如何caculate天線效率和天線增益

在這裡，我們將介紹兩個基本的天線參數： 天線效率 和 天線增益.
 

天線效率

天線的效率與傳遞到天線的功率以及天線內輻射或耗散的功率有關。 高效天線會輻射掉天線輸入端的大部分功率。 低效率天線的大部分功率會作為天線內的損耗吸收，或者由於阻抗不匹配而被反射掉。
 

[旁注：天線阻抗將在後面的部分中討論。 阻抗不匹配只是天線的反射功率，因為它的阻抗不是正確的值。 因此，“阻抗不匹配”。 ]
 

天線內相關的損耗通常是傳導損耗（由於天線的有限電導率）和介電損耗（由於天線內可能存在的電介質內的傳導）。

 

天線效率（或輻射效率）可以表示為天線的輻射功率與輸入功率之比：

效率最終是一個比率，給出一個介於0和1之間的數字。效率經常用百分比來表示； 例如，效率為0.5等於50％。 天線效率也經常以分貝（dB）表示。 0.1的效率為10％或（-10 dB），0.5或50％的效率為-3 dB。

 

公式[1]有時被稱為天線的輻射效率。 這與另一個有時被稱為天線的“總效率”的術語有所區別。 天線的總效率是輻射效率乘以天線在連接到傳輸線路或接收器（無線電或發射器）時的阻抗失配損耗。 這可以總結為公式[2]，其中 天線效率是天線的總效率，阻抗不匹配， 是由於阻抗不匹配導致的天線損耗，  總效率是天線的輻射效率。

 

 

自  天線的總效率始終在0到1之間，始終小於天線的輻射效率。 換句話說，如果沒有由於阻抗不匹配引起的損耗，則輻射效率與總天線效率相同。

 

效率是最重要的天線參數之一。 對於碟形天線，號角天線或半波長偶極子，周圍沒有損耗材料，它可能非常接近100％（或0 dB）。消費類電子產品中的移動電話天線或wifi天線的效率通常為20％-70 ％（-7至-1.5 dB）。 損耗通常是由於天線周圍的電子和材料造成的； 這些往往會吸收一些輻射功率（將能量轉換為熱量），從而降低天線的效率。 車載無線電天線在AM無線電頻率下的總天線效率為-20 dB（效率為1％）； 這是因為在工作頻率下，天線比半波長小得多，這大大降低了天線效率。 因為AM廣播塔使用非常高的發射功率，所以可以保留無線電鏈路。

 

在史密斯圓圖和阻抗匹配部分中討論了改進的阻抗失配損耗。 阻抗匹配可以大大提高天線的效率。

 

天線增益

天線增益一詞描述了在峰值輻射方向上向各向同性源方向發射的功率。 天線增益在實際天線的規格表中通常被引用，因為它考慮了實際發生的損耗。

 

增益為3 dB的天線意味著，與來自相同輸入功率的無損各向同性天線的功率相比，遠離天線的功率將高出3 dB（兩倍）。

 

有時將天線增益作為角度的函數進行討論，但是當引用單個數字時，增益是所有方向上的“峰值增益”。 天線增益（G）可以通過以下方式與方向性（D）相關：

 

 

對於非常大的碟形天線，真實天線的增益可以高達40-50 dB（儘管這種情況很少見）。 對於真實天線（例如：短偶極天線），方向性可能低至1.76 dB，但理論上永遠不會低於0 dB。 但是，由於損耗或效率低，天線的峰值增益可能會任意低。電子上較小的天線（相對於天線工作頻率的波長較小）可能效率很低，天線增益低於-10 dB（即使沒有計入阻抗失配損耗）。

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