无线电通信天线增益的计算

发表日期:2007年6月26日          【编辑录入:飞奔】

增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。

可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要 100W 的输入功率,而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。

半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。

如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是 dBd 。

半波对称振子的增益为 G=0dBd (因为是自己跟自己比,比值为 1 ,取对数得零值。)垂直四元阵,其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。

天线增益的若干计算公式

1)天线主瓣宽度越窄,增益越高。对于一般天线,可用下式估算其增益:

G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)}

式中, 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度;

32000 是统计出来的经验数据。

2)对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益:

G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)2}

式中, D 为抛物面直径;

λ0为中心工作波长;

4.5 是统计出来的经验数据。

3)对于直立全向天线,有近似计算式

G(dBi)=10Lg{2L/λ0}

式中, L 为天线长度;

λ0 为中心工作波长;

关于天线的db, dBi,dBd等单位

有些朋友往往比较容易混淆这些单位,dB取的都是以对数值为基础的。

(1)dB,这单纯是一个相对值,也就是说A比B的值的对数。常常用于说A比B高或低多少dB, 但是单独说A的增益是多少dB,是不合理的,因为我们不知道B是什么。只是我们许多同好有时为了简省就口头说多少dB了,但这样是不够确切的,不过常常也就将错就错,默认理解为dBi吧,要么您就再问问清楚。

(2)dBd,这是有标准参考值的,即B规定为自由空间的半波偶极子天线,这样A与B的值比起来就有来统一的参照物,您告诉同好这个天线10dBd,他就明白您的天线比半波偶极子天线在主辐射方向上能聚集10倍的能量,即好10倍。

(3)dBi,这个单位的含义相对复杂了点,但是它最能表达实际环境情况的比值单位,这里参照物B是以点源振子(实际不存在此物,可以看作是相对波长很短的一小段振子,或叫微分段吧),在标准的定义中这个点源振子应该是理想球状的全方向性辐射,这时与dBd就有一定的数学关系了, 即 1dBd=2.14dBi。 然而实际上绝大多数的天线都会受安装高度的影响,其中最重要的就是地面影响,由于地面的镜像作用,常常使波束形状改变,在某些方向常常会高出2-5dB。到这里您应该明白19dBi了吧。 许多正规的天线产家常常喜欢用dBi来标天线的增益值,他们通常都会表明安装高度或对标出数值的计算方法,或者他所生产的就是大家通常知道的安装环境,如车顶载天线,往往省略说明。

发射功率与增益

无线电发射机输出的射频信号,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接收下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。因此在无线网络的工程中,计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。

Tx是发射(Transmits)的简称。无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量,通常有两种衡量或测量标准:

功率(W) - 相对1瓦(Watts)的线性水准。

增益(dBm) - 相对1毫瓦(Milliwatt)的比例水准。

两种表达方式可以互相转换:

dBm = 10 x log[ 功率 mW]

mW = 10 [ 增益 dBm / 10 dBm]

在无线系统中,天线被用来把电流波转换成电磁波,在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”,这种能量放大的度量成为 “增益(Gain)”。 天线增益的度量单位为“dBi”。

由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生,因此度量发射能量最好同一度量-增益(dB),例如,发射设备的功率为100mW ,或 20dBm;天线的增益为10dBi,则:

发射总能量=发射功率(dBm)+天线增益(dBi)

= 20dBm + 10dBi

= 30dBm

或者:        = 1000mW

= 1W

在“小功率”系统中每个dB都非常重要,特别要记住“3dB法则”。

每增加或降低3dB,意味着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的无线发射功率为20dBm,而50mW的无线发射功率为17dBm,而200mW的发射功率为23dBm。

发表日期:2007年6月26日          【编辑录入:飞奔】

增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。

可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要 100W 的输入功率,而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。

半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。

如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是 dBd 。

半波对称振子的增益为 G=0dBd (因为是自己跟自己比,比值为 1 ,取对数得零值。)垂直四元阵,其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。

天线增益的若干计算公式

1)天线主瓣宽度越窄,增益越高。对于一般天线,可用下式估算其增益:

G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)}

式中, 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度;

32000 是统计出来的经验数据。

2)对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益:

G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)2}

式中, D 为抛物面直径;

λ0为中心工作波长;

4.5 是统计出来的经验数据。

3)对于直立全向天线,有近似计算式

G(dBi)=10Lg{2L/λ0}

式中, L 为天线长度;

λ0 为中心工作波长;

关于天线的db, dBi,dBd等单位

有些朋友往往比较容易混淆这些单位,dB取的都是以对数值为基础的。

(1)dB,这单纯是一个相对值,也就是说A比B的值的对数。常常用于说A比B高或低多少dB, 但是单独说A的增益是多少dB,是不合理的,因为我们不知道B是什么。只是我们许多同好有时为了简省就口头说多少dB了,但这样是不够确切的,不过常常也就将错就错,默认理解为dBi吧,要么您就再问问清楚。

(2)dBd,这是有标准参考值的,即B规定为自由空间的半波偶极子天线,这样A与B的值比起来就有来统一的参照物,您告诉同好这个天线10dBd,他就明白您的天线比半波偶极子天线在主辐射方向上能聚集10倍的能量,即好10倍。

(3)dBi,这个单位的含义相对复杂了点,但是它最能表达实际环境情况的比值单位,这里参照物B是以点源振子(实际不存在此物,可以看作是相对波长很短的一小段振子,或叫微分段吧),在标准的定义中这个点源振子应该是理想球状的全方向性辐射,这时与dBd就有一定的数学关系了, 即 1dBd=2.14dBi。 然而实际上绝大多数的天线都会受安装高度的影响,其中最重要的就是地面影响,由于地面的镜像作用,常常使波束形状改变,在某些方向常常会高出2-5dB。到这里您应该明白19dBi了吧。 许多正规的天线产家常常喜欢用dBi来标天线的增益值,他们通常都会表明安装高度或对标出数值的计算方法,或者他所生产的就是大家通常知道的安装环境,如车顶载天线,往往省略说明。

发射功率与增益

无线电发射机输出的射频信号,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接收下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。因此在无线网络的工程中,计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。

Tx是发射(Transmits)的简称。无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量,通常有两种衡量或测量标准:

功率(W) - 相对1瓦(Watts)的线性水准。

增益(dBm) - 相对1毫瓦(Milliwatt)的比例水准。

两种表达方式可以互相转换:

dBm = 10 x log[ 功率 mW]

mW = 10 [ 增益 dBm / 10 dBm]

在无线系统中,天线被用来把电流波转换成电磁波,在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”,这种能量放大的度量成为 “增益(Gain)”。 天线增益的度量单位为“dBi”。

由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生,因此度量发射能量最好同一度量-增益(dB),例如,发射设备的功率为100mW ,或 20dBm;天线的增益为10dBi,则:

发射总能量=发射功率(dBm)+天线增益(dBi)

= 20dBm + 10dBi

= 30dBm

或者:        = 1000mW

= 1W

在“小功率”系统中每个dB都非常重要,特别要记住“3dB法则”。

每增加或降低3dB,意味着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的无线发射功率为20dBm,而50mW的无线发射功率为17dBm,而200mW的发射功率为23dBm。


相关文章

  • 自制无线网卡天线(一)易拉罐和漏斗篇
  • 一.易拉罐天线: 需要准备得工具和原料如下: 1.剪子一把 2.靓工刀一把 3.普通电工胶带适量 4.空易拉罐一只(铁壳铝壳均可,可乐雪碧都可以) 这几样工具都是通常家庭得常备工具 啥?你找不到易拉罐? FT ,马上给我到楼下去买一罐雪碧上 ...查看


  • 手工制作大全:教你无线如何蹭网
  • 用废旧易拉罐手工制作的很漂亮的DIY浮雕挂画,可爱的猫头鹰造型,如果你也喜欢的话不妨亲自动手做一个哦! 信号不稳定,你能惬意地靠在沙发上享受无线网络? 网络覆盖范围小,你只能提着笔记本电脑在一个狭小的区域"移动". 在使 ...查看


  • 自制WIFI抛物面天线!实现免费蹭网(多图)
  • [转载]无线路由器增益天线制作方?无线 电视 ...ty154 [转载]无线路由器增益天线制作方?无线 电视 接收[转载]无线路由器增益天线制作方?无线 电视 接收无线路由器增益天线(一)网络笼盖范围小.无线信号不稳定,经常出现断线征象,你 ...查看


  • 电磁场电磁波论文
  • HEFEI UNIVERSITY 电磁场电磁波课程综述报告 题 目: 电磁场电磁波课程综述报告 系 别: 电子信息与电气工程 专业 班级: 11通信工程(1)班 学 号: 1105021006 姓 名: 郭丽丽 导 师: 李翠花 成 绩: ...查看


  • 2016年初级通信工程师考试试题及答案(三)
  • 2016年初级通信工程师考试试题及答案(三) 下面是由希赛教育通信学院整理的初级通信工程师考试试题及答案,希望能帮助学友们. 一.填空题 1.移动通信中由于业务区域的宽度已经确定,所以不能通过压缩水平面的波束宽度来提高天线增益,只能通过变窄 ...查看


  • 电磁辐射的测量基础知识
  • 电磁辐射的测量方法通常与测量点位和辐射源的距离有关,即,所进行的测量是远场测量还是近场测量.由于远场和近场的情况下,电磁场的性质有所不同,因此,要对远场和近场测量有明确的了解. 1.电磁场的远场和近场划分 电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性 ...查看


  • 关于无线信号传输距离和衰减问题
  • 北京万蓝拓通信技术有限公司 宣 关于无线信号传输距离和衰减问题什么是无线CPE?CPE 的英文全称为:Customer Premise Equipment! 无线CPE 就是一种接收wifi 信号的无线终端接入设备,可取代无线网卡. 无线A ...查看


  • 无线信道模型
  • 无线信道模型 摘要:本文分析了无线信道模型.针对的是对无线信道的各种效应感兴趣的读者.众所周知,正是这些复杂的效应使得无线信道产生了不确定性,也就是通常所说的统计特性.由于这方面很少有比较全面,容易理解的资料,所以本文的内容是对其他几本书和 ...查看


  • 无线接收灵敏度原理分析与算法
  • 接收灵敏度原理 算法 接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力,它是制约基站上行作用距离的决定性技术指标,也是RCR STD-28协议中,空中接口标准要求测试的技术指标之一.合理地确定接收灵敏度直接地决定了大基站射频收发信机的性能及其可 ...查看


热门内容