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无线传输距离和发射功率以及频率的关系 U; |- u- V: \9 \2 W3 B, ^2 q
$ E5 E0 m' B: }: s7 t1 ~2 w, s2 v+ Q功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV). Q* L& f1 _5 Q! ?- z; z- R
dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值3 ~+ O H& _. T0 U" N1 U
dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值% ^. n/ ^ A1 {5 J( a* Y' x' O
dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值$ a Y3 ]9 U7 H7 t# C3 u' O# `) J
换算关系:( v0 p! @9 {+ {4 k D# [
Pout=Vout×Vout/R" L9 h" N+ ?; C1 F4 e- D
dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗% U* N7 I; z4 x5 J/ c
dBuV=60+dBmV, e' g1 Z( \# @3 i( l T
应用举例
" D7 }! A" N' a1 O! o0 P无线通信距离的计算
1 h* o: |1 v' V9 f! O% E 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。
: P" O" ]# G4 J m 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。
+ u! U, |' t9 s* f" T [Lfs](dB)=32.44+20 lgd(km)+20 lgf(MHz)
7 x y2 E6 @7 o6 \ 式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。
% g4 U) D* m9 Y8 r. H 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.+ D' m. J3 A8 M: x: F: d6 [ Q
$ O$ s) {- @( p2 s. D) a7 @
下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗) N$ }" d; x- j7 b% t
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)& |3 D; r2 ?4 S9 w( S
Los=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))0 H" ], [# E8 z1 G9 r0 N; P
=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)0 q5 ?: i" S9 g. M
=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+607 l3 y4 e& m4 x4 W! u( P" S% W
=32.45+20Lgf+20Lgd,
1 t( M0 j$ J. b6 t/ C* L6 v; x( Ld 单位为km,f 单位为MHz
' V0 g% u! m. s, g+ A8 u Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB
( u- p8 ~; o' r d是距离,单位是Km
" ~" z& F- i# \ f是工作频率,单位是MHz
2 }* E* w T9 \% u& @9 l$ E1 d8 a
4 _! m- S, o; I% n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。6 J @5 V0 Z, Q! ^& a
8 y, ^/ N+ E# v. W* v0 Q8 G% `
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:
% T4 m8 H* Q8 r! C3 B: N4 @9 q5 ~ 1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm2 e6 o4 F3 |7 F1 D
Los = 115dB
+ W" i( m, u: Y 2. 由Los、f
8 d2 B3 T7 {8 [! ?* i 计算得出d =30公里
$ k# C2 c% F- [6 G- g- L 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。( r [' X! J) ~; J) k0 C% @
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:
& C5 m( T: l6 N: I2 }5 U+ l d =1.7公里) q h: J( b0 K& s) b, a, z
结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍
$ A. n2 t! e5 B: d* B. G9 q- _! D( Z& |: q: K Z v- f5 r( L
5 |6 o# { b) _$ tdBm, dBi, dBd, dB, dBc释义
* N: C! J/ m& G/ d$ V5 D4 j! `2 r' b) J6 W, ?1 O% p
dBm
' a2 w2 G0 B( F$ MdBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。* M% V9 n4 _, I: @$ u& Z
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。) o2 w7 [* N1 f T y+ l
[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:3 k7 e3 K; y, b B% H: j# N/ U/ {
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。
5 W n) o. P3 o/ [/ V+ ~
4 T* i: D. ^" V2 r# NdBi 和dBd1 y% ~0 {+ U' t" q6 ]( S
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。0 b4 j/ R" u9 g; g, ?! k5 W
[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)。
* T2 j; a. l" O* {7 Y" G[例4] 0dBd=2.15dBi。5 s, F4 }) H1 t. V6 @% d
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。
, |# a' N( P6 z& E, j: ?5 m: |
& M6 o2 C7 O. i: adB
# ]8 \" }5 |9 H, G2 G, f' odB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)# B2 h" ^' n) j4 n( @. S" U9 ^* a
[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。
9 i) F' p# @- }$ {- n0 _[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
! N9 v8 j2 f# t" W, p) q[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。4 V4 w9 |, x @/ y6 _: |' K$ Z
[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。
7 V9 _8 j# \. q2 ]
" @6 l, T7 `9 QdBc, _- w, P) l5 z
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。
* \; i0 c9 z: B A经验算法:
& j/ Q$ Q M- ]. b7 `& w有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10# p" A3 z3 \- f! K7 U |) N6 p
所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W) B2 B [5 R2 o" p
故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W; K L, h' R/ D, |% [% S/ s
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。0 O. u& P- L: R* e4 J" k2 |, Z# o4 b: b
所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。
3 x' N' i! A/ ]3 r6 K% {! K$ i% l7 s- R) h7 _/ m
$ ?' @: P7 N( g0 w$ p" m# s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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