無線 天線 功放 功分器
先從簡單開始
增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同壹點處所產生的信
號的功率密度之比。它定量地描述壹個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有
密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義------為
在壹定的距離上的某點處產生壹定大小的信號
如果用理想的無方向性點源作為發射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20
的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最
大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。
半波對稱振子的增益為G = 2.15 dBi ; 4個半波對稱振子 沿垂線上下排列，構成壹個垂直
四元陣，其增益約為G = 8.15 dBi ( dBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源) 。
如果以半波對稱振子作比較對象，則增益的單位是dBd .
半波對稱振子的增益為G = 0 dBd （因為是自己跟自己比，比值為1，取對數得零值。） ；
垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 – 2.15 = 6 dBd .
天線主瓣寬度越窄，增益越高。對於壹般天線，可用下式估算其增益：
G（ dBi ） = 10 Lg { 32000 / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
式中， 2θ3dB,E 與 2θ3dB,H 分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度；
32000 是統計出來的經驗數據。
2） 對於拋物面天線，可用下式近似計算其增益：
G（ dB i ） = 10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}
式中， D 為拋物面直徑；
λ0 為中心工作波長；
4.5 是統計出來的經驗數據。
3） 對於直立全向天線，有近似計算式
G（ dBi ） = 10 Lg { 2 L / λ0 }
式中， L 為天線長度；
λ0 為中心工作波長；
1.3.7 上旁瓣抑制
對於基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第壹旁瓣
盡可能弱壹些。這就是所謂的上旁瓣抑制 。基站的服務對象是地面上的移動電話用戶，指向天
空的輻射是毫無意義的。
自由空間通信距離方程
設發射功率為PT，發射天線增益為GT，工作頻率為f . 接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、
發天線間距離為R，那麽電波在無環境幹擾時，傳播途中的電波損耗 L0 有以下表達式：
L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ）
= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)
[舉例] 設：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz
問：R = 500 m 時， PR = ？
解答： (1) L0 (dB) 的計算
L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)
= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)
（2） PR 的計算
PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )
= 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) #
順便指出，1.9GHz電波在穿透壹層磚墻時，大約損失 (10~15) dB
2.1 超短波和微波的傳播視距
2.2 極限直視距離
超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地表面波作
較遠距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡單地說，空間波是在空間範圍
內沿直線方向傳播的波。顯然，由於地球的曲率使空間波傳播存在壹個極限直視距離Rmax 。在最遠
直視距離之內的區域，習慣上稱為照明區；極限直視距離Rmax以外的區域，則稱為陰影區。不言而
語，利用超短波、微波進行通信時，接收點應落在發射天線極限直視距離Rmax內。
受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax 和發射天線與接收天線的高度HT 與 HR間的關系
為 ： Rmax ＝ 3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km)
考慮到大氣層對電波的折射作用，極限直視距離應修正為
Rmax ＝ 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km)
由於電磁波的頻率遠低於光波的頻率，電波傳播的有效直視距離 Re 約為 極限直視距離Rmax
的 70% ，即 Re = 0.7 Rmax .
例如，HT 與 HR 分別為 49 m 和 1.7 m，則有效直視距離為 Re = 24 km .
2.3 電波在平面地上的傳播特征
由發射天線直接射到接收點的電波稱為直射波；發射天線發出的指向地面的電波，被地面反射而
到達接收點的電波稱為反射波。顯然，接收點的信號應該是直射波和反射波的合成。電波的合成不
會象 1 + 1 = 2 那樣簡單地代數相加，合成結果會隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。
波程差為半個波長的奇數倍時，直射波和反射波信號相加，合成為最大；波程差為壹個波長的倍數
時，直射波和反射波信號相減，合成為最小。可見，地面反射的存在，使得信號強度的空間分布變
得相當復雜。
實際測量指出：在壹定的距離 Ri之內，信號強度隨距離或天線高度的增加都會作起伏變化；
在壹定的距離 Ri之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號強度將。單調下降。理論計算給出
了這個 Ri 和天線高度 HT與 HR 的關系式：
Ri = （4 HT HR ）/ l ， l 是波長。
不言而喻， Ri 必須小於極限直視距離Rmax 。