天线是一种用于发射或接收电磁波的设备。它能够将传输线上传播的导行波，变换为在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

简而言之，天线是实现电磁波在空间中传播和接收的关键部件。我们通常会依据天线辐射的方向性，将天线划分为定向天线和全向天线。

全向天线能够在水平方向上均匀地辐射或接收电磁波，覆盖范围达 360 度。例如，在一些覆盖范围要求较广且用户分布较为均匀的区域，如开阔的广场，可能会采用全向天线。

定向天线则具有较强的方向性，能将电磁波集中在特定的方向上辐射或接收。比如在狭长的街道或者特定的小区覆盖场景中，定向天线能更精准地提供信号覆盖。

除了辐射方向性，天线极化在通信系统中同样具有重要意义。例如在规避多径干扰、提高频谱利用率等方面，极化方式的选择都起着关键作用。

那何为天线的极化？

天线的极化指的是天线辐射电磁波时，其电场矢量在空间中的取向和变化规律。简单来讲，天线辐射的电磁场的电场 E 的方向即为天线的极化方向。

倘若电磁波的电场矢量仅在一个方向上振动，这意味着电场的振动方向是固定不变的，要么是水平方向，要么是垂直方向，或者是其他单一的特定方向，例如 + 45°/-45°。

由于电波的特性，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，保障了信号的有效传播。

因此，在移动通信系统中，通常均采用垂直极化的传播方式。

同时，根据天线辐射电磁波时电场矢量的振动方式及能否同时处理相互正交的极化波，天线可以划分为单极化天线和双极化天线。

其中单极化天线的电场矢量仅在单一方向振动，单极化天线使用 3 根或 2 根天线作为一个射频组。当使用 3 根天线时，两根天线负责接收，一个天线用于发射。当使用 2 根天线时，一根天线作为纯接收天线，一根天线兼具发射和接收功能。如下图所示：

而双极化天线，则能同时辐射或接收两个相互正交的极化波。通常双极化天线是将两个天线作为一个整体进行组合时，各个天线分别传输两个独立的波。例如 V/H（垂直 / 水平）双极化天线。

垂直/水平双极化天线

然而，如果采用垂直极化，对于双极化天线来说，极化分集所需的 2R 电平差异值不能过大，如果差别太大就无法实现分集效果。因此会采用 +/- 45° 进行折衷，以满足蜂窝组网并实现分集发射 / 接收。

+/- 45°双极化天线

一般而言，双极化天线有两个通道，故能够实现 1 发 2 收（1T2R）或 2 发 2 收（2T2R）。

特别地，当两个相互垂直的线极化波，当它们幅度相同且相位相差 90° 时形成圆极化波，当它们幅度不同时，则形成椭圆极化波。大多数被称为 “圆极化” 的天线仅在一个方向上产生圆极化，而在所有其他方向上产生不同程度的椭圆极化。

另外，根据极化旋转方向的不同，又分为左旋极化和右旋极化。

左旋极化

右旋极化

在工程应用中，当发射和接收设备的相对方向是可变的和 / 或当介质能够旋转电场矢量时，圆极化极为有用。例如，涉及非地球同步轨道上的卫星的无线电通信通常采用圆极化。

需要注意的是，当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会减弱，也就是说，会产生极化损失。

当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失达到最大，也被称为极化完全隔离。

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