天線增益計算
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天線增益是天線知識結構中非常重要的一環，當然也是選擇天線的重要參數之一。天線增益對於通信系統的運行質量也起着很大作用，一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。
一、天線增益的定義：
天線在某一規定方向上的輻射功率通量密度與參考天線在相同輸入功率時最大輻射功率通量密度的比值。
→ 需要注意以下幾點：
（1） 如果不是特別標注，天線增益均是指最大輻射方向的增益；
（2） 同等條件下，增益越高，方向性越好，電波傳播的距離越遠，即覆蓋的距離增加。但是波速寬度會別壓縮，波瓣越窄，從而導致覆蓋的均勻性變差。
（3） 天線是無源器件，不能產生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。
二、天線增益的計算公式
我們可以從天線增益的定義中了解到，天線增益與天線方向圖有密切的關系，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。
（1） 對於拋物面天線，可用以下公式近似計算其增益：
G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）^2}
*注意：
D：拋物面直徑
λ0：中心工作波長
4.5：經過統計的經驗數據
（2） 對於直立全向天線，也可用下面的公式近似計算：
G（dBi）=10Lg{2L/λ0}
*注意：
L：天線長度
λ0：中心工作波長
三、增益與發射功率
無線電發射機輸出的射頻信號，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接收下來（僅僅接收很小很小一部分功率），並通過饋線送到無線電接收機。因此在無線網絡的工程中，計算發射裝置的發射功率與天線的輻射能力非常重要。
無線電波的發射功率是指在給定頻段范圍內的能量，通常有兩種衡量或測量標准：
功率（W）：相對1瓦（Watts）的線性水准。
增益（dBm）：相對1毫瓦（Milliwatt）的比例水准。
→ 兩種表達方式可以互相轉換：
dBm = 10 x log[功率mW]
mW = 10^[增益 dBm / 10 dBm]
在無線系統中，天線被用來把電流波轉換成電磁波，在轉換過程中還可以對發射和接收的信號進行“放大”，這種能量放大的度量成為 “增益（Gain）”。 天線增益的度量單位為“dBi”。
由於無線系統中的電磁波能量是由發射設備的發射能量和天線的放大疊加作用產生，因此度量發射能量，最好同一度量－增益（dB），例如，發射設備的功率為100mW ，或 20dBm；天線的增益為10dBi，則：
發射總能量＝發射功率（dBm）＋天線增益（dBi）
＝ 20dBm ＋ 10dBi
＝ 30dBm
或者：＝ 1000mW ＝ 1W
【3dB法則】
→ 在“小功率”系統中每個dB都非常重要，特別要記住“3dB法則”。
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
舉個例子，100mW的無線發射功率為20dBm，而50mW的無線發射功率為17dBm，而200mW的發射功率為23dBm。
拋物面天線增益可以這樣算
我們先改為這樣（效率60%）
Gmax=18.178+8.66859Ln(D*f)
≈18+8.8*ln(D*f)
天線口徑D 單位：米
頻率f 單位：GHz
這樣好記，手機算個e的對數OK了
用圖表對比
18+8.8*ln(D*f) 和10log(η(πDf/c)^2)
都知道3dB角是這樣算：
θ=70*λ/D
換一下單位把c帶入就可以口算了
θ=70*c/(f*D)
=21/(f*D)
天線口徑D 單位：米
頻率f 單位：GHz
舉例說明，已知如下：
Ku端站0.6米口徑，增益36dBi，功放額定功率9dBW，CW模式，MODEM輸出功率-40dBm（最低），衛星在終端地點的G/T=17dB/K，11米Ku主站天線接收端站頻譜如下圖所示。
可以推出以下結論：
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端站至主站的鏈路C/No = 22+10*LOG(100*1000) = 72 dB；
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端站至主站的上行鏈路C/No u = 72 – 2 = 70 dB，（取值2可參考功帶平衡與載噪比回退）
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Ku端站上行EIRP = 70 - 228.6 + 207 – 17 = 31.4 dBW；
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Ku端站功放輸出功率P = 31.4 – 36 = -4.6 dBW；
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按照功帶平衡時主站接收C/N ≤ 16dB估算，Ku端站最小符號速率為Rs min = 10^((72-16)/10) = 398107 Baud = 0.4 Mbaud；
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按照功帶平衡時主站接收C/N ≤ 16dB估算，Ku端站發4Mbaud符號速率時，MODEM輸出功率不能超過 -40 + 10*LOG(4/0.4) = -30dBm；
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按照某編碼調制誤碼率條件下，門限Eb/No = 4dB，預留3dB估算，Ku端站功放達到額定輸出9dBW時可傳輸的最大數據速率Rb max = 10^((72+(9+4.6)-4-3)/10) = 72443596 bps = 72Mbps，此時MODEM輸出功率=-40 + (9+4.6) = -26.4dBm。
天線主要參數指標
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天線的前后比是指主瓣的最大輻射方向（規定為0°）的功率通量密度與相反方向附近（規定為180°±30°范圍內）的最大功率通量密度之比值F/B=10log(前向功率/后向功率)。
電下傾角是指通信天線的垂直輻射面上最大輻射指向與天線法線的夾角。
通信天線根據是否支持電下傾調節分為固定下傾天線和電調天線：固定下傾天線是指根據無線覆蓋需求對天線輻射單元陣列進行幅度和相位的賦形產生的固定下傾角天線；而電調天線是指通過移相單元改變陣列中不同輻射單元的相位差，從而產生不同輻射主瓣下傾狀態，通常電調天線的下傾狀態僅在一定的可調角度范圍內。
在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣(束)寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。
天線增益和天線尺寸及波束寬度的關系：
將“輪胎”壓扁，信號就越集中，增益就越高，天線尺寸就越大，波束寬度越窄。
→ 天線增益特別需要關注的3個要點
1、天線是無源器件，不能產生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。
2、天線的增益由振子疊加而產生。增益越高，天線長度越長。增益增加3dB，體積增大一倍。
3、天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。
天線的電壓駐波(VSWR)比是把天線作為無耗傳輸線的負載時，在沿傳輸線產生的電壓駐波圖形上，其最大值與最小值之比。
駐波比的產生，是由於入射波能量傳輸到天線輸入端並未被全部吸收（輻射）產生的反射波迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。在移動通信系統中，一般要求駐波比小於1.5。
天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50Ω。
輸入阻抗與天線的結構、尺寸以及工作波長有關，在要求的工作頻率范圍內，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當接近50Ω，這是天線能與饋線處於良好的阻抗匹配所必須。
互調現象是由頻帶外的兩個或多個載波頻率混頻后落在頻帶內的新的頻率分量，造成系統性能下降的現象。較高功率的發射信號通常會混合產生互調信號，最后進入接收波段，基站天線接收的信號通常功率較低。如果互調信號與實際的接收信號具有相近或較高的功率，系統會誤把互調信號視為真實信號。
隔離度代表饋送到雙極化天線一個端口(一種極化)的信號在另外一個端口(另一種極化)中出現信號的比例。
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