在当今无线通信技术飞速发展的时代，作为无线通信系统中不可或缺的关键部件，其性能的优劣直接影响着通信质量。而天线效率作为衡量天线性能的重要指标之一，对于理解和优化天线的工作效果具有至关重要的意义。接下来，我们将详细探讨天线效率的定义、计算方法、损耗因素以及优化策略。

天线效率的定义与计算

天线效率（Antenna Efficiency）用于衡量天线将输入射频功率转换为有效辐射功率的能力，通常以百分比形式表示。它反映了天线在工作过程中，将电能转化为电磁波能量并向外辐射的程度。其计算公式为：天线效率 = 辐射功率 / 输入功率 * 100%。

其中，辐射功率一般用天线的总辐射功率（TRP）来表示，即天线在所有方向辐射的功率总和；输入功率是射频系统通过馈线馈入天线的功率，但需扣除反射损耗后，以实际进入天线结构的净有功功率（馈点接收功率 - 反射功率）进行计算。因此，公式可进一步修改为：天线效率 = TRP / (馈点接收功率 - 反射功率) * 100%。

从公式可以看出，高效率的天线能够将大部分能量从天线辐射出去或接收进来；低效率的天线则会将大量能量损耗在天线内，也可能因阻抗不匹配导致大量能量反射回去（反射功率过大）。

天线效率的损耗因素

在实际应用中，内置天线效率通常在 30% 到 60% 之间（低频段下限约 30%），这意味着约 40% 到 70% 的输入功率未被有效辐射。这些未被有效辐射的功率主要源于以下几个方面：

1. 反射损耗：虽然在计算天线效率时会从馈点输入功率中减去反射功率，但反射功率过大仍会影响天线性能。阻抗失配会导致反射功率增大，使净输入功率减少，进而降低辐射功率和总效率。因此，在电路与天线设计中，做好阻抗匹配至关重要，可将反射功率控制在较低水平，提升天线总辐射效率。关于阻抗匹配及其对驻波比、反射功率等的影响，可参考《[射频系统中的阻抗与传输线特征阻抗的概念解释]》。
2. 导体损耗：当电流流经金属导体时，由于导体存在电阻，会产生焦耳热，导致电流传导过程中产生损耗。在高频电流情况下，电流会出现趋肤效应，被挤压到导体表面很薄的一层，使有效导电截面积减少，电阻显著增加，从而降低实际能够从天线辐射出去的功率。为优化导体损耗，可从降低电阻的角度入手，如使用电导率更高的材料、降低天线表面粗糙度、增大导体截面积、避免直角走线等。
3. 介质损耗：介质损耗与射频产品的 PCB 以及塑料外壳等有关。在天线辐射的交变电场下，这些绝缘材料内部会发生分子极化，分子极化方向滞后于电场变化，分子摩擦消耗的能量会转换为热能，导致 PCB 板和塑料外壳局部发热。电磁波频率越高，介质损耗的影响越显著，损耗程度由材料的损耗角正切（tanδ）决定，tanδ 越大，介质损耗越高，辐射效率越低。为减少介质损耗，可选择在高频下低介质损耗（低 tanδ）的材料。此外，外置天线因突出于设备外壳，减少了与绝缘材料的接触面积，能大幅降低介质损耗，相同条件下其辐射效率比内置天线高 15 - 30%。

天线效率的优化策略

为提高天线效率，可针对上述损耗因素采取相应的优化措施：

1. 优化阻抗匹配：通过合理设计射频模块电路与天线，确保阻抗匹配，减少反射功率，提高净输入功率和辐射功率。
2. 降低导体损耗：选择高电导率材料、优化天线表面粗糙度和结构设计，减少电流传导过程中的损耗。
3. 减少介质损耗：选用低 tanδ 的材料制作 PCB 基板和外壳，或采用外置天线设计，降低介质损耗对天线效率的影响。

总之，深入理解天线效率的定义、损耗因素和优化策略，对于设计和优化高性能天线具有重要意义。在实际应用中，需综合考虑各种因素，采取有效的措施提高天线效率，以满足无线通信系统的需求。