天线系统增益问题概述

1、天线系统增益问题概述1，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=13dB=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。2，天线增益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。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的

2、能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。天线如何获得增益？首先，天线是“无源器件”，所以天线本身并不能给AP的信号增加能量。然而我们一提到天线，最重要的指标就是说天线的“增益”，那么天线是如何获得信号强度的“增益”呢？答案就是，靠控制信号发射的角度。这个原理有些类似于手电筒，手电筒靠一面凹镜，让光线都集中在某一角度，来让光线照到更远的地方。手

3、电筒及电池相当于AP设备本身，而手电筒的灯泡和凹镜就相当于我们的天线。如果摘掉手电筒的凹镜，那么就相当于使用一个增益很小的全向天线，光线照射很分散，覆盖距离很近；有了凹镜，则相当于使用了一个高增益的定向天线，光线集中，覆盖距离很远。信号总的能量是由AP决定的，天线则决定让这些能量集中在某个角度内，这个角度越小，能量聚集度越高，获得的信号“增益”也就越大，信号覆盖的距离越远；反之，如果覆盖角度越大，能量聚集度越低，信号覆盖的距离越近。这就是天线获得增益的基本原理。全向天线全向天线，一般指的是水平各个方位增益相同的天线，即水平方向360度覆盖。水平方向增益的增加，是依靠垂直方向增益的减少来实现的。

4、可以认为，全向天线增益越大，水平方向上覆盖的范围也就越大，垂直方向上覆盖的范围越小。全向天线一般应用于室内环境，绝大多数室内型AP自带的天线也都是全向天线，这些天线可以和AP一同放置在桌面上，墙壁上（如图1所示），也可以单独的采用吸顶方式安装在天花板上（如图2所示）。图1：壁挂方式安装图2：吸顶方式安装定向天线定向天线，在垂直方向和水平方向都不是360度覆盖，一般来说覆盖角度小,覆盖的范围也就越远，如同我们前面谈到的手电筒。实际场景中，通常室外会采用定向天线。图3：室外采用的定向天线读者可能会问，为什么室外不能用全向天线呢？其实也不尽然，只是一般而言，室外部署全向天线不那么容易。设想一下，室外

5、一般要求覆盖距离较远，如果使用全向天线，那么在增益较大的情况下，全向天线垂直方向上信号较弱，如果AP放置位置较高（比如楼顶），则会出现“灯下黑”现象。那么如果放置在地面附近呢？地面附近的问题就是树木等遮挡物过多，可能无法实现对热点位置的有效覆盖。所以大多数情况下，还是使用定向天线在高处向室外热点区域覆盖,以保证可靠的信号质量。什么是dBi?当我们使用天线增益进行计算时，我们有一种转换成dB单元的技术，我们先来回顾一下天线增益的意义，当我们谈到天线增益时，我们指的是雷达波束的聚焦,通过天线来增加某些方向的能量，天线被比作数学理想-无方向性天线，对于一个无方向性天线，辐射是均匀散布在以R为半径的天

6、线周围，这个球的表面积是A=R。表面的能量密度是P除以表面积A，功率密度=P/A=P/4nR2。当我们讨论天线增益G时，我们将它作为一个乘数与一个数学上理想的各向同性天线相比，我们从哪里获得额外的能量来获得天线增益?我们不能改变天线的总功率，我们只是重新分配，我们减少在不想要的天线波束的能量，大幅增加在想要的功率区域的能量，在主要波束的功率密度被描述为功率密度=P-G/4nR2G被认为是天线的增益，注意，1的增益与各向同性天线的功率密度相同，我们说增益是指向各向同性的天线，如果我们比较功率密度，对于同样的传输功率和相同的范围，我们可以使用DB的公式区得到dB=10log10(Pantenna/

7、Pisotropic)=10logl0(PG/4nR2)/(P/4nR2)=10log10(G)为什么我们要经过一个冗长的推导来得到一个简单的结果，比如上面的那个?这样做的关键原因是，我们知道，在处理dB时，我们总是会回到功率比的定义。当我们想将天线增益与绝对水平进行比较时，我们使用：dBi=10log10(G)正确的发音是dBi，或相对于各向同性的分贝。除了各向同性辐射之外，天线增益也与其他功率水平相比较。当比较完成后，天线增益就被称为dB。例如，天线的一个特殊的副瓣可能被认为是负的，如-20DB，这意味着，与主叶相比，这一瓣的增益下降了20分贝。必须小心区分相对于一个各向同性天线(dBi)

8、的增益和相对于别的东西(dB啲增益，通常是天线的主瓣波束为了防止错误，当使用天线增益时，总是要考虑使用什么功率。参考功率的选择是各向同性的天线(dBi)、天线主瓣(dB)或其他天线(dB)。dBi通常是一个正数，与天线主波束比值几乎总是负的，其他的天线比较可能是正的或负的分贝计算器对于这些问题是很有用的。所有这些问题都与下图所示的天线模式有关1，根据天线增益为37DB。它对应的功率比是多少？同样的天线在第一个方向上下降了13DB。这代表了多少个dBi?与各向同性相比，这个副瓣的功率比是多少？3，一个远场天线副瓣是-12DB，它从峰值下降多少个DB?MainbeamFirstSidelobe4,

9、一个不同的天线比这个天线有4分贝的增益。在相同输入信号强度下，两个天线的功率比是多少？DdBi=37dBforthisexample37dBi=10log10(G)Thefirstsidelobeisdown13dB.Down13dBfromwhat?Notethepowerratioaspectofthisproblemissimilartothepreviousone.Youarenowgivena-2dBisidelobe.Tofindouthowfardownitisfromthepeak,youwillhavetousethepeakgain.Thisproblem,with4dBgreatergain,issimilartotheotherdBproblemsyouhavedone.Thesolutionissimilaraswell.G=10(37/10)=10(3.7)5000ThefirstsidelobegainindBi=37dBi-13dB=24dBi.G=10(24/10)=10(2.4)25037dBi-(-2dBi)=39dBdownfromthepeak.Inth