天线的波束宽度到底有啥影响？

在说波束宽度之前，我们再简单说说什么是天线增益。它是给定天线接收或发射的信号与各向同性天线或偶极子天线相比的比率。如果不特别说明，咱们说的天线增益指的都是最大辐射方向的增益。

在参考各向同性天线的情况下，增益的单位通常用 dBi 来表示，这里的"i"代表各向同性（isotropic），它是一个相对值。我们画了一个非常直观的图，如下：

从上图可以看出，天线能够将信号能量集中到某个宽度上的波束中，从而在该方向上实现更远的覆盖和更强的信号强度，宽度越窄，覆盖的距离越远。

那什么是波束宽度呢？

根据定义，它是最大辐射方向上的幅度从主波束峰值减小 50%（或-3dB）的角度间隔。减少50%，也就是半功率光束宽度，英文 Half Power Beam Width （HPBW）。

而对于天线的波束宽度又分为水平波束宽度和垂直波束宽度。当对于理想化的抛物面天线，水平面和垂直面的3dB波束宽度可以通过以下公式近似计算：

水平：

垂直：

其中：

• 𝜆 是工作波长（米），
• 𝐷 是天线的物理尺寸或口径（米），
• 𝜃 是从垂直方向偏移的角度（度）。

对于几种常见天线，如八木天线，它的波束宽度可以通过调整振子的长度和间距来改变，但并没有一个通用的简单公式。半波长偶极子天线的波束宽度较宽，通常不使用 3dB 波束宽度来描述。

相控阵天线，它的波束宽度可以通过电子方式控制，也没有简单的通用公式。其波束宽度取决于阵列元素的数量、阵列的物理尺寸、阵列元素的间距以及相位控制。

而对于线性阵列的 3dB 波束宽度，也可以近似公式可以表示为：

其中：

• 𝑑 是阵列元素之间的间距，
• 𝑁 是阵列中的元素数量。

需要注意的是，上面涉及到的公式只是提供了一个近似值，用于快速估算。实际的波束宽度可能会因为天线设计、制造公差、周围环境等因素而有所不同。

那么波束宽度可以用来干嘛，在实际覆盖优化中有什么指导意义？

先来看水平波束宽度，它决定了天线水平平面的波束宽度。宽度越宽，在扇区交界处的覆盖越好，反之宽度越窄，在扇区交界处覆盖就越差。

而垂直波束宽度，它决定了网络覆盖区中距离向性能的好坏。越较窄的垂直波束宽度，可以更精确地通过调整天线倾角来控制无线信号覆盖的垂直高度，这对于避免信号覆盖到不需要服务的区域非常有帮助（比如说避免信号过多地覆盖到地面或建筑物的高层）。

当然结合精确的天线倾角控制、水平波束宽度和垂直水平波束宽度，可以使得运营商对无线网络进行更好地优化，减少干扰、提高用户体验。关于天线倾角，我们下回再来详细聊聊。