天線增益與有效輻射功率的理解!

《B、dB、dBm、dBi、dBd、dBc的含義與區別!》該文中提到了天線增益,今天我們將更深一步的理解天線增益和有效輻射功率。

首先需要說明的是,天線增益與放大器增益是不一樣的。放大器是有源器件,可以增加信號的幅度或功率,放大所需的功耗由能源提供。

天線是無源器件,並不會增加信號的功率,而經常說的天線增益是相對於某一參考天線來說的。也就是說100W的功率饋給天線並不會得到大於100W的輻射能量。而是以犧牲其他方向為代價,天線將輻射能量集中到特定方向,從而得到了相對於參考天線的增益。

天線增益與有效輻射功率的理解!

在輸入功率相等的情況下,天線增益是指實際天線和參考天線在空間同一點處的功率密度之比。以各向同性天線(isotropic antenna)或偶極子天線(dipole antenna)為參考,得到天線增益的單位分別為dBi和dBd。

相比於各向同性天線,半波偶極子天線是有增益的,可以表示為2.15dBi。也就是說若以dBd來表示天線增益時,數值會變小。例如:增益為5dBd的天線增益還可以表示為7.15dBi。

關於天線增益,舉一個例子加以說明:

天線增益與有效輻射功率的理解!

一張暴露年齡的圖

當把手電筒前面的聚光罩拿掉,燈泡發出的光會比較分散,能照射的距離較近。而裝上聚光罩,燈泡發出的光被聚束到一定的範圍,所能照射的也就更遠樂,看起來手電筒更亮。這個過程中,燈泡發出的能量並沒有增加,而是將其他方向上的光聚集起來,朝著前面較小範圍照射,從而得到了“增益”。

天線增益描述的是天線將功率集中輻射的程度,因此與天線方向圖密切相關。一般來說天線方向圖主瓣越窄、副瓣越小,則增益越高。

有效輻射功率

Effective Radiated Power,ERP

等效全向輻射功率

Effective Isotropic Radiated Power,EIRP

有效輻射功率定義為天線增益和輸入功率的乘積。舉例:一個100W的發射機連接到增益為9dBd的天線上,系統傳輸線和接頭損耗為3dB,計算出ERP=50dBm+9dBd-3dB=56dBm,ERP是400W。

這裡的ERP=400W並不是說發射機饋給天線的功率增加了,而是說如果採用的是偶極子天線,在該方向上達到相同的輻射效果,需要的等效功率是400W。

天線增益與有效輻射功率的理解!

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