增益的一般含义简而言之就是放大倍数。在
电子学上,通常为一个系统的讯号输出与讯号输入的比率,如
天线增益表示定向天线辐射集中程度的参数,为定向天线和无方向天线在预定方向产生的电场强度平方之比。放大器增益,表示放大器功率放大倍数,以输出功率同输入功率比值的常用对数表示等。
增益一般指对元器件、
电路、设备或系统,其电流、电压或功率增加的程度,以分贝(dB)数来规定,即增益的单位一般是分贝(dB),是一个相对值。电子学上常使用
对数单位量度增益,并以贝(bel)作为单位:
天线增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的
功率密度之比。天线增益是入网测试时极其重要的标准,它表示了天线的方向性和信号能量的集中程度。增益的大小影响天线发射信号覆盖范围和强度。主瓣越窄,旁瓣越小,能量就会越集中,那么天线增益越高。一般来说,增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度,而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对
移动通信系统的运行质量极为重要,因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围,或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程,增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。天线增益的单位一般有两种:dBi与dBd,其中dBi是以理想点源天线为参考的基准,在各方向的辐射是均匀的;dBd是以半波阵子(偶极子)的天线为参考基准,相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下,增益越高,电波传播的距离越远。一般地,GSM定向基站的天线增益为18dBi,全向的为11dBi。同一个天线增益,dBi比dBd在数值上大2.15 dB。
放大器增益是放大器输出功率与输入功率比值的对数,用以表示功率放大的程度。亦指电压或
电流的放大倍数。同样,分贝就是放大器增益的单位。放大器输出与输入的比值为放大倍数,单位是“倍”,如10倍放大器,100倍放大器。当改用“分贝”做单位时,放大倍数就称之为增益,这是一个概念的两种称呼。电学中分贝与放大倍数的转换关系为:AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同,但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V^2/R=I^2R。采用这套公式后,两者的增益数值就一样了:10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)。使用分贝做单位有很大好处。
电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万,一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出,一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数,数值就小得多。放大器级联时,总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时,总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB),后级是20倍(13dB),那么总功率放大倍数是100×20=2000倍,总增益为20dB+13dB=33dB。
功率增益(Power gain)是指一个电路里输出功率和输入功率的比例。不像其他的信号增益,例如电压增益和电流增益,功率增益由于“输入功率”和“输出功率”本身有着相对模糊的定义,因此有时显得有点混淆。三种重要的功率增益包括:运算功率增益(operating power gain)、转换功率增益(transducer power gain)和有效功率增益(available power gain)。值得注意的是,上述三种增益的定义均基于功率的平均效果,而非瞬时功率,不过“平均”二字经常被省略,在有的情况会引起混淆。
环路增益(loop gain)为电子学及控制工程的名词,是指一反馈回路中的总增益,一般会以比例或是分贝表示。环路增益常用在放大器及电子振荡器的线路中,后来更扩展到控制工厂及设备的
工业控制系统中。环路增益的概念也用在生物学中。在反馈回路中,为了控制输出,会量测设备、程序的输出,取样后,再以此影响输入信号,使输出控制的更理想。环路增益和环路相位移决定了设备的特性,也决定输出是否稳定,或是不稳定(振荡)。海因里希·巴克豪森在1921年最早发现环路增益在电子反馈放大器特性分析中的重要性,后来在1930年代由贝尔实验室的亨德里克·韦德·波德及哈里·奈奎斯特继续发展。
在通讯上,环路增益可以指载波终端或是二线
中继器上的可用功率增益。最大的可用增益是由闭回路的总损失决定,可用增益不能大于总损失。
带外:是指被测补点器(发射机)对工作频带外信号的放大能力。在设备达到满功率输出的情况下,将设备增益设置成最大,测试此时工作频带内信号功率,根据要求将信号源的频率进行设置,测得此时的输出功率,其两者之间的电平值就是带外抑制;测得此时设备的增益就是设备的带外增益。带外抑制与带外增益可相互换算(如设备的增益是Gp,测得此时偏离工作频带1MHz时的带外抑制为∆K,则此时设备偏离工作频带1MHz时的带外增益为Go,那么就有GO=GP-∆K)。