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无线传输距离和发射功率以及频率的关系
8 o5 U0 B$ c }; ^$ G2 v2 C3 q) a) C' V) I& v2 y. W f( P; q
功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV). J I4 }) _- t4 s9 O. z0 W% v: O
dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值5 Q7 C. q+ O- y8 Y
dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值
+ W) K' ^! g$ \* v7 o6 j/ I7 HdBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值
2 ]1 l' G7 F& t; M换算关系:
9 t3 r1 Y/ R) S4 D' L# i1 v/ PPout=Vout×Vout/R7 G) _) u, W h8 f
dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗! }) U+ L6 A* a% {
dBuV=60+dBmV3 V- U/ m! i6 F4 A6 d9 }) o
应用举例- P/ g" \2 k3 l4 s4 U+ c+ k' O
无线通信距离的计算
8 v8 E _- d$ |# p3 K" {( N1 @ 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。
: c5 C; r2 k& G+ V; p 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。2 x7 n7 f4 d# z" d3 i
[Lfs](dB)=32.44+20 lgd(km)+20 lgf(MHz)- v/ P. J H" b4 l8 _. m2 p4 R% A
式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。
' V- \7 I) h' l7 u1 a( T) 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.
9 b$ `6 G" u0 s0 g% N% M8 S. g9 K, H+ N
下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗
0 S( h$ Q% o" U: x+ B1 U- |2 N; YLos = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
8 D$ T& E* N% m1 uLos=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))5 H# Y0 k" b7 s" Z0 G
=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)
3 z# R, N- l, m" E i" X/ X, m=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+60
! F+ f- J Z |=32.45+20Lgf+20Lgd,
+ b& y, h" d9 J) l" @2 zd 单位为km,f 单位为MHz
" x. b- b6 n, N$ | Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB
2 t+ U1 \) `9 |" S$ H/ e- M d是距离,单位是Km
4 L6 P$ l) u1 W1 z3 t" Y f是工作频率,单位是MHz
1 W8 W# D7 i3 o, q" f+ r/ m6 k/ W5 c6 Q
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。. b; ~) F n2 ?2 A
& {9 S7 }' Z% m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; o# K0 r6 Q7 F
1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm
6 {- @8 Y' D2 N8 [$ g1 p Los = 115dB& ^/ X: k6 }! A; m
2. 由Los、f/ y8 |. |& ~2 a# k0 m5 |2 v' I
计算得出d =30公里
8 {" w0 {2 A1 t( {# T 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。) j1 U0 K6 {& R( D; ]
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:
- X2 l X4 M) c7 V" O) \3 h d =1.7公里* Z2 _* t9 b2 L8 V
结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍. R4 \7 q3 A, |8 H" ~
% d2 P7 q1 ~* o
4 C/ s. P y; I1 ^dBm, dBi, dBd, dB, dBc释义
- X- c% q: d% L# _, v6 d; n1 }. P w& t# A
dBm4 _8 K8 j% g; }% e2 a5 q9 f
dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。
' V8 e: v$ F4 n4 s" W[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。- E% K9 {* Z# w9 T4 T1 w- M5 h
[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:0 a1 N$ e5 n: X( U0 _( }$ J
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。
. [' b+ G8 `. f* S& F" D+ O% Q) ]: ~; [, d
dBi 和dBd
- v/ S8 \- T0 F5 i8 [5 qdBi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 }, X( G2 V4 T K2 K& Y3 N5 R4 c/ h
[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)。1 c9 n3 x' s9 U
[例4] 0dBd=2.15dBi。' p. M. |4 o. W) L) H# x7 r
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。/ \. z1 L- Y& k$ y g; g1 Z
( m q0 s+ _7 e" W5 T
dB
^( H$ m! {# k/ C5 t! G; j6 adB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)
5 ~3 L3 D" l8 h, N3 r[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。" R, ~/ A a8 O0 Q$ [
[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
( b8 C, \6 @! Y1 D[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。! U. c& v4 V. \) `
[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。% l" u- \: `0 o- x1 ^. ^; c# N
/ T# h, K9 u F
dBc
$ `) ^- I# v f! o$ _/ A' X; G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。
W- { c6 r: i: z, }5 A经验算法:- D3 M' p K# M0 }. U6 q t8 U. c. N
有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10" O+ f, w, s2 H# C
所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W" o q" Q9 r: A3 k
故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W
' |5 W5 q7 m1 m) }+ k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。
' v( }, o5 D' h/ ~% H: |2 k所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。
/ @ J2 u- Q# E! _0 k# r1 p3 g& P Z0 ^/ B$ k9 w
. Q1 p5 X T/ f6 N$ C
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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