天線增益

 
 

編輯本段簡介

天線增益英文名稱:antenna gain
天線增益是指:在輸入功率相等的條件下,實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關係,方向圖主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力,它是選擇基站天線最重要的參數之一。通常來講,增益的提升主要依靠減少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。天線增益對 移動通訊系統的運行質量極爲重要,由於它決定蜂窩邊緣的信號電平。增長增益就能夠在一肯定方向上增大網絡的覆蓋範圍,或者在肯定範圍內增大增益餘量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程,增長天線的增益能同時減小雙向系統增益預算餘量。另外,表徵天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對於點源天線的增益,在各方向的輻射是均勻的;dBd相對於對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下,增益越高,電波傳播的距離越遠。通常地,GSM定向基站的天線增益爲18dBi,全向的爲11dBi。

編輯本段原理

能夠這樣來理解增益的物理含義------ 爲在必定的距離上的某點處產生必定大小的信號,若是用理想的無方向性點源做爲發射天線,須要100W 的輸入功率,而用增益爲G = 13 dB = 20 的某定向天線做爲發射天線時,輸入功率只需100 / 20 = 5W 。換言之,某天線的增益,就其最大輻射方向上的輻射效果來講,與無方向性的理想點源相比,把輸入功率放大的倍數。 
半波對稱振子的增益爲G=2.15dBi。4 個半波對稱振子沿垂線上下排列,構成一個垂直四元陣,其增益約爲G=8.15dBi( dBi 這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。 
若是以半波對稱振子做比較對象,其增益的單位是 dBd 。 
半波對稱振子的增益爲G=0dBd (由於是本身跟本身比,比值爲1 ,取對數得零值。)垂直四元陣,其增益約爲G=8.15 –2.15=6dBd 。

編輯本段分析

爲了比較天線接收信號的能力優劣。把無方向性的半波振子天線(其方向爲兩個圓)的靈敏度定位0db,相比之下,靈敏度高方向性好的天線就出現了增益。
理想的全向天線的增益定義爲1. 實際上所謂理想的全向天線在現實世界是不存在的,可是在此理想的條件下,能夠很容易計算出在空間的微波功率分佈狀況。 與發射功率相同的一個實際的天線的最大輻射指向位置測得的功率相比,就能夠得出天線的增益. 順便說一下,前面先生說半波振子是全向天線,增益爲1 的說法不必定穩當,它在H面上是全向的,但在E面上,主瓣半功率寬度爲90度,天線增益大於1
天線的增益和有源電路的增益是有根本區別的。
天線增益的測量.
測試設備爲信號源,頻譜儀或其餘信號接收設備和點源輻射器。
1.先用理想(固然是近似理想)點源輻射天線,加入一功率;而後再距離天線必定的位置上,用頻譜儀或接收設備測試接收功率。測得的接收功率爲P1
2.換用被測天線,加入相同的功率,在一樣的位置上重複上述測試,測得接收功率爲P2;
3.計算增益:G=10Lg(P2/P1)
就這樣,獲得了天線的增益。

編輯本段計算公式

1)天線主瓣寬度越窄,增益越高。對於通常天線,可用下式估算其增益: 
G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)} 
式中, 2θ3dB,E與2θ3dB,H分別爲天線在兩個主平面上的波瓣寬度; 
32000 是統計出來的經驗數據。 
2)對於拋物面天線,可用下式近似計算其增益:  
G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)2}  
式中,D 爲拋物面直徑; 
λ0爲中心工做波長;  
4.5 是統計出來的經驗數據。 
3)對於直立全向天線,有近似計算式  
G(dBi)=10Lg{2L/λ0}  
式中,L 爲天線長度; 
λ0 爲中心工做波長; 
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