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无线传输距离和发射功率以及频率的关系6 b: u5 Y y+ y3 V
! g$ |$ _0 J# a# U功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV)% V: N) `" B2 @! y: D; Z2 M( a
dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值$ R# A' q! Q0 Y3 M8 d! T$ ~8 B% s
dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值
1 q) r) Q3 w0 d# w: t/ ?dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值
1 V* I( W2 o2 f+ f. V7 y! X换算关系:
% P8 }9 `. o8 q% |Pout=Vout×Vout/R
" F n! v' p: s- xdBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗
- m0 s( O5 `/ W) \7 _dBuV=60+dBmV
& u. P- J# v u6 t; Q# [应用举例0 o% _ _6 U1 a+ I" s4 J
无线通信距离的计算
# v" D, a: _0 T5 Y2 A* H/ J 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。) Y4 [, m2 j# f
通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。
7 _& M! q a7 z+ z2 Q" q) q$ Q [Lfs](dB)=32.44+20 lgd(km)+20 lgf(MHz). ]7 \8 @8 a" T0 e! ?0 o
式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。1 I4 J5 a5 V; A) I7 ^9 w- Q7 M
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.
6 \ s; o. ~3 \/ s+ T% c/ g# t) w
# {# Z1 r4 P& b |下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗3 W& v0 Y" K' \# w
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
+ [ g" K" ?" g, z" k) K! BLos=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))2 ], u! M3 e: `5 L7 C
=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)
! I. }$ P1 W! U6 `3 S Q=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+608 l$ d, c- R1 W) d% M4 G5 F
=32.45+20Lgf+20Lgd, ) i4 ^' J$ r4 |! R0 H: A7 _5 W) {3 |# t
d 单位为km,f 单位为MHz
, ]7 @+ |% v$ i2 T$ f2 h g. S Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB
, K. m$ y6 M' i3 Y0 E7 @ d是距离,单位是Km
' G0 ~7 [3 c( H0 \3 @ f是工作频率,单位是MHz4 [& h/ W5 _$ v2 Z; o
' J" T% z) Z$ ?# o n& H) b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。' K2 G* |6 Z: t- v: t. r, _
, g8 f3 d" G% ^* u
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:; D: P/ A, A2 o8 @ G
1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm
' c+ h2 S( W! U, ~ Los = 115dB# K; t5 ]" i2 _6 C' T9 |
2. 由Los、f9 j$ X5 P+ Q0 O' Z; I* e% N' M0 [
计算得出d =30公里
( Q" B. Y; `/ B! o' W 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。0 O* j U8 p3 F W* U: j
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:
7 W" y5 _; ?/ b9 k( c- W9 Y d =1.7公里
6 o: p/ @" f, v% Q }* R 结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍
# s; d) c' h& O+ f! o9 U6 E9 `4 m/ r0 ]: l
5 H7 Z K* R, bdBm, dBi, dBd, dB, dBc释义* `( x6 C1 i* I7 j8 T
/ y' T3 {2 Y- z: S' Z2 g6 ?- n
dBm8 K+ ~8 j! @8 G' }* B( F' d
dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。
( G; I' Z) d1 T$ d[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
2 z) X' Q+ {/ |3 @7 G6 j% j+ O[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:% `) x5 A' t, C1 q l9 `: m
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。7 I5 w: }# Z* C% [
& Z s$ M5 x q! n: wdBi 和dBd
9 z: y* m+ W4 ~8 `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。
3 X( ?2 R5 p N4 ?0 c[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)。! K; ]# U- M# H! G$ A; X% O
[例4] 0dBd=2.15dBi。; i# G/ U5 i, w! o
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。8 `6 I* o, ~6 q4 U) B V. F T
2 h; ?2 s( |1 Z) q! i2 g
dB# Y7 J% x' O1 A: n' |- w* p: m$ @* l9 s
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)- b! l5 p1 p$ V/ I4 S5 L# W
[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。
6 z( s" G& f; v) k[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
# I+ Z3 ~: ^6 C5 {/ Q8 P[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。0 z9 a. Q9 d7 R( D3 S; z
[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。' X+ X P/ M& ^ _
5 m, y% W$ C) m0 c
dBc
) v. [) `% J0 S) T' ^8 T% [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。
/ D/ A" `$ N) f/ ~) _经验算法:
r5 P+ H% h, @. U有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘100 ^/ x* V6 s( S7 v1 L' Z
所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W2 G' u# G1 q& ~) a$ x
故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W: V" Y$ X% G8 |+ Y
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。. y U2 x2 g4 m! U, \. g& }0 {* b
所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。
/ F! B ]! L- i
( }5 ~7 M; P! x }4 m7 Y' Y
& \* J% Q) O& V) Z2 k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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