后辐射比和输入阻抗却有较大的影响，反射器长度通常为(0.5~0.55)λ，与主振子的间距为(0.15~0.23)λ。反射器较长或间距较小可有效地抑制后向辐射，但输入阻抗较低，难于和馈线良好匹配，因而要采取折衷措施。对某些前后辐射比要求较高的使用场合，可以在与天线平面垂直方向上上下安装两个反射器，或者干脆采用反射网的形式。有时为了着重改善天线带宽的低频端特性，还会在主振子的后面不同距离处排列两个长度不等的反射器，其中较短的要离主振子近些。若想改善天线的高频端特性，可适当调短引向器的长度。多元八木天线中引向器的长度和间距可以相等也可不等，从而分成均匀结构和不均匀结构两种形式，不均匀结构的引向器，离主振子越远长度越短，间隔越大，使得工作频带向高频端方向拓展，调整起来相对灵活机动。天线增益越高，带宽也会越窄，有时为展宽频带，还可采用两个激励振子，称为双激，或者直接选用复合式引向天线。考虑到八木天线的各项电气指标在频带低端比较稳定，而高端变化较快，所以最初设计时频率通常要稍高于中心频率。另外振子所用金属管材越粗，其特性阻抗越低，天线带宽也就越大，振子直径通常为(1/100~1/150)λ，当然实际选择时还要考虑天线的整体机械特性。振子的粗细还会影响振子的实用最佳长度，这是因为电波在金属中行进的速度与真空中不尽相同，实际制作长度都要在理论值上减去一个缩短系数，而导线越粗缩短系数越大，振子长度越小，对阻抗特性也造成一定影响。

输入阻抗是天线的一个重要特性指标，它主要由有源振子固有的自阻抗及与其邻近的几个无源振子间的互阻抗来决定的。远处的引向器，由于和主振子耦合较弱，互阻抗可忽略不计。通常主振子有半波对称振子和半波折合振子两种形式，单独谐振状态下，输入阻抗都为纯电阻，半波对称振子的Zin = 73.1 欧，标称 75 欧，半波折合振子的Zin = 292.4 欧，标称300欧，是半波对称振子的四倍。而加了引向器、反射器无源振子后，由于相互之间的电磁耦合，阻抗关系变得比较复杂，输入阻抗显着降低，并且八木天线各单元间距越小阻抗也越低。为了增大输入阻抗，提高天线效率，故主振子多选用半波折合振子的形式，这样也能同时增加天线的带宽。只要适当选择折合振子的长度，两导体的直径比及其间距，并结合调整反射器及附近几个引向振子的尺寸，就可以使输入阻抗变换到等于或接近馈线特性阻抗的数值。尤其值得一提的是，虽然无线电通信机天线端口及采用的同轴电缆特性阻抗都设计成50Ω，而广播电视接收和传输同轴电缆特性阻抗为75Ω，但是对于任一天线，人们总可以通过阻抗调试，在要求频率范围内，使天馈线良好匹配，获得满意的驻波比，所以实用中并不十分注意八木天线输入阻抗的具体数值，而主要以馈线上的驻波比为依据进行尺寸选择或试验调整。如果选用同轴电缆馈电，为保证天线的对称性及与馈线的阻抗匹配，就必须在馈线和天线接口处加入“平衡—不平衡”转换器，例如半波U型环式匹配器、变压器式匹配器等，否则高频信号在传输中衰减严重。因半波U型环式匹配器只需一段λ/2的同轴电缆，结构简单，应用广泛，具体接线方法如图2所示。

由于引向器阵列对增益、后向辐射、输入阻抗等都有影响，故实验调整是八木天线投入使用前必不可少的一个步骤。调试时注意一定要把天线架起来，离开地面高度两、三米以上，以免影响天线的阻抗和仰角。架设八木天线时，振子所在的天线平面既可以和大地平行又可以垂直，只要收、发双方的天线保持相同姿势就行，平行则辐射水平极化波，垂直则辐射垂直极化波，因有足够的隔离度，还可共杆架设两副相互垂直的引向天线，使用起来十分方便。为避免相位关系更加复杂化，降低调整难度，通常折合振子平面要与横梁垂直。因为各振子长度都约为半个波长，振子中点恰好位于电波感应信号电压的零点，所以振子的中点能用金属螺栓和铝质横梁直接固定，不必绝缘，这样还能方便地泄放感应静电。若主振子采用半波对称振子，与馈线相接的地方必须和横梁保持良好绝缘，若采用半波折合振子，中点仍与横梁相通。金属横梁与端射方向上的电场极化方向垂直，因此对天线辐射场不会产生显着的影响。另外需要注意的是，由于天线一般架设在楼顶、阳台等室外环境，受风吹日晒雨淋后接口容易氧化生锈，影响信号的传输和天线的匹配，使收发效果变差，需用防水胶带提前处理，同时还应注意防雷。

虽然说八木天线结构并不复杂，但是若想做好做精也不是一件轻而易举的事，如果自行设计没有足够的把握，可以完全仿照工程理论书籍给出的尺寸，或者借助于一些现成的设计软件，如国外的yagi（下载地址 http://www.ve3sqb.com/）等，只需直接输入频率、单元数和振子直径，就能得到各个单元的最佳尺寸和位置，如图3所示，确保你也能制造出一副优秀的YAGI。理论归理论，只有实践才能出真知，怎么样，还不抓紧动手试一试！
八木天线分配器(双排定向天线制作)

许多人在成功的制作完定向天线后, 其野心也越来越大, 因为既然一个阵列的定向天线已经成功, 何不做做双排的定向天线呢? 没错! 我们就是要本着一颗庞大的野心, 朝着想要达到的目标前进, 这样我们的技术才会提升, 这也是业馀无线电玩家的精神.

只要你完成了前一个单元的实验144MHZ 九节八木天线, 那你要制作一个双排定向天线, 绝不是一件难事. 只要你有了分配器, 想要做几排定向天线都没问题.

两排定向天线合并, 中间一定要有一个分配器, 而两排定向天线的距离大约是天线本身主杆的80%~90%长, 而且分配器两端75欧姆的同轴电缆线要等长.
注意事项:

分配器两端的长度最好是奇数个电子上的四分之一波长, 当你算出物理上的四分之一波长天线长度(也就是第一单元所讲的四分之一波长的算法), 还要用此长度算出电子上的四分之一波长的长度, 来运用在75欧姆同轴电缆线的长度.

例如:天线频率144MHZ, 它的四分之一波长为 0.5 公尺(物理上的), 而我使用的75欧姆同轴电缆线规格为 RG-59, 而RG-59的速率因素为 0.66 (75欧姆同轴电缆线规格有很多种,其速率因素也不同, 请参考出厂规格说明), 所以我还要将刚刚算出的 0.5 公尺再乘上 0.66 , 所以求出在电子上的四分之一波长的长度为0.33公尺. 假设我所需要的电缆线从天线的供电点到T型接头的长度为1.98公尺, 这个长度刚好是6个电子的四分之一波长, 是个偶数, 而我们不要偶数倍, 我们要奇数倍, 所以我们把长度加到2.3公尺(这个长度是7个电子的四分之一波长), 让它成为奇数倍, 这样的效率才是最好的.

3. 计算天线方向图的权值需要哪些知识

智能天线权值第一部分智能天线广播波束权值相关知识第一章引言 1.1智能天线的基本功能智能天线是N列取向相同的天线按照一定方式排列和激励利用波的干涉原理形成 在天线方向图综合中传统解析的方法虽然计算简单但适用范围窄在实际工程中由于天线... 基于遗传算法的阵列天线激励权值优化包括幅度和相位和天线单元位置优化的

4. wifi天线设计制作的计算问题

制作低成本 WiFi 天线的方法：

1、获取 USB 无线局域网适配器“软件狗”。这是一个与 U 盘大小差不多的小型设备，能为计算机提供 WiFi 功能。即使用户的计算机集成了无线网卡，也需要用到这个设备。

1）为了达到最佳兼容效果，请购买一个同时符合 802.11b 和 802.11g 标准的软件狗。

2）可在京东或淘宝上查看商品价格，简单的适配器在短距离内非常有效，价格一般在百元左右。

3）适配器的形状很重要。为了节约成本，请购买 U 盘形状的小型设备。更大型的扁鼠状机型（价格在三四百元）通常更灵敏、功率更高，虽然安装难度也较大，但是在条件苛刻的安装环境中效果更佳。

2、获取 USB 被动延长线。需要一根 A 公对 A母 USB 延长线。可以在网上商店或本地电脑城买到。需要用这根线将 USB WiFi 适配器连接到您计算机的 USB 端口。

1）天线是定向的，因此需要放到可直接看到无线接入点的位置。请确保连接线够长，可连接到用户需要放置天线的位置，被动 USB 延长线的有效距离为 5 米。

2）如果需要，您可以将多根 USB 延长线连接起来使用。

3）主动 USB 延长线（价格大约在六、七十元）的有效距离更长，甚至可用来安装直立的室外天线。

3、获得网状圆盘金属物体。最简便的方法是买一把厨房里用来炸东西的网勺（形状像锅，但用铁丝网做成），这个形状刚刚好，而且还带了方便的长柄。

1）还可以使用筛子、铁丝蒸笼、锅盖、灯罩等，只要是碟状金属物体即可。任何抛物线形状的的金属网也可以，体积越大意味着信号越强，但移动起来也越难。

2）可以使用废弃的碟型电视天线、用铁丝网覆盖的雨伞等较大物体，这些对信号的增强幅度更大，但考虑到安装难度和刮风的影响，一般来说直径 300 毫米左右的天线是最实用的。

3）使用带有可调节软杆的台灯灯罩可以方便地安装和固定。

4、组装天线。将 WiFi 软件狗插到 USB 扩展线上，然后用细绳、胶带或热熔胶固定到圆盘物体的中心位置。

1）需要将软件狗放到圆盘的焦点位置，无线信号到达圆盘后会反射到这个中心位置。焦点大约位于圆盘表面以上几指宽的距离。

2）可以通过简单的实验来找到放置软件狗的最佳位置。将圆盘贴上锡纸后放到太阳底下，观察阳光反射的情况，集聚光线最强的点就是圆盘的焦点。

3）可能需要用一根短棍将软件狗支撑到焦点位置。

4）其他支撑方法有：将绳线编织成网状覆盖在圆盘上，就像一个蜘蛛网；使用中空的塑料软管接头；或者，用筷子也行。

5、连接天线。将 USB 延长线的公插头连接到计算机，然后在计算机上通过网络设置将其设置为您的 WiFi 网卡。

6、对准天线。找到要接入的远程 WiFi 发射器的位置。

1）WiFi 天线的方向性非常强，因此对准信号方向非常重要。将碟型天线朝向远程天线的方向通常是恰当的，但有时建筑物等障碍物的杂散反射可能增强某些意外方向的信号强度。

2）可以使用价格较低的手持式激光笔验证天线是否朝向无线信号发射器的方向。完成网络设置后，可以用这种笔来逗您的猫玩儿。

7、微调天线。连接网络后，一边调节软件狗的位置微调天线，一边观察计算机上显示的无线信号强度。

1）适用于 Windows 的程序 NetStumbler 或适用于 Macintosh 的 KisMAC 可以显示信号强度的图形指示，对微调天线很有帮助。

2）内置 WiFi 天线通常位于桌面以下，且极易被金属物体、隔断墙、草木、人的身体等障碍物影响信号。与内置天线相比，即使是一架最简单的直立 WiFi 锅型天线也能大幅增强信号和扩大接收范围。

提示：

1）增强 WiFi 信号接收有很多方法。大多数方法都是通过收集微波射频 (RF) 信号并将其传输到计算机无线网卡来实现的。由于 RF 非常微弱，因此可能要用到各种连接线、要准确测量方位、要购买昂贵的容易丢失信号的同轴电缆和接头。基于 USB 连接的方法将接电的 RF 接收器（软件狗）放置到天线的焦点，从而避免了所有昂贵的花销。

2）可以用宽嘴塑料婴儿奶瓶来保护软件狗免受风吹日晒，但还是要避免太阳直射，否则可能会损坏软件狗。

3）此方法适用于带有软件狗适配器的其他微波无线技术，特别是蓝牙、蜂窝技术，但不适用于红外线和记忆棒。

4）要增强连接信号，可在您的天线后面放一张锡箔纸。

5. 用天线网分测试方法

可以近场天线测量。近距离高精度的。分为平面、柱面、球面近场测量三种，每种应用于不同的实际情况。

近场测量的原理是在一个面上采集待测天线近场数据，然后通过近远场变换算法，得到待测天线远场辐射特性。而根据采集面的不同，又分为平面、柱面、球面近场天线测量技术。

天线的近场测量指的是测量探头在天线的辐射近场区域内（天线在空间辐射的场可以通过距离的大小划分为三个区域，在（0~λ/2π）内是电抗近区，在（λ/2π~2D^2/λ）内是辐射近区，在（2D^2/λ~+∞）内是辐射远区）。

因为近场测量所需要的测量距离很小，所以受到的外部环境的干扰也很小，精度比较高，保密性也有保障，最重要的是可以不受天气影响进行全天候不停时的测试。

还可以进行各种电磁环境的仿真，然后通过精密的数学分析计算，对测量中产生的误差进行有效性补偿，所以这种测量方法的精确性远远高于远场测量。但是，近场测量也有不足之处，测量设备由于其高精度性，造成了设备造价很高，耗时也比较长，这是近场测量技术发展过程和实际应用中的一点阻碍。

6. 请问智能天线两种算法EBB和GOB比较仿真要用什么软件，有哪位高手进行过类似的研究实验吗

用Matlab仿真比较好。
目前智能天线的赋形算法主要有以下两种：
一、GOB(Grid Of Beam)算法（又称波束扫描法）：它是基于参数模型（利用信道的空域参数）的算法，使基站实现下行指向性发射。
GOB算法的基本思路如下：
将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始角度。以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率，然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。 利用上下行信道对称的特点，确定赋形角度。
二、EBB(Eigenvalue Based Beamforming)算法（即特征向量法）：通过对空间相关矩阵进行特征值的分解来得到权矢量。实现方法就是找到第K个用户的权矢量w^(k) 使得r最大。
EBB算法的基本思路如下：
（1）对于整个波束空间，找到使接收信号功率最大的赋形权矢量。这通过对用户空间相关矩阵进行特征分解，找到最大特征值对应的特征向量即为权矢量。
（2）对用户空间相关矩阵进行特征分解，求得到达角度个数和对应方向。
两种算法的比较：
从算法难度来看，EBB算法的实现难度略高于GOB算法；
EBB算法得到的是全局最优解，而GOB算法得到的是局部最优解；
在低速情况下，EBB算法性能优于GOB；
在高速情况下，EBB算法与GOB算法性能基本相当
在城区，无线的传播环境很恶劣，EBB算法的优势也更加明显

另一种描述：
目前比较常用的波束赋形算法有2种：GOB算法和EBB算法。
GOB算法是一种固定波束扫描的方法，对于固定位置的用户，其波束指向是固定的，波束宽度也随天线阵元数目而确定。当用户在小区中移动时，它通过测向确定用户信号DOA，然后根据信号DOA选取预先设定的波束赋形系数进行加权，将方向图的主瓣指向用户方向，从而提高用户的信噪比。
EBB算法是一种自适应的波束赋形算法，方向图没有固定的形状，随着信号及干扰而变化。其原则是使期望用户接收功率最大的同时，还要满足对其他用户干扰最小。
实际设备中采用了EBB算法，需要说明的一点是，仅下行有波束赋形技术，上行方向，手机天线无法进行波束赋形，基站多个天线此时主要用于分集接收。
简单来说就是一个天线阵的运用，上行信号到达每个天线的时间是不一致的，但天线之间的相差是可以预知的，只要将每个天线上的上行信号做一个加权处理，所得信号将是同相信号，将天线阵上的信号相加，即可增加10logN*N db（此处应为10logN db——本人注）的信噪比； 同理下行时，首先根据上行信号估计空间特性，然后在天线阵上发送具有相差的信号，使各个天线下行信号到达接受机的信号同相。上下行中相位的加权运算就是波束赋形。
注解：波束赋形工作由基站完成

7. 天线下倾角的计算方法

倒V天线吗?还是倒八。用天线计算器吧。输入频率就行了

8. 手机天线长度的计算方法

取手机通信频率为900MHz,根据公司入=c*f.可计算出手机信号波长为：0.33米。由于天线长度和电磁波长度成正比关系，经验值天线长度为波长的四分之一时效果最好，所以天线长度0.083米=83mm.

9. 手机信号天线用集中参数还是分布参数电路的分析方法

手机的信号的话，一般都是可以看一下具体的参数的分析的方法。

10. FEKO仿真中阵列天线为什么只能用矩量法，应用矩量法有什么优点。

FEKO最具优势。FEKO是基于矩量法，拥有高效的多层快速多极子法，并将矩量法与高频分析方法完美结合，从而非常适合于分析天线设计中的各类电磁场问题，此外FEKO还混合了有限元法，使之分析更精确。 HFSS基于有限元方法，是一种频域算法。适用于模型细部变化多的频域分析。 FEKO是基于MOM的频域的电磁场仿真软件。其最大的特点就是自动满足无限远条件，特别适应做辐射，散射等分析。 CST最早是基于时域有限积分法的，但现在的版本都朝着高大全的方向发展，集成了几乎所有主流的算法求解器。但个人认为它在专长还是在于模型结构较规整的时域分析。