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№1 什么是天線？
天線就是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波并傳輸?shù)娇臻g的設(shè)備，當(dāng)然考慮到無源器件的互異性，天線也能夠?qū)⒖臻g的電磁波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
我們生活中有各種各樣的天線，有一些天線做的很小，可以嵌入到無線設(shè)備中，特別是現(xiàn)代手機(jī)上的天線，我們幾乎看不到它的存在，但是它確實(shí)就在手機(jī)里。
№2 天線要具備什么性能？
既然天線是電信號(hào)和空間電磁波的轉(zhuǎn)換接口，那么我們就需要天線能夠更高效的轉(zhuǎn)換電信號(hào)，并且能將電磁波盡可能的朝著我們需要的方向傳播。
這就要求：天線的輻射方向圖；天線的增益；天線的總輻射功率；天線的各向同性輻射功率。
這四個(gè)最基本的參數(shù)就能表征天線的性能優(yōu)劣。
2.1 什么是輻射方向圖？
它展示了天線在不同方向上的輻射特性，包括輻射強(qiáng)度、相位和極化等信息。輻射方向圖通常以圖形或數(shù)學(xué)函數(shù)的形式表示，是天線設(shè)計(jì)和分析中的重要工具。輻射方向圖可以分為以下幾類：
二維輻射方向圖：通常以極坐標(biāo)或直角坐標(biāo)的形式表示，展示天線在某一平面上的輻射強(qiáng)度分布。
三維輻射方向圖：以三維圖形的形式表示，展示天線在空間中各個(gè)方向上的輻射強(qiáng)度分布。
歸一化輻射方向圖：將輻射強(qiáng)度歸一化處理，使最大輻射強(qiáng)度為1，便于比較不同天線的輻射特性。
實(shí)際輻射方向圖：考慮了天線的實(shí)際工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)，包括天線的損耗、反射和散射等因素。
輻射方向圖的主要參數(shù)包括：
主瓣：輻射方向圖中輻射強(qiáng)度最大的方向，通常稱為主瓣方向。
副瓣：主瓣之外的其他輻射強(qiáng)度較大的方向，通常稱為副瓣。
零點(diǎn)：輻射強(qiáng)度為零的方向，通常稱為零點(diǎn)。
半功率波束寬度：主瓣中輻射強(qiáng)度下降到最大值一半的兩個(gè)方向之間的夾角，通常稱為半功率波束寬度。
前后比：主瓣方向與相反方向上的輻射強(qiáng)度比值，通常稱為前后比。
不同的天線，輻射方向圖也不一樣，我們可以根據(jù)需要選擇合適的天線設(shè)計(jì)，下圖給出了一些實(shí)例
2.2 天線增益
天線增益和放大器的增益不同，放大器確確實(shí)實(shí)的能夠放大信號(hào)，但是天線只能把電磁波聚集在某一個(gè)方向上，所以天線的增益表征的就是天線在某個(gè)方向上聚集電磁波的能力，天線的增益越高，表示天線在這個(gè)方向上傳輸?shù)碾姶挪芰吭礁摺?/p>
所以天線的增益是一個(gè)相對(duì)值，比如相對(duì)于理想各向同性天線（ isotropic antenna）或者相對(duì)于偶極子天線（ dipole antenna），這樣天線的增益就有了兩個(gè)定義。
如果天線的增益是相對(duì)于理想各向同性天線的，單位是dBi；如果是相對(duì)于偶極子天線的，單位就是dBd。偶極子天線容易理解，就是一個(gè)半波長偶極子天線，偶極子天線示意圖和輻射圖如下，3D圖就是一個(gè)漂亮的大蘋果。
那么理想各向同性天線是什么呢？這個(gè)是一種假想的天線，它在所有方向上均勻地輻射或接收電磁波。它的輻射方向圖應(yīng)該是下圖這個(gè)大圓球，如果實(shí)際中有的話，應(yīng)該是一個(gè)點(diǎn)源天線。
考慮到理想偶極子天線的增益為2.15dB，所以dBi就等于dBd+2.15dB。天線的增益越高，傳播方向越來越集中，這并不意味著總傳輸能量（橢圓包圍的區(qū)域）會(huì)變得更高。如下圖所示
天線增益的數(shù)學(xué)定義：天線在特定方向上的輻射強(qiáng)度與理想各向同性天線（isotropic antenna）在該方向上的輻射強(qiáng)度之比。數(shù)學(xué)公式：
其中 Pout 是天線在特定方向上的輻射功率，Pin 是輸入到天線的功率。轉(zhuǎn)換成dB形式就是：
和天線增益類似，還有兩個(gè)參量，天線方向性和天線效率。天線方向性表示天線在特定方向上的輻射強(qiáng)度與天線在所有方向上的平均輻射強(qiáng)度之比。數(shù)學(xué)公式
Pmax是天線在特定方向上的最大輻射功率，Pavg是天線在所有方向上的平均輻射功率。在實(shí)際應(yīng)用中也常用dB形式
天線效率表示天線輻射的功率與輸入功率的比值。常用百分比表示。
Pradiated是指天線的輻射功率，Pin是天線的輸入功率。這三者之間相輔相成，共同構(gòu)成天線的輻射性能指標(biāo)。天線的方向性越強(qiáng)，其在特定方向上的輻射強(qiáng)度越大，從而增益也越高。天線效率越高，其將輸入電能轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去的能力越強(qiáng)，從而增益也越高。這就需要天線有一個(gè)好的阻抗匹配。
2.3 天線的總輻射功率 TRP
顧名思義，TRP (Total Radiated Power) 是指天線在所有方向上輻射的總功率。它是衡量天線輻射能力的一個(gè)重要指標(biāo)，通常用于無線通信系統(tǒng)中。TRP 表示天線在所有方向上的輻射功率之和，反映了天線的整體輻射效率。
計(jì)算公式如下：
式中，是天線在方向（θ，?）上的輻射功率密度；dΩ是立體角元。TRP還可以用下面公式計(jì)算
考慮到目前常用的各項(xiàng)同性輻射功率EIRP， TRP還可以用如下公式計(jì)算。
在實(shí)際測試中，TRP 可以通過測量天線在不同方向上的輻射功率密度，然后進(jìn)行積分計(jì)算得到。TRP受天線增益，天線效率和天線方向性的影響，
天線增益：天線增益越高，TRP 通常也越高。高增益天線能夠?qū)⒏嗟哪芰考性谔囟ǚ较蛏希瑥亩岣呖傒椛涔β省?/p>
天線效率：天線效率越高，TRP 也越高。高效率天線能夠?qū)⒏嗟妮斎腚娔苻D(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。
天線方向性：天線方向性越強(qiáng)，TRP 通常也越高。方向性強(qiáng)的天線能夠?qū)⒏嗟哪芰考性谔囟ǚ较蛏?，從而提高總輻射功率?/p>
通過合理選擇和優(yōu)化天線的 TRP，可以提高系統(tǒng)的覆蓋范圍和信號(hào)強(qiáng)度，優(yōu)化整體性能。
2.4 那什么是EIRP？
EIRP全稱是各項(xiàng)同性輻射功率，英文就是Effective Isotropic Radiated Power，表示天線在特定方向上的有效輻射功率。EIRP一般是指天線最大輻射方向上的功率。
EIRP的計(jì)算：
Pt是Tx發(fā)射功率，單位是dB；
Gt是天線的增益，單位是dB；L是傳輸損耗，單位是dB。在實(shí)際應(yīng)用中，EIRP 通常用分貝瓦特（dBm）表示。例如，如果發(fā)射功率為 10 W（40 dBm），天線增益為 15 dBi，傳輸損耗為 2 dB，則：EIRP=40+15-2=53dBmEIRP 是衡量天線在特定方向上輻射能力的重要指標(biāo)，它綜合考慮了發(fā)射功率、天線增益和傳輸損耗。在無線通信、雷達(dá)和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域，EIRP 是設(shè)計(jì)和優(yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。通過合理選擇和優(yōu)化 EIRP，可以提高系統(tǒng)的覆蓋范圍和信號(hào)強(qiáng)度，優(yōu)化整體性能。
小結(jié)
天線是最常用的射頻器件之一，幾乎任何一個(gè)無線通信設(shè)備中都有天線，認(rèn)識(shí)天線，理解天線，掌握天線。
