天線增益與有效輻射功率的理解!

2021-02-13 雷達通信電子戰

《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。


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：

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。

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