增益:电子学名词-中文百科频道

定义

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：

Gain = log10(P2/P1) bel

其中P1与P2分别为输入及输出的功率。

由于增益的数值通常都很大，因此一般都使用分贝（dB，贝的10分之1）来表示：

Gain = 10×log10(P2/P1) dB

这就是增益的绝对值与相对值分贝之间的关系。

常见增益

天线增益

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

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

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

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。

其他术语

带外

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）。