无线射频识别应用手记@浅谈常见单位与天线篇

“由于疫情，阿杰费工今日进行了“云”会议，视频中的费工愁眉苦脸，到底怎么回事呢：

常见单位

dB与dBm

首先要知道dB是分贝，定义为10lg(输出功率/输入功率)，即取两个功率的对数值，例如一个放大器将信号功率放大1000倍，则换算成以dB为单位，则增益为30dB。

我们举几个例子：

+6dB就是4倍放大（log4约为0.6）

+10dB就是10倍放大

-6dB就是减小到0.25（即1/4）

-10dB就是减小到0.1（即1/10）

又如，0dB指的是没有变大和变小。

我们常常能够在专业资料中简单Gain这个单词，这也就是指增益，通常就是以这里的dB为单位。

dBm与dBW

回看dB这个单位，它用来表达两个信号相差数百倍甚至上亿倍的时候是很容易表达的，考虑到功率通常也用瓦W来表达，那么在射频应用中一般用dBm来作为功率的单位。

dBm定义: 

0dBm=1mW；

0dBW=1W；

因此

由于1W=1000mW，所以我们可以得出结论：

+30dBm=0dBW（即功率1W）

-30dBW=0dBm（即功率1mW）

特别提出下，RFID中常用的是dBm，我们能够常见的换算为：

1mW=0dBm；10mW=10dBm；

2mW=3dBm；0.1mW=-10dBm。

感兴趣的话可以推导下-40dBm到40dBm对应的功率吧，可以先告诉两个答案：40dBm对应功率为10W，10dBm对应功率为10mW。

关于天线

首先要知道的是，天线是无源器件，它本身不产生能量，增益的概念在这里是指将能量有效集中向某些特定的方向辐射或接受电磁波的能力。天线增益由振子叠加产生，天线长度随着增益增长而增长，增益越高说明方向性越好，即能量更集中，波瓣越收敛。

天线的放射范围通常包含两个甚至更多个“瓣”，这个“瓣”可以理解为射频的覆盖范围，强度最大的为主瓣，其余的均为旁瓣，如下图示意图：

我们常常能够看到天线辐射方向图，这个图中的强度最大值与参考天线的强度之比取对数后，指的就是方向增益，增益的单位为dBi，这里理解为db isotropic, isotropic为全向，dB为比，即全向比的增益。比如偶极子天线（半波振子）增益为2.15dBi。

由于完美的全向参考天线无法制造，而理论半波振子天线与实际偶极子天线增益类似，因此偶极子天线也常用作参考天线，这种情况下的天线增益以dBd为单位，理解为dB dipole，dipole为偶极子。

下图是一个理想孤立波源辐射，理论半波振子辐射和定向天线增益示意图：

我们可以在西克天线中看到有一些单位为dBiC，这个单位通常用于圆极化天线，总结下为：

🔎线极化天线增益用dBi，释义为相对于点圆天线的增益量；

🔎圆极化天线增益用dBiC，换算为dBiC = dBi + 3dB；

🔎偶极子天线增益用dBd，换算为dBd= dBi - 2.15。

刚才我们讲了天线增益是无源的，天线不额外增加能量，仅仅是重新分配而使某个方向上比全向天线辐射更多能量，这里与射频的增益并不一样。如果天线再一些方向上为正，那么必定在另外一些方向为负，这样天线所能达到的增益就和它能覆盖的范围达到了平衡，这样也符合物理学基本定律了。

一般情况下，超高频RFID用3dB（即功率密度降低一半）波瓣宽度来定义开启角度，或者说孔径，有时候又称作开启角度或半功率角，或波束宽度等。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，但水平覆盖面就越小。

您还想了解那些RFID读写器应用呢？您又想了解哪些射频识别相关知识？快在评论区留言告诉小西！

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