【题目编号】MC1-0656
【题目】某商品天线说明书给出的天线增益指标以 dB 为单位。其意义为:
【答案】A
[A]该指标未指明计算方法和所用基准,缺乏参考价值
[B]待测天线最大辐射方向上的辐射功率密度与理想点源天线对应值之比的 dB 值
[C]待测天线最大辐射方向上的辐射功率密度与 1/4 波长垂直天线对应值之比的 dB 值
[D]待测天线最大辐射方向及其(180°)反方向的辐射功率密度测量值之比的 dB 值
考点速览
商品天线说明书上写“增益 6dB”这类指标,题目问的是这个 dB 的意义。答案是它未指明计算方法和所用基准,缺乏参考价值。这道题考的不是算术,而是对分贝和增益定义的准确理解,属于天线参数板块的基础题。
分贝是比值,从来不是一个量
分贝(decibel,dB)的定义是功率比取常用对数再乘十,也就是十乘以功率比的对数;换成电压或场强比时,因为功率与电压的平方成正比,前面的系数改成二十。它天生就是一个相对量:说某处高出 3dB,等于说那里的功率约是参照值的两倍,但参照值是什么,必须另外交代。
工程上为了消除歧义,才派生出一系列带尾标的写法。dBm 是以一毫瓦为参照的绝对功率,dBW 是以一瓦为参照,dBc 是相对载波,dBµV 是相对一微伏的电压。字母后面那个尾巴不是装饰,它规定了分母是谁。天线增益的 dB 也一样,缺了尾巴就无从解释。
天线增益的完整定义
天线增益(gain)的定义是:在输入功率相同的条件下,天线在最大辐射方向上的辐射功率密度,与参考天线在同一条件下的对应值之比,取分贝值。这句话里有三个要件——相同输入功率、最大辐射方向、参考天线。参考天线不指明,增益数值就是悬空的。
按参考天线的不同,通行的写法有两种。一种以理想点源天线(isotropic radiator)为基准,写作 dBi;一种以半波偶极天线为基准,写作 dBd。两者相差一个固定值二点一五分贝。只写“dB”而不写尾标,读者无法判断按哪一种基准计算,也无法把它和别家产品放在一起比较。
还要强调一点:增益不会凭空增加功率。无源天线没有放大能力,它只是把原本会射向其他方向的能量集中到某一个方向,总辐射功率始终小于或等于送到天线的功率扣除损耗后的值。标称增益高,意味着方向图更窄、波束更集中,而不是“发射功率变大了”。
逐项辨析
选项 A 说该指标未指明计算方法和基准、缺乏参考价值,正确。单位只给了“dB”这一半信息,缺了参考天线这一半,数值无法解释,也无法比较。
选项 B 描述的是 dBi 的定义,“与理想点源对应值之比”本身没错,但它只是两种可能基准中的一种。题干只写了 dB,从这一个单位推不出厂家用的是这一种基准,所以本项不成立。
选项 C 说的是相对四分之一波长垂直天线的比值。这个基准在历史上被个别厂商用过,但它不属于现行通行的增益基准,同样不能从“dB”这个单位推断出来。
选项 D 说的是最大辐射方向与它的反方向的功率密度之比,那是前后比(front-to-back ratio),描述天线对后向干扰和噪声的抑制能力,是方向图的另一个特征量,与增益定义无关。
增益、方向性系数、前后比、有效辐射功率
这几个量都用分贝表达,混起来最容易算错。方向性系数(directivity)只看方向图,不计天线自身损耗;增益等于方向性系数乘以效率。前后比是最大辐射方向与反方向功率密度之比,衡量前后抑制。有效辐射功率(EIRP,equivalent isotropically radiated power)则是发射功率、馈线损耗与天线增益合成的链路量,单位通常写作 dBm 或 dBW。做题时先问“这个分贝的分母是谁”,多数陷阱当场现形。
还有一种常见的写法混乱值得留意。有的说明书标“增益 3dB”,厂家的本意可能是相对半波偶极子,也可能相对某个自家设定的参考天线;有的干脆只给一个“最大增益”而不附方向图,读者连哪个方向最强、主瓣有多宽都无从判断。这类指标在选购时只能当作参考。真正有价值的是给出基准、方向图、带宽、驻波比曲线和承受功率的完整数据,判断一个天线指标是否可用,就看它能不能被别人复现和比较。
应试要点
看增益先看尾标:带 i 的是相对理想点源,带 d 的是相对半波偶极子,两者相差二点一五分贝;光写 dB 的说明书指标不能横向比较。天线增益是方向性的重新分配,不是功率放大。