广播百科 天线增益

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天线增益：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。一般把天线在最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线（理想点源）均匀辐射场强E0相比，以功率密度增强的倍数定义为增益。即：D=E²/E₀²。

天线是无源器件，不能增加辐射的能量，所谓增益只是表示对输入能量在空间上的重新分配，而使能量在某一方向上更集中，比全向天线汇聚更多的能量。由于能量守恒，增益大的天线，覆盖范围就窄，辐射范围广的天线，增益就很小。增益与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

如上图，如果要在一定距离上的某点产生一定大小的信号，如果用理想的点源天线作为发射天线，需要100W的输入功率，而如果用增益为13dBi的定向天线作为发射天线，并且使其主瓣对准该点，因为13dB对应20倍功率增益，输入功率只需要100/20=5W。换句话说，这种定向天线的能量集中能力是点源天线的20倍。 

天线的增益与反射面尺寸、工作频率成正比。通常来讲，反射面越大增益越大，频率越高增益也越大。

半波对称振子增益1

半波振子：两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。半波对称振子的增益为G=2.15dBi，它是构成高增益天线的基本辐射单元。

半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。

如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是 dBd 。

半波对称振子的增益为 G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。 

天线增益的若干计算公式2

    1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：
       G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}
      式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 
      32000 是统计出来的经验数据。 

    2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： 
        G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2} 
        式中， D 为抛物面直径； 
        λ0为中心工作波长； 
        4.5 是统计出来的经验数据。 

    3）对于直立全向天线，有近似计算式 
        G（dBi）=10Lg{2L/λ0} 
        式中， L 为天线长度； 
        λ0 为中心工作波长；

发射功率与增益3

无线电发射机输出的射频信号，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。因此在无线网络的工程中，计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。

Tx是发射（Transmits）的简称。无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量，通常有两种衡量或测量标准： 

功率（W）－ 相对1瓦（Watts）的线性水准。

增益（dBm）－ 相对1毫瓦（Milliwatt）的比例水准。

两种表达方式可以互相转换： 

        dBm = 10 x log[ 功率 mW] 
        mW = 10 [ 增益 dBm / 10 dBm] 

在无线系统中，天线被用来把电流波转换成电磁波，在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”，这种能量放大的度量成为 “增益（Gain）”。 天线增益的度量单位为“dBi”。 

由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生，因此度量发射能量最好同一度量－增益（dB），例如，发射设备的功率为100mW ，或 20dBm；天线的增益为10dBi，则： 

      发射总能量＝发射功率（dBm）＋天线增益（dBi） 
                  ＝ 20dBm ＋ 10dBi 
                  ＝ 30dBm 

       或者：  ＝ 1000mW 
                  ＝ 1W 

在“小功率”系统中每个dB都非常重要，特别要记住“3dB法则”。 

每增加或降低3dB，意味着增加一倍或降低一半的功率： 

                  -3 dB = 1/2 功率 
                  -6 dB = 1/4 功率 
                  +3 dB = 2x 功率 
                  +6 dB = 4x 功率 

例如，100mW的无线发射功率为20dBm，而50mW的无线发射功率为17dBm，而200mW的发射功率为23dBm。

天线的单位db、dBi、dBd4

有些朋友往往比较容易混淆这些单位，dB取的都是以对数值为基础的。

(1)dB，这单纯是一个相对值，也就是说A比B的值的对数。常常用于说A比B高或低多少dB, 但是单独说A的增益是多少dB，是不合理的，因为我们不知道B是什么。只是许多同行有时为了简省就口头说多少dB了，但这样是不够确切的，不过常常也就将错就错，默认理解为dBi吧，或者就问问清楚。

(2)dBd，这是有标准参考值的，即B规定为自由空间的半波偶极子天线，这样A与B的值比起来就有统一的参照物，您告诉同行这个天线10dBd,他就明白您的天线比半波偶极子天线在主辐射方向上能聚集10倍的能量，即好10倍。

(3)dBi，这个单位的含义相对复杂了点，但是它最能表达实际环境情况的比值单位，这里参照物B是以点源振子（实际不存在此物，可以看作是相对波长很短的一小段振子，或叫微分段吧），在标准的定义中这个点源振子应该是理想球状的全方向性辐射，这时与dBd就有一定的数学关系了， 即 1dBd=2.14dBi。 然而实际上绝大多数的天线都会受安装高度的影响，其中最重要的就是地面影响，由于地面的镜像作用，常常使波束形状改变，在某些方向常常会高出2-5dB。

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常用技术英语十三期

 Protocol   协议

Heat stability  温度稳定性

Power meter   功率计

Directionalcoupler   定向耦合器

Precision   精度

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