1分鐘「天線增益」總結

1、天線是無源器件，不能產生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。

2、天線的增益由振子疊加而產生。增益越高，天線長度越長。增益增加3dB，體積增大一倍。

3、天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。 

天線增益是天線知識結構中非常重要的一環，當然也是選擇天線的重要參數之一。天線增益對于通信系統的運行質量也起著很大作用，一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。

天線增益的定義是：天線在某一規定方向上，輻射功率通量密度與參考天線在相同輸入功率時最大輻射功率通量密度的比值。

需要注意的三個點

1、如果不是特別標注，天線增益均是指最大輻射方向的增益；

2、同等條件下，增益越高，方向性越好，電波傳播的距離越遠，即覆蓋的距離增加。但是波速寬度會別壓縮，波瓣越窄，從而導致覆蓋的均勻性變差。

3、天線是無源器件，并不會增加信號的功率，而經常說的天線增益是相對于某一參考天線來說的。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。

天線增益與天線方向圖有密切的關系，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。[敏感詞]我們根據不同類型的天線，概括總結了部分計算公式，可供參考。

拋物面天線

可用以下公式近似計算其增益：

G(dBi) = 10Lg{4.5×(D/λ0)^2}

注意

D：拋物面直徑

λ0：中心工作波長

4.5：經過統計的經驗數據

直立全向天線

可用以下公式近似計算其增益：

G(dBi)=10Lg{2L/λ0}

注意

L：天線長度

λ0：中心工作波長

一般的天線

可用以下公式近似計算其增益：

G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)}

注意

公式中，2θ3dB,E與2θ3dB,H分別為天線在兩個主平面（E面和H面）上的半功率（3dB）波瓣寬度；32000 是統計出來的經驗數據。

無線電發射機輸出的射頻信號，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接收下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。因此在無線網絡的工程中，計算發射裝置的發射功率與天線的輻射能力非常重要。

無線電波的發射功率是指在給定頻段范圍內的能量，通常有兩種衡量或測量標準：

功率（W）

相對1瓦（Watts）的線性水準。

增益（dBm）

相對1毫瓦（Milliwatt）的比例水準。

兩種表達方式可以互相轉換：

dBm = 10 x log[功率mW]

mW = 10^[增益 dBm / 10 dBm]

在無線系統中，天線被用來把電流波轉換成電磁波，在轉換過程中還可以對發射和接收的信號進行“放大”，這種能量放大的度量成為 “增益（Gain）”。天線增益的度量單位為“dBi”。

由于無線系統中的電磁波能量是由發射設備的發射能量和天線的放大疊加作用產生，因此度量發射能量，最好同一度量－增益（dB），例如，發射設備的功率為100mW ，或 20dBm；天線的增益為10dBi，則：

發射總能量＝發射功率（dBm）＋天線增益（dBi）

＝ 20dBm ＋ 10dBi

＝ 30dBm

或者：＝ 1000mW ＝ 1W

將「輪胎」壓扁，信號就越集中，增益就越大，天線尺寸就越大，波束寬帶越窄。

測試設備為信號源，頻譜儀或其他信號接收設備和點源輻射器。

1. 先用理想（當然是近似理想）點源輻射天線，加入一功率；然后再距離天線一定的位置上，用頻譜儀或接收設備測試接收功率。測得的接收功率為P1；

2. 換用被測天線，加入相同的功率，在同樣的位置上重復上述測試，測得接收功率為P2;

3. 計算增益：G=10Log(P2/P1) ——就這樣，得到了天線的增益。
   

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