如何計算天線系數(shù)Antenna Factor

天線系數(shù)（Antenna Factor）也稱天線因子，是指天線附近接收的電場強度與天線端口生成的電壓比值，簡單講就是天線接收電磁波，然后轉(zhuǎn)化成電信號的能力；或者反過來，激勵電信號之后，天線轉(zhuǎn)化成電磁波的能力。由于電場單位是V/m，所以天線系數(shù)（簡稱AF）的單位就是每米“/m”，如果用dB表示的話，就是dBm^-1.

首先一個問題就是，天線系數(shù)和增益有什么區(qū)別呢？直接上公式吧，對于50歐姆的天線：

或者：

可見AF是跟增益有關(guān)，而且每個頻率不一樣。等下我們會解釋公式推導(dǎo)，并證明兩個公式等效。 

演示模型我們用天線庫里面的一個喇叭天線，因為在X-方向有個同軸饋電端口。

方法1：平面波和Transient Co-simulation計算

打一個平面波給天線，場強設(shè)為1V/m便于計算，電場方向為Phi=0的平面（X軸方向）：

注意該方法需要在電路中獲取端口的電壓，但是由于是平面波，所以要勾選superimpose plane wave excitation，使平面波用于時域電路仿真，點擊Apply就行。

然后電路中加端口1：

新建Transient任務(wù)，選transient co-simulation，Tmax足夠長就行：

激勵選項中把端口阻抗定為50ohm：

運行Transient任務(wù)，查看端口1的頻域電壓：

接下來使后處理，因為電場強度為1V/m, 所以這里1除以電壓：

方法2：遠場增益提取

如果不用平面波模擬接收信號，我們可以從天線遠場的增益來計算AF。因為要得到AF在不同頻率的值，所以需要多個頻點的遠場結(jié)果，需要多個遠場監(jiān)視器，計算相對方法1較慢：

根據(jù)一開始的公式，要想計算AF，除了增益之外，還有頻率屬性，所以需要后處理，然后兩個公式選一個用就可以了，兩個公式都有頻率信息，所以先把頻率從x軸調(diào)去y軸：

如果用第一個公式：

先拿到增益：

然后直接寫公式：

如果用另一個公式：

增益就需要線性了：

還需要波長, 所以多一步頻率波長轉(zhuǎn)換：

然后寫公式：

可以看到兩種方法，包括兩個公式的結(jié)果基本都一樣：

最后總結(jié)：

1）本文其實給了三個方法，可用于天線系數(shù)的計算和互相驗證。

2）實際天線的AF獲取也是兩種方法，一種是直接從供應(yīng)商得到寬頻的曲線，另一種方法就是測量，將天線放在已知場強中，然后掃頻的到AF，類似我們的方法1平面波。

3）天線系數(shù)在EMC仿真中比較常見，因為它可以把場強E和電壓V聯(lián)系起來；這個值往往是天線生產(chǎn)廠提供，但是它把哪些路徑、損耗或匹配考慮進去，就是工程師要注意的東西，也就是說，實際中要考慮是場強和哪里的電壓比的問題。

4）下面進行公式推導(dǎo)：

從天線基本公式開始，就是功率密度等于接收功率除以天線增益和球面：

空間功率密度是電場平方除阻抗（120pi）：

天線接收功率是電壓平方除阻抗（50ohm）:

帶入得到場強和電壓的平方比：

兩邊都取10log（），所以左邊就是AF的dB形式：

另外用到：

所以開頭的兩個公式就都推導(dǎo)完了。