无线传输距离和发射功率以及频率的关系功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV)dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值 dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值 dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值 换算关系:Pout = Vout >Vout/RdBmV=10log(R/0.001)+dBm , R 为负载阻抗 dBuV=60+dBmV应用举例无线通信距离的计算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通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关[Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以 MHz计算由上式可见,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.下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)Los=20Lg(4 n/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))=20Lg(4 n/3x10A8)+20Lg(f(MHz)x10A6)+20Lg(d(km)x10A3)=20Lg(4 n/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+60=32.45+20Lgf+20Lgd, d 单位为 km,f 单位为MHzLos是传播损耗,单位为dB,一般车内损耗为8-10dB,馈线损耗8dBd是距离,单位是Kmf是工作频率,单位是MHz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。
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:1.由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBmLos =115dB2.由 Los、f计算得出d =30公里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:d =1.7公里结论:无线传输损耗每增加6dB,传送距离减小一倍在遥控钥匙门禁(RKE)系统中,可以用钥匙扣上的发射器从远端开锁,发 射器将无线编码发送到汽车内的接收机遥控钥匙门禁(RKE)系统通常工作在 ISM频段,包括315MHz和433.92MHz随着远程启动和带校验的 RKE的出 现,设计者希望延长这些短程设备的有效收发距离 影响有效收发距离的关键因素是无线信号的路径损耗该应用笔记描述了无线信号的“地面反射”对路径损耗 的影响,给出了路径损耗的近似式,并给出了在空旷停车场内路径损耗的曲线 另外,本文还给出了多路径信号和阻塞影响的估算。
在RKE系统中,汽车驾驶员利用钥匙扣上的发射器向车内接收机发送无线 编码信号,打开车锁接收机对接收到的信号进行解码, 并控制执行装置打开车 门RKE系统的一个重要指标是它的有效收发距离该距离由链路预算决定, 关键因素是钥匙扣上发射器的发射功率、接收器的灵敏度和路径损耗本应用只 讨论路径损耗,阐述了发射器与接收器的距离、发射信号频率以及发射器与接收 器之间的相对高度对路径损耗的影响地面反射中的路径损耗在一个空旷的停车场环境中,几米以上距离的路径损耗与距离的 4次方成正 比,在自由空间传输中它与距离的平方成正比 实际上,对于增益为1的小天线 而言,路径损耗与频率无关,可由一个简单的式表示:其中,R是发射器和接收器之间的水平距离,h 1是发射器的高度,h2是 接收器的高度这个简单的用于表示路径损耗的公式式是根据“地面反射”原理得 出的在靠近地面的任何位置,无线信号传输都会在发射器和接收器之间选择一 条直接路径和一条地面反射路径, 如图1所示地面反射类似于镜面反射对于 常规地形,地面反射会使信号产生180相移,而且比直接路径传输更远的距离 两条路径信号在接收端重新组合,如果不考虑路径长度的影响,这两路信号可以 完全抵消。
直接路径和地面反射路径的传输距离由式 2和式3表示:由于R、R1、R2 >> h1、h2,上述表达式可近似为式 4和式5:两者距离之差由式6表示:地面反射是多径传输的一个简单例子: 无线电波在传播过程中,遇到不同的 表面反射,形成幅值和延迟均不同的多径信号到达接收机若在自由空间只有一 条传输路径,接收器收到的信号功率由式 7表示:其中,P R是接收功率、P T是发射功率、G T是发射机天线增益、G R是 接收天线增益、是波长在地面传输时,传输信号会选择两条路径:直接路径和地面反射路径有许 多种方法可以模拟这种传输,且大多数都可以作为学术论文的内容 我们采取这 样一种合理且直观的方法来模拟第二种路径所产生的影响:假定一半的发射功率 进入直接路径传输,而另一半进入地面反射路径结果会有两路具有微小相位差 异的电压信号在接收天线端相减(反射会产生 180°的相位翻转)式8 是两路电压信号组合后的复数表达式:实际上,在大多数地面平坦的条件下,两路电压信号 V 1和V2的幅值相 等我们可以把V看成是一个“电压”,等于接收功率的1/2次方(这种情况下, 是V/,如式9所示:接收功率刚好是式8电压幅值的平方。
将式9中的V代入该式,整理并转化为三角函数,可得到精确的路径损耗 式为:如果我们将式6中的近似表达式代入式11,并将近似为x,就可得到如下 简化表达式:对于具有宽角度覆盖范围的小天线来说,其天线增益近似为 1将式12表示为PR/PT的比值,并设置G T =G R =1,所得到的近似表达式既为式1图2 和图3是天线增益为1时,在315MHz和434MHz下路径损耗的曲线图包括 式7表示的自由空间路径损耗、式11给出的精确路径损耗和式12给出的近似 路径损耗由图可以看出:在距离非常近时,确切的路径损耗会随信号频率不同 而发生变化从这两幅图我们可以发现,对于图1所示的典型遥控钥匙信号传输路径,在距离10米远处的路径损耗近似等于自由空间的路径损耗这是因为在300MHz至400MHz,直接路径传输信号和通过地面反射的信号在距离上相差四 分之一波长,产生90和176的相位差这意味着两路信号叠加后既不增强也 不抵消而在大于10米处,路径损耗以R -4变化,这说明在中等或较远距离 时,式1是计算路径损耗的一个非常有用、快捷的方法实际上,在发射和接收 高度相等且均为h时,路径损耗(单位:dB)可以简化为:由该式可知,当发射和接收高度均为1米时,1千米远处的路径损耗为123dB。
路径损耗计算的使用技巧将发射功率一分为二,一半进入直接路径传输,一半进入地面反射路径传输 的传播模型并不精确这也是根据该模型建立的式 12和式13表达式有时会出 现2次方因子但是,重要的是该应用笔记给出的表达式非常近似地估计了可以 达到的最远距离并描述了高度和距离对路径损耗的影响 自由空间损耗模型可 用于传输距离在10米以内的情况,因为在相距10米以内时,地面反射会使信 号传输发生巨大的变化而在距离大于 10米且无障碍的环境中,可以采用的规 律近似估算 任何散射体的存在都会影响任意距离处的路径损耗任何障碍物(如停车场的其他汽车、灯柱、低矮的建筑物等)都会造成更多的反射路径,并 使无线电波发生绕射,在混凝土建筑物中还会进一步削弱信号 这说明在实际情 况中,以R 4变化的损耗模型比自由空间的损耗模型更准确实际使用时,考 虑到不同表面造成的瞬时衰落,估计路径损耗较好的方法是从式1计算出的空旷 停车场的路径损耗中减去20dB如果钥匙扣发射器在一个建筑物内发送信号(比 如一个远程启动装置),则要从式 1计算出的路径损耗中减去30dB到40dB 总之,要想得到最远收发距离,最可靠的方法就是进行实际测试。
上述近似法只 是一种参考,或者说是在测量开始之前进行的一个“可靠检验”dBm, dBi, dBd, dB, dBc 释义dBmdBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为: i°igP (功率值/imw)[例1]如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为OdBm[例2]对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:10lg ( 40W/1mw)=10lg ( 40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm dBi 和 dBd但参考dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),两者都是一个相对值,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[例3]对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为 迴时,则为 18.15迴(一般忽略小数位,为 18dBi )[例 4] 0dBd=2.15dBi[例5] GSM900天线增益可以为13dBd( 15dB_),GSM1800天线增益可 以为 15dBd ( 17dBi)dBdB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)[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[例7] 7/8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB[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[例9]如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dBdBc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_替代经验算法:有个简便公式:Odbm=O.OO1w 左边加10=右边乘10所以 0+10DBM=0.001*10W 即 10DBM=0.01W故得 20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W还有左边加3=右边乘2,女口 40+3DBM=10*2W,即43DBM=20W,这些是 经验公式,蛮好用的所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw 。
波特率波特率是每秒钟传送的信息位的数量它是所传送代码的最短码元占有 时间的倒数例如一个代码的最短时间码元宽度为 20毫秒,则其波特率就是每 秒50波特20毫秒=0.02秒波特率1/0.02=50波特在信息传输通道中,携带数据信息的信号单元叫码元,每秒钟通过信道传输 的码元数称为码元传输速率,简称波特率波特率是传输通道频宽的指标每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率, 简称比特率比特率表示有 效数据的传输速率。