无线传输距离和发射功率以及频率的关系教学文稿

无线传输距离和发射功率以及频率的关系

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/R

dBmV=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 是传播损耗，单位为dB，d是距离，单位是Km，f是工作频率，单位是MHz

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-105dBm

Los = 115dB（10dBm-Los=-105dBm =>Los=115dB）

2. 由Los、f

计算得出d =30公里

（Solve[ 115==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x]

{{x30.945}}）

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

（Solve[90==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x]

{{x 1.74016}}）

结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍

无线传输距离测算

很多时候，需要预估自己的无线究竟能传输多远距离，来粗略评估产品是否能够达到实用的水平。下面大致给出无线在自由空间传播距离的计算公式。自由空间指天线周围附近为无限大真空环境，是理想的环境。无线电波在传播中，

能量不会被其他物体吸收、反射、衍射。自由空间中无线通信距离与发射功率，接收灵敏度，工作频率有关。

自由空间无线电波传播的损耗为：

Loss=32.44+20lgd+20lgf

Loss—传播损耗，单位dB;d—距离，单位km;f—工作频率，单位MHz。

例如：工作频率在2.4GHz，发射功率为0dBm（1mw），接收灵敏度为-70dBm 的蓝牙系统在自由空间的传播距离：

通过发射功率0dBm，接收灵敏度为-70dBm，得到loss为70dB，再由公式计算d=31.6m，在理想环境下传输距离是约31.6m，不过实际上由于大气和系统周围的物体对无线电波的吸收，反射，衍射以及干扰等造成一些损耗，从而实际距离会低于这个值。如果环境造成的损耗为10dB的话，那么距离只有10m。因此做蓝牙系统，如果仅仅达到标准的话，是很难达到10m的。

如何来增加无线通信距离呢？

在固定的频率条件下，影响通信距离的因素有：发射功率、接收灵敏度、传播损耗、天线增益等。对于系统设计者，周围环境对电波的吸收，多径干扰，传播损耗等是无法改变，但是可以优化发射功率、接收灵敏度和天线等。一般设计者在增加传输距离的时候，往往会首先想到增加发射功率和接收灵敏度，但是增加发射功率会导致如下问题：

1.增加功耗；

2.增加系统复杂性和成本；

3.可能导致发射器饱和失真，产生谐波，降低信噪比。

因此有时提高发射功率并不能提升距离，反倒出现距离变近，性能变差的现象；增加接受灵敏度也会造成系统复杂性和成本上升，不过在优化系统在RFreceiver路径上的插入损耗和match来提升接收灵敏度也是一个不错的办法。不过在不改变系统本身来改善天线也是一个很好的方法，可以选用高增益的天线，可以明显的增加传输距离。