E
EMC

天線因子與增益換算器

在天線增益 (dBi) 與天線因子 (AF) 之間進行基於 50Ω 系統的快速雙向換算。並附帶場強輔助計算器,幫助您根據 EMI 接收機的電壓讀數計算空間實際電場強度。

MHz
dBi
dB/m

50Ω 阻抗下公式:AF (dB/m) = 20 * log10(頻率 MHz) - 增益 dBi - 29.78

*此轉換公式假定天線輸入端與 50Ω 射頻系統處於理想阻抗匹配狀態,不考慮反射損耗。

輔助工具:實際電場強度 (E) 計算

測量參數輸入

dBµV
dB/m
+ dB
- dB

計算出的實際電場強度 (E)

--
dBµV/m
E = 電壓 + AF + 線損 - 放大器增益

核心概念:增益 (Gain) 與 天線因子 (AF) 的本質區別

天線增益 (Antenna Gain, dBi)

通信工程師的語言。衡量天線「聚光」或「定向聚焦」能量的能力。數值越大,代表天線把輻射能量集中在特定方向的能力越強(或在該方向的接收靈敏度越高)。

天線因子 (Antenna Factor, dB/m)

EMC 工程師的語言。衡量天線作為傳感器的「轉換效率」。即空間中存在的電場強度(E)與天線端口輸出的電壓(V)之間的對數比值。數值越小,代表接收效率越高。

進階科普:為什麼換算公式裡要引入「頻率」?

即使一根天線的增益 (Gain) 保持不變,它捕獲空間能量的能力(有效接收孔徑)也會隨著頻率的升高而急劇下降。因為頻率越高,波長越短,天線的物理有效截面積就越小。因此,必須引入 20*log10(頻率) 這一補償項,這就構成了對數轉換公式的物理內核。

工程趣聞:雙錐天線 (Biconical) 的增益為什麼不平坦?

常見的 30-300MHz 雙錐天線,其增益在 30MHz 時極低(可達 -15 dBi),而在 200MHz 時升至 +2 dBi。這是因為受限於暗室物理空間,天線在低頻時處於效率極低的「電小尺寸」狀態。

但這恰好是一個絕妙的工程巧合:因為 AF ∝ 20*log(f) - Gain,當頻率升高時,20*log(f) 在變大,而天線的增益 Gain 也在變大。兩者相減,反而使得整個頻段內的天線因子 (AF) 被「拉平」成了一條相對平緩的淺 U 型曲線!這就使得 EMI 接收機的動態範圍能更平穩地處理寬帶信號。

理解場強輔助計算公式

在 EMC 輻射發射測試中,頻譜分析儀或 EMI 接收機實際測量到的是饋入其端口的射頻電壓信號。然而,FCC Part 15 或 CISPR 等國際標準規定的限值,通常是空間中的絕對電場強度 (Electric Field Strength)。

  • 接收機電壓 (Voltage): 儀器在屏幕上直接顯示或導出的原始讀數,單位為 dBµV。
  • 天線因子 (Antenna Factor, AF): 由天線製造商提供的校準數據。它反映了該天線在特定頻率下,將空間電場轉化為端口電壓的效率。天線因子隨頻率變化而變化。
  • 線纜損耗 (Cable Loss): 高頻信號在同軸電纜傳輸時會發生衰減。計算時必須將這部分被線纜「吃掉」的能量補償(加)回來。
  • 前置放大器增益 (Preamp Gain): 如果在接收機之前串聯了低噪聲放大器(LNA)來提升靈敏度,由於它人為地放大了信號,在計算真實場強時必須將其增益扣除(減去)。