日本村田起诉卓胜微：射频前端芯片领域的专利之战与行业警示

在开始探讨天线增益之前，我们先来思考一下日常生活中的信号传输现象。当我们身处地下室，手机信号可能会变得很弱，通话断断续续，网络也慢得让人抓狂；而在开阔的室外，信号则明显增强，上网、通话都顺畅无比。又比如家里的 WiFi，如果路由器放在角落，离它较远的房间信号就会很差，视频加载缓慢。这些信号强弱变化的背后，其实都和天线增益有着千丝万缕的联系。简单来说，天线增益是定量描述天线把输入功率集中辐射的程度，从通信角度讲，就是在某个方向上和范围内产生信号能力的大小。为了更直观地理解，我们可以把天线想象成一个信号的 “聚光灯” ，普通的灯泡（相当于无增益天线）向四面八方均匀发光，光线分散，在远处的亮度就很弱；而聚光灯（有增益的天线）则把光线集中在一个特定方向，在这个方向上光线更强，传播得更远。天线增益就是衡量这种 “聚光” 能力的指标，增益越高，就意味着天线在特定方向上发射或接收信号的能力越强，信号传播的距离也就越远。深入剖析：天线增益原理从专业角度来讲，天线增益是在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元（通常是各向同性的理想点源天线，它在空间各个方向均匀辐射能量 ）在空间同一点处所产生的场强的平方之比，简单理解也就是功率之比，如下图所示。天线增益与天线方向图有着紧密的联系，方向图就像是一个展示天线辐射特性的 “地图”，它描绘了天线在不同方向上辐射信号的强弱分布。当方向图的主瓣越窄，意味着信号在某个特定方向上的集中度越高；同时后瓣、副瓣越小，说明能量分散到其他不必要方向的损耗就越少，这样一来，天线的增益也就越高 。为了让大家更清晰地理解增益将输入功率放大倍数的物理含义，我们来举个例子。假设有一个理想的点源天线，它就像一个向四面八方均匀发光的灯泡，没有方向性。如果要在距离它 100 米的某点处产生一定强度的信号，经过计算得知，需要输入 100 瓦的功率。现在，我们换用一个增益为 13dB（约为 20 倍）的定向天线，神奇的事情发生了，在同样距离的同一点处产生相同强度的信号，这个定向天线只需要输入 100÷20 = 5 瓦的功率。这就好比原本需要用一个很大功率的灯泡才能照亮远处的某个地方，现在通过一个特殊设计的 “聚光灯”（高增益天线），只需要很小的功率就能达到同样的照明效果，这就是天线增益的魅力所在，它在最大辐射方向上，能有效地将输入功率放大，让信号传播得更远、更强 。衡量标准：dBd 与 dBi在描述天线增益时，我们常常会看到 dBd 和 dBi 这两个参数 ，它们就像是衡量天线增益的两把 “尺子”。dBi 表示的是天线在最大方向场强相对于各向同性辐射器（也就是理想的点源天线，它向四面八方均匀辐射能量，方向图是一个完美的球体 ）的参考值。例如，一个增益为 5dBi 的天线，意味着它在最大辐射方向上的辐射强度比理想的各向同性辐射器要强 5dB。而 dBd 则表示天线在最大方向场强相对于半波对称振子（一种常见的基本天线形式，由两根长度为四分之一波长的导线组成，形状像一个 “哑铃” ）的参考值。半波对称振子本身具有一定的方向性，不像各向同性辐射器那样均匀辐射。这两者之间存在一个固定的转换关系：0dBd = 2.15dBi 。这是因为半波对称振子在最大方向场强相对于各向同性辐射器的参考值为 2.15 。比如，当我们看到一个天线的增益标注为 8dBd 时，如果要换算成 dBi，就可以通过公式计算得出 8dBd = 8 + 2.15 = 10.15dBi 。在实际应用中，我们需要根据不同的场景和需求，选择合适的单位来理解和比较天线增益 。例如在移动通信基站中，通常会使用 dBi 来表示天线增益，这样可以更直观地评估天线在各个方向上相对于理想点源的辐射增强能力 ，从而更好地规划信号覆盖范围。实际意义：影响与应用天线增益在实际的通信领域中有着举足轻重的地位，对移动通信系统的运行质量起着关键作用，因为它直接决定了蜂窝边缘的信号电平 。在移动通信系统里，我们可以把基站想象成信号的 “发射中心”，而天线增益就是决定信号能 “跑” 多远、多强的关键因素。增加天线增益，就如同给信号 “插上了翅膀”，能够在确定方向上增大网络的覆盖范围，让信号抵达更偏远的地区 。比如在一些偏远山区，如果基站天线的增益较低，信号可能只能覆盖到山脚下，而提高增益后，信号就能翻山越岭，覆盖到更广阔的山区，让山区的居民也能享受到稳定的通信服务 。在不同的通信场景中，天线增益都发挥着不可或缺的作用 。在基站通信中，常见的定向基站天线增益一般为 18dBi，全向基站天线增益为 11dBi 。定向天线通过较高的增益，将信号集中向特定的区域辐射，有效覆盖城市中的商业区、居民区等重点区域 。想象一下，在繁华的城市街道上，基站就像一个个信号 “灯塔”，定向天线以高增益将信号精准地投向街道两侧的高楼大厦，确保楼里的人们无论是在打电话、上网还是观看视频，都能享受到流畅的通信服务 。而全向天线则凭借其相对较低但均匀分布的增益，在一些空旷的郊区、农村等场景中，为周围一定范围内的用户提供信号覆盖 。卫星通信更是离不开高增益天线 。卫星距离地球遥远，信号在传输过程中会有很大的衰减 。为了确保地面站和卫星之间能够稳定地传输信号，就需要高增益的天线来集中信号能量，减少路径损耗 。例如，抛物面天线就是卫星通信中常用的高增益天线，它的形状就像一个巨大的 “信号收集碗”，能够将微弱的卫星信号聚焦接收，同时也能将地面站发射的信号集中发射出去，实现远距离的通信 。在卫星电视接收中，我们常见的 “锅盖” 天线就是抛物面天线的一种，通过高增益接收卫星信号，让我们在家中就能收看到来自世界各地的精彩节目 。在无线局域网（WLAN）中，高增益天线同样有着重要应用 。在一个大型的办公园区或者商场里，如果使用普通增益的天线，可能会存在信号覆盖不到的 “死角”，导致部分区域网络信号差，影响用户体验 。而采用高增益天线后，信号的覆盖范围得到显著扩展，能够轻松穿透墙壁、障碍物，减少信号衰减，提高网络的可靠性和稳定性 。比如在一个多层的商场中，高增益天线可以将信号覆盖到各个楼层的每一个角落，让顾客和商家在商场的任何位置都能享受到快速的无线网络服务，方便购物、办公和娱乐 。增益提升：方法详解在实际应用中，我们常常需要计算天线增益，以便选择合适的天线来满足不同的通信需求。以下是一些常见且有效的方法：1，增大天线尺寸较大的天线能够捕获更多的无线电波 。这就好比用一个大网捕鱼，网越大，能捕获的鱼就越多 。以抛物面天线为例，前面提到的增益计算公式(G(dBi) = 10Lg{4.5×(D/λ0)^2})表明，抛物面直径(D)增大时，增益会显著提高 。在卫星地面接收站中，巨大的抛物面天线可以更有效地接收来自卫星的微弱信号，这就是增大尺寸提高增益的实际应用 。2，增加天线数量（天线阵列）多个天线可以组合其信号，这种方式被称为天线阵列 。想象一下多个小水管同时向一个大水池注水，水量会比单个小水管注水大得多 。在 5G 通信基站中，就常常采用大规模天线阵列技术，通过将多个天线单元组合在一起，实现信号的协同发射和接收，从而提高增益 。这些天线单元可以根据需要调整发射和接收的相位和幅度，使信号在特定方向上实现同相叠加，增强信号强度，提高通信质量 。3，利用反射表面反射表面可以将电波重定向到天线，从而提高增益 。比如在一些电视接收天线背后，会安装一个金属反射板 。当电视信号的电磁波传播到反射板时，会被反射到天线的接收方向上，相当于增加了天线接收到的信号能量，进而提高了增益 。就好像用镜子将光线反射到需要照亮的地方，让光线更集中 。4，设计特定形状一些天线类型，例如八木天线，专为更高的增益而设计 。八木天线由一个有源振子（通常是半波振子）、一个反射器和多个引向器组成 。反射器和引向器的作用是将有源振子向各个方向辐射的电磁波进行重新分布，使信号在特定方向上得到加强，从而提高增益 。在一些偏远地区的无线电视接收中，八木天线因其较高的增益和较好的方向性，能够有效地接收远处电视台发射的信号 。总结通过以上内容，希望大家对天线增益已经有了较为全面且深入的理解。天线增益作为衡量天线辐射特性的关键指标，在我们日常生活的各种通信场景中都发挥着至关重要的作用 。从手机信号的稳定接收，到卫星电视的精彩呈现，再到无线网络的广泛覆盖，天线增益就像一个幕后英雄，默默保障着信号的高效传输 。正确理解天线增益，能够帮助我们在选择和使用天线时做出更明智的决策 。无论是在建设通信基站，还是为家中的无线路由器挑选合适的天线，了解增益的原理、计算方法以及影响因素，都能让我们事半功倍，获得更好的通信效果 。那么，在你的生活中，有没有遇到过因为天线增益问题而导致信号不佳的情况呢？你又是如何解决的？或者你对天线增益还有哪些疑问，都欢迎在留言区分享和提问 。让我们一起交流探讨，共同探索天线增益背后更多有趣的知识 。最后加点私货，推荐一下克劳斯这套经典的天线书，也是我学习天线的主要参考书。注释：射频学堂原创或者转载的内容，其版权皆归原作者所有，其观点仅代表作者个人，射频学堂仅用于知识分享。如需转载或者引用，请与原作者联系。来源：射频学堂