天线增益的定义/计算公式/发射功率

天线增益是天线知识结构中非常重要的一环，当然也是选择天线的重要参数之一。天线增益对于通信系统的运行质量也起着很大作用，一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。

一、天线增益的定义：

天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。

→需要注意以下几点：

（1）如果不是特别标注，天线增益均是指最大辐射方向的增益；

（2）同等条件下，增益越高，方向性越好，电波传播的距离越远，即覆盖的距离增加。但是波速宽度会别压缩，波瓣越窄，从而导致覆盖的均匀性变差。

（3）天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。

二、天线增益的计算公式

我们可以从天线增益的定义中了解到，天线增益与天线方向图有密切的关系，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

2.4GHz22dBi双极性/交叉极化MIMO抛物面天线

（1）对于抛物面天线，可用以下公式近似计算其增益：

G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）^2}

*注意：

D：抛物面直径

λ0：中心工作波长

4.5：经过统计的经验数据

2.4GHz13dBi双极性全向MIMO天线-N型母头连接器

（2）对于直立全向天线，也可用下面的公式近似计算：

G（dBi）=10Lg{2L/λ0}

*注意：

L：天线长度

λ0：中心工作波长

三、增益与发射功率

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。

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=10xlog［功率mW］

mW=10^［增益dBm/10dBm］

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

【3dB法则】

→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：

-3dB=1/2功率

-6dB=1/4功率

+3dB=2x功率

+6dB=4x功率

举个例子，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。
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