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无线传输距离和发射功率以及频率的关系
3 N' P" D2 N* b: E
9 p# b: i1 c) L8 _! E7 i# H/ u1 H, M功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV), s x2 z4 f5 Y/ X! U
dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值# U ~4 B3 H1 s
dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值7 ]& }. I% K/ F
dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值
' \6 s+ \( W. R+ }- Y4 N) e换算关系:
6 d! U( z# d+ a* }. L2 G/ K, XPout=Vout×Vout/R9 t S' ?9 [, U* g9 o6 F
dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗( z# ~5 E& s; x* @* M+ A" c
dBuV=60+dBmV0 _$ ]' B! w3 w5 a! X' k
应用举例7 Q' P7 `+ O8 w! W7 t
无线通信距离的计算
5 t5 E7 ^; X- P/ f" A( z 这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法,所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。
9 y$ Z7 J) p! y1 j4 N3 e; \ 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。
2 K" |. x' J$ s1 t' Q& `( l [Lfs](dB)=32.44+20 lgd(km)+20 lgf(MHz)- K# u7 q: L+ G6 n0 D) H
式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。, X: {5 D$ v$ W9 K, J
由上式可见,自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关,当f或d增大一倍时,[Lfs]将分别增加6dB.5 \: x- c* a5 L+ D
. K/ R; q8 ^- d. U下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗5 U7 Y7 o. r" y. `: x6 p+ |* K
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)( e& M5 _* j6 S3 d4 _% k
Los=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))/ Q9 r. L+ I3 D$ O7 k( X
=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)$ P& w; v( f8 U# H' u
=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+60
' Q1 r: q# L, i4 l: z=32.45+20Lgf+20Lgd,
/ Q! D' Y1 F* K( `d 单位为km,f 单位为MHz
$ r1 Q& _- `, B1 ]) \- R Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB, b* q- B/ J. s" R: P
d是距离,单位是Km# V! k( C3 Z, a8 H
f是工作频率,单位是MHz
3 S8 Q9 f' e9 ~: U
7 f/ o5 S$ A& Y, f* i例:如果某路径的传播损耗是50dB,发射机的功率是10dB,那末接收机的接收信号电平是-40dB。
( D7 T. r) _6 O( F) M/ s3 S' F5 q& t1 {% y0 X5 _, Y
下面举例说明一个工作频率为433.92MHz,发射功率为+10dBm(10mW),接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离:
' x0 U! l6 I3 g" L7 `( u 1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm! }: c( L# N# H: o' M }6 y% d+ A
Los = 115dB" C+ x7 c% t. ?8 P( V; N
2. 由Los、f
' x( Q1 ?9 o3 W' w 计算得出d =30公里
# @8 f& ?% l+ W9 b5 ~ 这是理想状况下的传输距离,实际的应用中是会低于该值,这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响,如大气、阻挡物、多径等造成的损耗,将上述损耗的参考值计入上式中,即可计算出近似通信距离。
" W5 N5 U7 @) z7 r. U1 b/ ` 假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB,可以计算得出通信距离为:- L# d4 M) M: A1 F2 N
d =1.7公里) f( E3 `3 R% M3 `
结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍
0 r+ h' o" }$ x2 y
& a$ |, i' g5 \5 u! v' o 7 ?/ ^* s* E! q1 z
dBm, dBi, dBd, dB, dBc释义
2 z$ m5 M+ x; G
0 F2 w+ d1 R8 ?4 LdBm& ]. Y! f3 u2 P) [
dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。
* h7 F/ a" j8 J1 _[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。3 ]4 s3 C* y) @
[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:) j) v$ C- O9 W' C. g
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。6 P# N$ ?" q. s! X! u( _ c
% a3 @) g+ U% Z3 v* n" c
dBi 和dBd0 b, X2 }8 i& h$ h. o5 S' f
dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),两者都是一个相对值, 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,所以两者略有不同。一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。* L5 M9 o7 a4 o4 w$ B5 j
[例3] 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi(一般忽略小数位,为18dBi)。# D: T5 l7 p% ^: j8 [9 L3 |. }& R
[例4] 0dBd=2.15dBi。+ j& e& ?1 Q, g [
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。
, l" J0 |, ~1 {1 F! d1 Y
/ o& {7 P' u; N8 j& Q3 vdB2 P# A; ?/ J4 c! W2 J9 A$ {8 M
dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)
' \( J9 I6 [; z6 n2 n[例6] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。
1 Q) p5 ^. e/ w; L+ ^% J[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
& c- \8 z6 m) q7 M7 V9 k5 f[例8] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。
) r; Z# h+ M% K* w6 ~6 g; o% f[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。
$ S% k4 S4 `% u0 B/ }/ z6 M' a
7 A% O% y# s" b. D. GdBc7 }8 \" l. O. @; b' w
有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。 - ~: n j5 g+ f3 a. K
经验算法:0 o! t, E. Y/ F/ w0 E6 |, S
有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10
" h3 P% |. E; M _+ }- o所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W9 b! _. {- J: L0 E0 n! Z9 X: w! y7 Z
故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W! u0 x7 j0 l# r5 B# c/ u, v& w1 L
还有左边加3=右边乘2,如40+3DBM=10*2W,即43DBM=20W,这些是经验公式,蛮好用的。9 i& z2 o c2 o. o; M
所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。
, L( i! Y: ^1 Z/ e; i8 `& o4 q5 ~2 y, U; V9 H
( v W; s3 A; _# R" M" |
电离层的高度和电子密度随昼夜、季节、年份的不同而变化,故短波通信选用的工作频率也要相应地改变。白天电离层电子密度较大,可用较高的工作频度,夜间电离层电子密度较小,宜用较低的工作频度,一昼夜需数次改变工作频度,才能保障通信顺畅。特别在拂晓和黄昏时,电离层电子密度变化较大,更须及时改变频率,否则将导致通信中断。 |
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