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无线传输距离和发射功率以及频率的关系
& Z1 h* i, l5 k( \3 j
6 y4 i/ U# E7 q! a$ q功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV)% c8 M& M' K6 w3 p; [" L
dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值& V s& p: u) Z" v; y. J+ X0 u" Z
dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值
) ^' s; z. z# z- ]dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值# c: N; e! U# Q' c! u4 I' {
换算关系:
7 C; ?, J V3 s! a. _( z; z% mPout=Vout×Vout/R
5 T9 K* a' n. h: \6 \5 SdBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗
6 T% L* u, T+ F6 mdBuV=60+dBmV
1 A F3 L3 `8 C h/ o& c应用举例3 k: c8 h! b+ B7 R! g
无线通信距离的计算
, L) _* X3 M9 [3 o" ?9 n( V 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。* C& ~9 ^1 U0 @! w
通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。
8 g3 [# r h$ r& a [Lfs](dB)=32.44+20 lgd(km)+20 lgf(MHz)
5 U/ A5 ?8 g" H! L# e 式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。
4 y O( G5 v8 G& y! 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." N( ~2 |3 O* l3 ^9 I( Q. H9 F* O0 I
4 G2 @/ K" J5 c( s" n
下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗) j5 b& G( }/ R- A0 G
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
; H. M. K0 u2 D9 TLos=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))
# \ `, ?7 k) |3 I5 H3 e=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)- c7 L5 W& t# V3 Q
=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+60
& B& x6 h+ f" p9 z7 o# Q=32.45+20Lgf+20Lgd,
& v- |- r# u i0 ~, Sd 单位为km,f 单位为MHz
5 n& ?- b! k* C Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB
# X: l3 Y! \" l8 O d是距离,单位是Km5 p* A# |, u0 T# r
f是工作频率,单位是MHz
: n& E9 w8 b- `+ u, G( j6 v8 w/ c9 m
! e R( E( [$ Y5 |8 ?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。
/ E9 p7 s1 P2 K' j2 W$ u) r3 ^8 W9 o7 e1 R
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:' s7 P8 N r& M- N6 J; m
1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm
_; @) ~2 U8 C' Y# r" W Los = 115dB8 d. x8 t/ w4 P# V6 `
2. 由Los、f
7 I7 r5 j8 [/ J" { 计算得出d =30公里$ W6 c3 w" _7 R9 U8 ?4 Z9 o
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。
6 d5 ]# [: }6 u O. O" k. P1 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:
4 ^2 Z- r1 z0 q# _* W d =1.7公里2 ]7 q" t% O! R+ O
结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍% V3 y* f6 \2 y1 M% l: r
N! S# L+ B1 x0 M: ]" l4 E0 i
: _0 V/ c9 F& h1 Z+ ]* m4 K. B& edBm, dBi, dBd, dB, dBc释义+ P6 n4 g% y2 k7 W* r$ c
% l8 e& t y- S$ f
dBm
; P' j* g( X) p, {& sdBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。2 s& l4 y- R0 D+ h; Z! U" U
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
, }! q4 N! e1 _[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:8 K% F9 p5 K$ K# s7 D& i6 l
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。/ l2 V/ h- q$ A8 e+ a9 B
; C3 @& f" y9 t' c; q
dBi 和dBd
( Q6 J' A; q8 WdBi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。5 Z/ a0 |; d* Y0 J0 Z" S
[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)。& U* ~1 Y# P5 B0 b; ^/ f, b4 r
[例4] 0dBd=2.15dBi。$ D3 ]; K7 _5 w/ f) l; ~
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。) j3 e. |! n6 T% y& k
9 J4 w0 [* B# D
dB' |; E$ ~! ]: z/ N+ d( V$ M/ `! B5 N7 ~
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)
) ~4 w/ t2 @- d- Y' e- d& B[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。
, Z7 Y- o/ U/ x* ]& F+ G: D[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
' h" B( @ y* ~- j N7 B[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。
* ~5 W: u5 e- Z1 i1 h[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。. l; [- L4 A" ~+ ~
- I' O2 }2 P. u' KdBc
6 T9 R l% {! f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。 . J% n3 a, x# n: r' A( @
经验算法:
) T. L- N: ~- w+ I7 T' n有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10
- d% ~9 l+ I+ T- l* ~3 {' ?所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W) E. E' y+ v& P+ z7 \
故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W
5 L9 ?' g T; P# r' `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。3 {1 a- y. g! B- ]) u
所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。
" L1 o D% W- E6 V8 q- n( V' b
9 ]* ?1 Q0 S. }4 T$ C6 _
' h+ ~7 O% L- C- X* o4 e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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