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對(duì)講機(jī)天線增益的計(jì)算方法介紹

發(fā)布者:易達(dá)瑞康 發(fā)布時(shí)間:2019年04月08日標(biāo)簽: 6093人瀏覽過
增益是指:在輸入功率相等的條件下,實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)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(guān)系,方向圖主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。 

可以這樣來理解增益的物理含義 ------ 為在的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生大小的信號(hào),如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線,需要 100W 的輸入功率,而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí),輸入功率只需 100 / 20 = 5W 。換言之,某天線的增益,就其大輻射方向上的輻射效果來說,與無方向性的理想點(diǎn)源相比,把輸入功率放大的倍數(shù)。 

半波對(duì)稱振子的增益為 G=2.15dBi。4 個(gè)半波對(duì)稱振子沿垂線上下排列,構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣,其增益約為 G=8.15dBi( dBi 這個(gè)單位表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源 )。 

如果以半波對(duì)稱振子作比較對(duì)象,其增益的單位是 dBd 。 

半波對(duì)稱振子的增益為 G=0dBd (因?yàn)槭亲约焊约罕龋戎禐?1 ,取對(duì)數(shù)得零值。)垂直四元陣,其增益約為 G=8.15 – 2.15=6dBd 。 

對(duì)講機(jī)天線


天線增益的若干計(jì)算公式 

1)天線主瓣寬度越窄,增益越高。對(duì)于一般天線,可用下式估算其增益: 
G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)} 
式中, 2θ3dB,E與2θ3dB,H分別為天線在兩個(gè)主平面上的波瓣寬度; 
32000 是統(tǒng)計(jì)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 
2)對(duì)于拋物面天線,可用下式近似計(jì)算其增益: 
G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)2} 
式中, D 為拋物面直徑; 
λ0為中心工作波長(zhǎng); 
4.5 是統(tǒng)計(jì)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 
3)對(duì)于直立全向天線,有近似計(jì)算式 
G(dBi)=10Lg{2L/λ0} 
式中, L 為天線長(zhǎng)度; 
λ0 為中心工作波長(zhǎng); 

關(guān)于天線的db, dBi,dBd等單位 

有些朋友往往比較容易混淆這些單位,dB取的都是以對(duì)數(shù)值為基礎(chǔ)的。 

(1)dB,這單純是一個(gè)相對(duì)值,也就是說A比B的值的對(duì)數(shù)。常常用于說A比B高或低多少dB, 但是單獨(dú)說A的增益是多少dB,是不合理的,因?yàn)槲覀儾恢繠是什么。只是我們?cè)S多同好有時(shí)為了簡(jiǎn)省就口頭說多少dB了,但這樣是不夠確切的,不過常常也就將錯(cuò)就錯(cuò),默認(rèn)理解為dBi吧,要么您就再問問清楚。 

(2)dBd,這是有標(biāo)準(zhǔn)參考值的,即B規(guī)定為自由空間的半波偶極子天線,這樣A與B的值比起來就有來統(tǒng)一的參照物,您告訴同好這個(gè)天線10dBd,他就明白您的天線比半波偶極子天線在主輻射方向上能聚集10倍的能量,即好10倍。 

(3)dBi,這個(gè)單位的含義相對(duì)復(fù)雜了點(diǎn),但是它能表達(dá)實(shí)際環(huán)境情況的比值單位,這里參照物B是以點(diǎn)源振子(實(shí)際不存在此物,可以看作是相對(duì)波長(zhǎng)很短的一小段振子,或叫微分段吧),在標(biāo)準(zhǔn)的定義中這個(gè)點(diǎn)源振子應(yīng)該是理想球狀的全方向性輻射,這時(shí)與dBd就有的數(shù)學(xué)關(guān)系了, 即 1dBd=2.14dBi。 然而實(shí)際上絕大多數(shù)的天線都會(huì)受安裝高度的影響,其中重要的就是地面影響,由于地面的鏡像作用,常常使波束形狀改變,在某些方向常常會(huì)高出2-5dB。到這里您應(yīng)該明白19dBi了吧。 許多正規(guī)的天線產(chǎn)家常常喜歡用dBi來標(biāo)天線的增益值,他們通常都會(huì)表明安裝高度或?qū)?biāo)出數(shù)值的計(jì)算方法,或者他所生產(chǎn)的就是大家通常知道的安裝環(huán)境,如車頂載天線,往往省略說明。 

對(duì)講機(jī)信號(hào)


發(fā)射功率與增益 

無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào),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(dá)接收地點(diǎn)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(jī)。因此在無線網(wǎng)絡(luò)的工程中,計(jì)算發(fā)射裝置的發(fā)射功率與天線的輻射能力非常重要。 

Tx是發(fā)射(Transmits)的簡(jiǎn)稱。無線電波的發(fā)射功率是指在給定頻段范圍內(nèi)的能量,通常有兩種衡量或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn): 
功率(W) - 相對(duì)1瓦(Watts)的線性水準(zhǔn)。 
增益(dBm) - 相對(duì)1毫瓦(Milliwatt)的比例水準(zhǔn)。 
兩種表達(dá)方式可以互相轉(zhuǎn)換: 
dBm = 10 x log[ 功率 mW] 
mW = 10 [ 增益 dBm / 10 dBm] 

在無線系統(tǒng)中,天線被用來把電流波轉(zhuǎn)換成電磁波,在轉(zhuǎn)換過程中還可以對(duì)發(fā)射和接收的信號(hào)進(jìn)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(tǒng)中的電磁波能量是由發(fā)射設(shè)備的發(fā)射能量和天線的放大疊加作用產(chǎn)生,因此度量發(fā)射能量好同一度量-增益(dB),例如,發(fā)射設(shè)備的功率為100mW ,或 20dBm;天線的增益為10dBi,則: 
天線對(duì)講機(jī)信號(hào)
發(fā)射總能量=發(fā)射功率(dBm)+天線增益(dBi) 
= 20dBm + 10dBi 
= 30dBm 
或者: = 1000mW 
= 1W 

在“小功率”系統(tǒng)中每個(gè)dB都非常重要,特別要記住“3dB法則”。 

每增加或降低3dB,意味著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的無線發(fā)射功率為20dBm,而50mW的無線發(fā)射功率為17dBm,而200mW的發(fā)射功率為23dBm。
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