方向性/天線增益/天線效率(Directivity/ Antenna Gain/ Antenna Efficiency)
俗話說內行人看門道(場型)，外行人看熱鬧(gain)。但身為天線工程師兩者皆要看。一般會先看場型趨勢，在看天線的細部的參數值去做判斷。若要進一步分析就得了解下列這些參數意義。
方向性
我們都知道天線的輻射方向可能從四面八方展開，但相對的在特定某些角度特別強或弱，而要描述該角度輻射的能量集中程度，可用方向係數D來表示，單位為dBi。
表示該角度之輻射強度與平均輻射強度之比值，詳細解釋可以參考文獻[1]。
天線效率
接著談談天線效率，效率字面上解釋就是有用(效)的程度，也是天線的好壞的指標。就定義上輻射出去的功率與輸入的功率比，值最大為1(但不可能到1，畢竟天線屬於被動元件，怎麼可能不耗能)。就實務上而言，多數無線電子產品會使用匹配電路來減少反射損耗，故天線效率可分成系統效率(Antenna System Efficiency)與純輻射效率(Radiation Efficiency)。前者包含歐姆損失(ohmic loss)與匹配損失(mismatch loss)，後者僅歐姆損失。
p：純輻射效率 Rr：輻射阻抗 Rl：歐姆損失；系統效率則再乘上mismatching factor
天線增益
談到增益可能會想到電晶體的放大增益，當時學生時期Gain來Gain去的。但實際上在天線表述的增益並非與電晶體相同，主要增益可以簡單區分成主動增益與被動增益兩者，天線為後者。在邱建文老師的講義有詳細解說[2]，在此不再贅述。天線增益可定義成在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射能量在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。[3]聽到這裡可能就會有點黑人問號?實際?理想?也是天線輻射效率(理想輻射)與方向係數(實際)的比，也就可以得到該處的Gain，如以下關係式
ρsys：天線系統效率(考慮匹配反射係數) D：方向係數，單位為dBi，但在業界都會說dB，一定會有人覺得會搞混，這點我不可否認。但dB會找到出口的，通常工程師都會說明量測的項目(效率、增益、TRP等)。當然也有人聽過dBd，這個指的也是增益沒錯，但他的比較的對象是偶極天線增益，可以參考普聯技術有限公司的技術解釋[4]，有詳細說明。
有簡單的範例，可以試著計算看看
有設計一支天線，方向係數D=4.5 dBi，反射係數Γ=-6 dB，天線效率ρ=80%，請問ρsys(考慮匹配反射係數)=?，G=?
天線老鐵們，你學會增益了嗎?
參考文獻
- 天線方向性，百問中文，http://www.baiven.com/baike/223/302784.html
- 手持裝置天線設計Ch2-RF概念與天線，邱建文，https://reurl.cc/a5x3LY
- 天線基本知識，https://reurl.cc/Ag3oK8
- 天線增益解釋，TP-Link，https://www.tp-link.com/tw/support/faq/3/
