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MC1-0708-两位业余爱好者使用半波长垂直偶极天线相互通联,双方所收信号的强度均为 S4。现双 方发射功率不变,都改用增益为 8.15dBi 的八木天线(最大辐射方向和极化均不变)再次联 络,则双方信号的强度变为: 【提示:收信机信号强度指示 S1 至 S9 每档增加 6dB】

MC1-0708 讲收发两端同时把半波偶极天线换成 8.15dBi 八木天线后信号强度怎么变。半波偶极天线增益是 2.15dBi,单端净增 6 分贝,发射端和接收端各加一次共 12 分贝,S 表每档 6 分贝,所以读数由 S4 升到 S6。文章同时讲清 dBi 与 dBd 的区别、链路预算里两端增益如何叠加,以及增益换来的波束变窄有哪些代价。

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【题目编号】MC1-0708

【题目】两位业余爱好者使用半波长垂直偶极天线相互通联,双方所收信号的强度均为 S4。现双 方发射功率不变,都改用增益为 8.15dBi 的八木天线(最大辐射方向和极化均不变)再次联 络,则双方信号的强度变为: 【提示:收信机信号强度指示 S1 至 S9 每档增加 6dB】

【答案】A

[A]S6

[B]S4

[C]S5

[D]S7

考点速览

这道题把天线增益和收信机信号强度指示放在一条链路上考:两台都用半波长偶极天线时,双方读数都是 S4;两端同时换成增益 8.15dBi 的八木天线后,读数变成几档。关键不在八木天线本身,而在于「换天线」这件事在发射端和接收端各发生了一次,两笔增益都得算进去。

增益的起点:偶极天线的 2.15dBi

天线增益(antenna gain)说的是把功率往某个方向集中的本领,比较基准有两种。以理想各向同性辐射器(isotropic radiator)为基准写作 dBi,以半波偶极天线(half-wave dipole)为基准写作 dBd。半波偶极天线本身相对各向同性辐射器就有 2.15 分贝的增益,所以两种单位差一个 2.15:8.15dBi 换成 dBd 就是 6dBd。

原来用的正是半波长偶极天线,增益 2.15dBi;换成 8.15dBi 的八木,单端净增 8.15 减 2.15,等于 6 分贝。天线增益不是凭空生出来的能量,八木把功率压进一个更窄的主瓣,主瓣方向上的功率密度抬高了,代价是波束变窄、对指向精度要求变高。

收发两端各加一次

链路预算里,接收端拿到的功率同时取决于发射天线的增益和接收天线的增益:发射天线决定有多少功率被送向对方,接收天线决定它从到达的波前里截获多少能量。题设双方都换了天线,甲台发射端加 6 分贝,乙台接收端再加 6 分贝,反向同理。单程合计 6 加 6 等于 12 分贝。

S 表每档 6 分贝,12 分贝正好两档,S4 往上推两格就是 S6。

自由空间里的接收功率可以这样理解:发射机把功率送上天馈系统,天线按自己的增益把它导向前方;电波在途中随距离平方衰减;到达对方时,接收天线再从波前里截获一份能量。用分贝记账,各环节的增益与损耗直接加减,省掉连乘的麻烦。发射天线增益、接收天线增益都是正项,馈线损耗与空间衰减是负项。本题两笔增益都是六分贝,中间那段空间衰减在换天线前后完全相同,相减时自然抵消,只留下十二分贝的净变化。这也是做这类题不必知道距离和工作频率的原因。

天线收发互易,同一副天线用作发射和接收时,方向图与增益完全一致。所以「换一副更好的天线」在链路两端各留下一次改善:一端发得更集中,另一端从同样的波前里截获更多。只算发射端、或者只算接收端,都会把答案算小一半。

顺带把读数换算一下:两格的提升在功率上是四倍乘四倍,共十六倍。这是十二分贝的另一种说法,两种表达说的是同一件事。

逐项辨析

选项 A 给出 S6,与「两端各 6 分贝、合计 12 分贝、上两档」的计算吻合,是正确项。

选项 B 的 S4 等于认为换天线毫无作用,与增益的物理含义直接矛盾。

选项 C 的 S5 只把一端的 6 分贝算了进去,漏掉接收端那次更换,是本题最容易踩的坑。

选项 D 的 S7 需要 18 分贝,相当于把同一笔增益重复计算了三次,没有任何依据。

增益不是万能药

八木天线增益再高,也换不来额外的发射功率,它只是重新分配方向。波束窄了,转动天线时对方信号会明显起落,指向偏一点,账面增益就白算。工作带宽也受限,频段边缘驻波比上升,真正送进馈线的功率打折。馈线损耗是负项,同轴电缆在特高频段每米损耗可观,一条损耗 3 分贝的馈线能吃掉增益增量的一半。S 表读数本身也只是估读,多数收信机 S 表的误差在一格上下,不必把半格的差别看得过重。

应试要点

看到「半波偶极天线换成某 dBi 的天线」,先减 2.15 得到净增量;再看题目说的一端换还是两端换。一端换就是净增量,两端换就把净增量乘二。6 分贝一格,照着数就行。

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