与天线有关的一些概念

天线增益 （ dB dBi dBd）

在无线通讯的实际应用中，为有效提高通讯效果，减少天线输入功率，天线会做成各种带有辐射方向性的结构以集中辐射功率，由此就引申出“天线增益”的概念。简单说，天线增益就是指一个天线把输入的射频功率集中辐射的程度，显然，天线的增益与其方向图的关系很大，主瓣越窄、副瓣越小的天线其增益就越高，而不同结构的天线，其方向图的差别是很大的。
在通讯技术领域，与其它计量功率、电平等参数的量值同样，天线增益也采用相对比较并取对数的简化法来表示，具体计算方法为：在某一方向向某一位置产生相同辐射场强的时，对无损耗理想基准天线的输入功率与待考量天线的输入功率的比值取对数后乘以10 （G＝10lg(基准Pin/考量Pin)），即称为该天线在该点方向的增益。常用衡量天线增益的单位是dBi和dBd。而我们常说的的dB就是dBi。对于dBi，其基准为理想的点源天线，即一个真正意义上的“点”来作天线增益的对比基准。理想点源天线的辐射是全向的，其方向图是个理想的球，同一球面上所有点的电磁波辐射强度均相同；对于dBd，其基准则为理想的偶极子天线。因偶极子天线是带有方向性的，故二者有个固定的恒差2.15即0dBd=2.15dBi=2.15dB。
需要说明的是，通常所说的“全向天线”不是严格的说法，全向天线应指在三维立体空间的全向，但工程界也往往把某个平面内方向图为圆周的天线称为全向天线，如鞭状天线，它在径向的主瓣是圆，但仍有轴向的副瓣。
常见天线的增益：鞭状天线6－9dBi，GSM基站用八木天线15－17dBi，抛物面定向天线则很容易做到24dBi

方向性函数 方向图 方向性系数

任何实际天线的辐射都有方向性。离开天线一定距离某处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布情况的数学表示式，称为天线的方向性函数。把方向性函数用图表示出来，就是方向图。因为天线的辐射场分布于整个空间，故天线的方向图为三维的立体图。虽然现在利用计算机可以绘制复杂天线的三维立体方向图，但通常常用的仍然是所谓“主平面”上的方向图。

方向图还包括多个波瓣。分别称为主瓣，复瓣，后瓣。如图所示

1． 主瓣宽度：主瓣最大辐射方向的两个半功率点（功率下降为最大值的一半或者场强下降为最大值的0.707倍）与中心的夹角

2． 副瓣电平：副瓣最大辐射方向上的功率密度与主瓣最大辐射方向上的功率密度之比的对数（副瓣电平通常指离主瓣最近的且电平最高的第一副瓣）

3． 前后抑制比：后瓣最大辐射方向上的功率密度与主瓣最大辐射方向上的功率密度之比的对数称为前后抑制比

方向性系数

为了定量描述天线方向性的强弱，或者比较不同天线的方向性，定义天线在最大辐射方向上远区某一点的功率密度与辐射功率相同的理想无方向性点天线在同一点的功率密度之比称之为天线的方向性系数表示为D

辐射效率 辐射效率与增益的关系

天线的辐射效率表征天线能否有效的转换能量，定义为天线的辐射功率与输入到该天线上的功率之比

发射天线的功率损耗通常为天线导体的热损耗，介质材料损耗，天线附近物体附近的感应损耗

增益系数用输入功率计算，而方向性系数用辐射功率计算。所以增益系数等于方向性系数乘以辐射效率

输入阻抗 极化

所谓天线输入阻抗，是指天线输入端的高频电压与输入端的高频电流之比（此电压与电流皆为矢量）

天线极化分为线极化、圆极化、椭圆极化。线极化又分为水平极化和垂直极化；圆极化分为左旋圆极化和右旋圆极化

天线频带宽度

无论是发射天线还是接收天线，它们总是要在一定的频率范围（频带宽度）内工作的。在一般的通信系统中，天线的带宽通常由驻波比指定。移动通信一般定义天线在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下的工作频带宽度；在要求比较高时，则指定为驻波比SWR ≤ 1.2 条件下的工作频带宽度。应该知道，在一定的频率范围（频带宽度）内工作时，天线所有电指标是有变化的，只不过发生的变化是容许的，通信系统能够正常进行工作。

平衡与不平衡

信号源或负载或传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。 若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡信号源，否则称为不平衡信号源；若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡负载，否则称为不平衡负载；若传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡传输线，否则为不平衡传输线。在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接，这样才能有效地传输信号功率，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接，通常的办法是在粮者之间加装“平衡－不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器

驻波比 回波损耗 反射系数 行波系数

驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2

回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配

在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。

反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为 R

反射波幅度（ＺL－Ｚ0）

R ＝ ───── ＝ ───────

入射波幅度 （ＺL＋Ｚ0 ）

波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为 VSWR

波腹电压幅度 Ｖmax （1 + R）

VSWR ＝ ─────── ＝ ────

波节电压辐度 Ｖmin （1 - R）

上传图一

上传图2

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