离天线越近，信号质量真的越好吗？

在日常生活中，我们或许会直观地认为，距离天线越近，接收到的信号质量应当越高。然而，这一直觉在电磁波传播领域，尤其是在无线通信的范畴内，并不总是成立。

实际上，信号质量与距离天线的远近之间的关系，受到近场与远场效应的深刻影响，其背后隐藏着复杂的物理原理。

让我们一起来探寻它的答案！

近远与远场的定义

当天线发射电磁波时，它周围的空间会形成电磁场，这些电磁场会随着距离天线的远近而表现出不同的特性。电磁场的分布大致可以分为两个主要区域：近场和远场。近场区域细分为感应近场和辐射近场，后者有时也被称为菲涅尔区。

如下图所示，假设为多振子天线或者弧面天线：

其中R是与天线的距离，D为两振子之间的距离或者是弧面天线的天线孔径，λ为波长。Ps：不同天线类型计算公式有所不同。

• 感应近场

在紧邻天线的近场区域，电磁场主要表现为感应场，电场(E)和磁场(H)之间的相位差为90度，即传播或辐射场，场是正交的（垂直的）。

该区域的边界通常表示为：

• 辐射近场

辐射近场（Fresnel区）是感应近场和远场之间的区域。在这个地区， 反应场不占主导地位，辐射场开始出现。但是，这里的辐射方向图的形状可能随距离而明显变化。如果我们调整 D 的值和波长，此场区域就可能不存在，比如说电小尺寸天线。

• 远场

远离天线的区域，即远场。这一区域的电磁场主要由辐射场构成，电场和磁场彼此垂直，并且与传播方向垂直，类似于平面波的特性。

而要处于远场区域，必须满足:

而且这里的𝑅要远大于D，也要远大于波长λ。

注意：远场区域的辐射模式形状不会随着距离的变化而改变，是天线辐射特性的主要表现区域。

• 举例

在这里，我们假设某个TD-LTE 多振子定向天线为的限频率为 1900 MHz，多列振子天线振子间的距离 D 为0.7 m，波长 λ 为0.16 m，通过上面的公式可以计算出：

远场区域开始于大约 6.125m 距离天线的地方；辐射近场Fresnel区域的范围，它位于感应近场和辐射远场之间，根据公式计算：0.911m<R>6.125m；感应近场R<0.911m

近场悖论：距离近 ≠ 信号优

在天线附近，尤其是距离小于几个波长的范围内，电磁波的传播呈现出非辐射特性，即主要由感应场和静磁场构成。

在这个区域内，信号强度与距离的立方成反比，即𝐸∝1/R3 或 𝑃∝1/R3（其中𝐸是电场强度，𝑃是功率密度）。

这个区域内的信号强度并非随距离的减小而单调增强，反而可能因高度非线性的衰减规律导致信号强度在某些位置异常强烈。

此外，近场信号还可能因包含大量非有用成分而变得不稳定，这对信号质量来说是一种负面影响。因此，在近场区域内，离天线越近不一定意味着信号质量更好，反而可能因为信号的不稳定性而降低通信的可靠性。

远场优势：距离与信号质量的平衡

与之相对，远场距离天线一般在几十个波长之外。在这个区域，电磁波以平面波的形式传播，遵循着更稳定的反平方律（1/R2）衰减规律。这意味着虽然信号强度随距离增加而减弱，但这种减弱是平缓且可预测的，为通信系统提供了稳定的信号接收条件。

同时，在远场中，信号的方向性增强，干扰减少，因此即使与天线有一定的距离，信号质量仍然能够保持在一个较高的水平。这表明，在适当的远场范围内，尽管距离天线稍远，信号质量却可能优于近场中的某些位置。

所以，不要再搬着小板凳，挨着天线坐着了。