天线增益定义/计算公式/发射功率

天线增益是天线知识结构中非常重要的一部分，当然也是天线选择的重要参数之一。 天线增益对通信系统的运行质量也起着很大的作用。 一般来说，增益的提高主要靠降低垂直面上的辐射瓣宽度，同时保持水平面上的全向辐射性能。

 

1、天线增益的定义：

天线在指定方向的辐射功率通量密度与参考天线在相同输入功率下的最大辐射功率通量密度之比。

 

→注意以下几点：

(1) 如果没有特别标注，天线增益是指最大辐射方向上的增益；

(2)同等条件下，增益越高，方向性越好，无线电波传播的距离越远，即覆盖距离越大。 但是，波速的宽度不会被压缩，而且波瓣越窄，导致覆盖均匀性越差。

(3)天线是无源器件，不能产生能量。 天线增益只是有效地集中能量向特定方向辐射或接收电磁波的能力。

 

 

2、天线增益计算公式

从天线增益的定义我们可以理解，天线增益与天线方向图密切相关。 主瓣越窄，旁瓣越小，增益越高。

 

2.4GHz22dBi双极/交叉极化MIMO抛物面天线

(1) 对于抛物面天线，可以使用以下公式来近似其增益：

G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)^2}

 

*注意：

D：抛物线直径

λ0：中心工作波长

4.5：统计经验数据

2.4GHz13dBi双极全向MIMO天线-N型母接头

(2) 对于垂直全向天线，也可采用以下公式进行近似计算：

G(dBi)=10Lg{2L/λ0}

 

*注意：

L：天线长度

λ0：中心工作波长

 

 

3. 增益和发射功率

无线电发射机输出的射频信号通过馈线（电缆）传送到天线，由天线以电磁波的形式辐射出去。 电磁波到达接收位置后，被天线接收（只接收到一小部分功率），并通过馈线发送到无线电接收机。 因此，在无线网络工程中，计算发射设备的发射功率和天线的辐射能力是非常重要的。

 

无线电波的发射功率是指给定频率范围内的能量，通常有两种测量或测量标准：

功率（W）：相对于 1 瓦（Watts）的线性电平。

增益 (dBm)：相对于 1 毫瓦 (Milliwatt) 比例电平。

→两个表达式可以相互转换：

dBm=10xlog［功率mW］

mW=10^[增益dBm/10dBm]

 

在无线系统中，天线用于将电流波转换为电磁波。 在转换过程中，发射和接收的信号也可以被“放大”。 这种能量放大的度量称为“增益”。 天线增益的测量单位是“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作用产生的，所以最好用相同的度量增益（dB）来测量发射的能量，例如发射设备为100mW，或20dBm； 的增益为 10dBi，则：

总发射能量 = 发射功率 (dBm) + 天线增益 (dBi)

＝20dBm＋10dBi

＝30dBm

或：=1000mW＝1W

【3dB规则】

 

→每个dB在“低功率”系统中都很重要，尤其是“3dB规则”一定要记住。

每增加或减少 3dB 就意味着功率增加一倍或减半：

-3dB=1/2 功率

-6dB=1/4 功率

+3dB=2x 功率

+6dB=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，200mW的发射功率为23dBm。

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