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无线传输距离和发射功率以及频率的关系
4 O/ `- L. |3 ~4 x% x, |
+ d" F. e0 z( m0 I# P5 j$ r功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV)
, J/ Y4 H3 N4 v Z4 |& jdBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值
8 { o* s) J2 P/ \; Y0 l2 C" ?dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值) A2 X* N2 I& z# B6 @, b: K
dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值2 X' q2 @9 q! b! L" t( ?
换算关系:
2 @9 ^# {) f" |5 m1 D% A% W( APout=Vout×Vout/R) B( K& m+ S6 Z: D, o* h6 j3 c
dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗
7 q" l, a4 Z" V: j% [dBuV=60+dBmV, ?5 x* s7 |( w
应用举例
* C( u1 J' `5 u5 F n无线通信距离的计算
/ T' q& A t7 D2 {7 x 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。
1 d G* |/ b+ R' g) }* r 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。, [' b6 k- s* y2 e! W. x. ~! s. f
[Lfs](dB)=32.44+20 lgd(km)+20 lgf(MHz)" y) |/ C: [) l* h
式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。
. Z6 }: {1 U# o! n 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.! f/ z+ C# B8 t0 z6 O3 W# G+ P
2 Z; @3 i% m* A* o下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗
3 E0 E* I& j6 mLos = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
( C) |& ] M( M& }+ O" eLos=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))' _, q! P: f0 E
=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x10^6)+20Lg(d(km)x10^3)
) E# B$ Q$ _5 d+ L) Y$ Y2 N=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+60" q1 L2 ^4 k' z9 C/ o) k& U
=32.45+20Lgf+20Lgd, 4 f; H' D$ s8 q! }+ T
d 单位为km,f 单位为MHz
, B' Z* N5 a, x/ \; K Los 是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dB# T% i9 j1 _3 s# H
d是距离,单位是Km
2 h) ^) x$ z$ Z9 L4 ^2 t+ F7 _ f是工作频率,单位是MHz
4 c9 w8 h# s- e: c. D/ y& q5 O3 e ~ g6 J) y G8 E" X1 ^
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。
' S$ y; c5 V+ W$ X* y+ d* Q' _0 `
+ [( K, K+ K. ]& g- d4 \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:
9 C) w% D0 d& U 1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm
- \( r) {) X# n* C- n" m Los = 115dB
4 t% F% A# o5 O" Y& a M/ E4 j" Q 2. 由Los、f- e; _( F. Z, w; W! y C5 t; ^2 e$ @6 a
计算得出d =30公里
$ b- b5 Z% f/ `/ k( i 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。
% ]" N0 V$ U% w& I! L* i X 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 ~6 P# E- B5 W, b" M& Q* B: j; T d =1.7公里
! L& P+ S9 u8 y 结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍
. M' B, n: ~+ C1 t. U) f1 }: K6 F( c, v: Q
# Q( l( q \9 C; n. qdBm, dBi, dBd, dB, dBc释义
+ B( u$ ^# F' D+ M/ Z
/ S8 ^; ~3 Y t1 d- E! tdBm; b) j+ j# s/ g" F
dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。% N) C( K$ u* }" a: _
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
0 P& X2 ] m/ ^5 S1 a i3 K+ Q2 G[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:1 t4 W: U4 |' C: D$ M9 J
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。
, b+ C9 K0 C* r) s9 M1 d# X: V* z( d+ n, ~
dBi 和dBd* @ B- B# q( W" T' L0 a4 a
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。. p6 c4 F* p r& t4 }; G5 ^
[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)。: R" i+ H. S' A5 u4 S% ^9 _
[例4] 0dBd=2.15dBi。$ U+ a U/ Z! W% \6 _2 G
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。5 I" }9 D% \4 v6 x% S& ^
' I! f. ^1 ?" o$ udB
- W. ~; Q+ k8 Q1 J% udB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)
0 g& k2 I0 Q3 x# E* y( H[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。
7 \2 d* Q$ D# t/ ?[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。1 Z8 g# q. L: D) d3 y0 n+ T
[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。
2 ~1 g+ D- u% x6 Q1 ^3 L[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。) u8 G G2 R& X9 V# ^1 r
3 [/ @3 g( f( P% D: X8 d1 IdBc
. g5 V' s1 }! h8 U, Q" @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。 5 ?* N/ B$ {, B. E( b, a6 e" U5 l. }
经验算法:
: j) |8 y- b1 t( C& n$ v0 Q! n9 W有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10
q$ D( ?, ], t6 M! `3 r所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W
7 e# e1 E1 V6 _$ x/ g! k$ ^' |故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W% d7 y0 j, P0 h
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。
* r$ n7 N4 Q$ b! \所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。3 j$ `2 |/ |' t0 U6 Z {0 V$ B; s+ v
1 R; a7 ]: [! r/ z" K8 }% D X
+ X0 {+ A% I' F a& [* @/ v
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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