在當今無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的時代，天線作為無線通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣直接影響著通信質(zhì)量。而天線效率作為衡量天線性能的重要指標之一，對于理解和優(yōu)化天線的工作效果具有至關(guān)重要的意義。接下來，我們將詳細探討天線效率的定義、計算方法、損耗因素以及優(yōu)化策略。

天線效率的定義與計算

天線效率（Antenna Efficiency）用于衡量天線將輸入射頻功率轉(zhuǎn)換為有效輻射功率的能力，通常以百分比形式表示。它反映了天線在工作過程中，將電能轉(zhuǎn)化為電磁波能量并向外輻射的程度。其計算公式為：天線效率 = 輻射功率 / 輸入功率 * 100%。

其中，輻射功率一般用天線的總輻射功率（TRP）來表示，即天線在所有方向輻射的功率總和；輸入功率是射頻系統(tǒng)通過饋線饋入天線的功率，但需扣除反射損耗后，以實際進入天線結(jié)構(gòu)的凈有功功率（饋點接收功率 - 反射功率）進行計算。因此，公式可進一步修改為：天線效率 = TRP / (饋點接收功率 - 反射功率) * 100%。

從公式可以看出，高效率的天線能夠?qū)⒋蟛糠帜芰繌奶炀€輻射出去或接收進來；低效率的天線則會將大量能量損耗在天線內(nèi)，也可能因阻抗不匹配導致大量能量反射回去（反射功率過大）。

天線效率的損耗因素

在實際應用中，手機內(nèi)置天線效率通常在 30% 到 60% 之間（低頻段下限約 30%），這意味著約 40% 到 70% 的輸入功率未被有效輻射。這些未被有效輻射的功率主要源于以下幾個方面：

1. 反射損耗：雖然在計算天線效率時會從饋點輸入功率中減去反射功率，但反射功率過大仍會影響天線性能。阻抗失配會導致反射功率增大，使凈輸入功率減少，進而降低輻射功率和總效率。因此，在射頻模塊電路與天線設(shè)計中，做好阻抗匹配至關(guān)重要，可將反射功率控制在較低水平，提升天線總輻射效率。關(guān)于阻抗匹配及其對駐波比、反射功率等的影響，可參考《[射頻系統(tǒng)中的阻抗與傳輸線特征阻抗的概念解釋]》。
2. 導體損耗：當電流流經(jīng)金屬導體時，由于導體存在電阻，會產(chǎn)生焦耳熱，導致電流傳導過程中產(chǎn)生損耗。在高頻電流情況下，電流會出現(xiàn)趨膚效應，被擠壓到導體表面很薄的一層，使有效導電截面積減少，電阻顯著增加，從而降低實際能夠從天線輻射出去的功率。為優(yōu)化導體損耗，可從降低電阻的角度入手，如使用電導率更高的材料、降低天線表面粗糙度、增大導體截面積、避免直角走線等。
3. 介質(zhì)損耗：介質(zhì)損耗與射頻產(chǎn)品的 PCB 基板以及塑料外殼等絕緣材料有關(guān)。在天線輻射的交變電場下，這些絕緣材料內(nèi)部會發(fā)生分子極化，分子極化方向滯后于電場變化，分子摩擦消耗的能量會轉(zhuǎn)換為熱能，導致 PCB 板和塑料外殼局部發(fā)熱。電磁波頻率越高，介質(zhì)損耗的影響越顯著，損耗程度由材料的損耗角正切（tanδ）決定，tanδ 越大，介質(zhì)損耗越高，輻射效率越低。為減少介質(zhì)損耗，可選擇在高頻下低介質(zhì)損耗（低 tanδ）的材料。此外，外置天線因突出于設(shè)備外殼，減少了與絕緣材料的接觸面積，能大幅降低介質(zhì)損耗，相同條件下其輻射效率比內(nèi)置天線高 15 - 30%。

天線效率的優(yōu)化策略

為提高天線效率，可針對上述損耗因素采取相應的優(yōu)化措施：

1. 優(yōu)化阻抗匹配：通過合理設(shè)計射頻模塊電路與天線，確保阻抗匹配，減少反射功率，提高凈輸入功率和輻射功率。
2. 降低導體損耗：選擇高電導率材料、優(yōu)化天線表面粗糙度和結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少電流傳導過程中的損耗。
3. 減少介質(zhì)損耗：選用低 tanδ 的材料制作 PCB 基板和外殼，或采用外置天線設(shè)計，降低介質(zhì)損耗對天線效率的影響。

總之，深入理解天線效率的定義、損耗因素和優(yōu)化策略，對于設(shè)計和優(yōu)化高性能天線具有重要意義。在實際應用中，需綜合考慮各種因素，采取有效的措施提高天線效率，以滿足無線通信系統(tǒng)的需求。