基础电子中的无线距离预测中需注意的一些因素
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2020-10-21
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基础电子中的无线距离预测中需注意的一些因素基础电子中的无线距离预测中需注意的一些因素
设计短距离无线系统的人一定都知道Friis公式与路径预测帮助很大： Pr是天线接收到的信号功率；Pt是发
射功率；Gt和Gr分别是发射天线增益和接收天线增益--单位为功率比而非dB,来自各向同性辐射；λ是信号波长，
单位为米；d是发射机与接收机之间的距离，单位也是米。 你可以转换公式以预测距离d: Friis公式在进
行性能预测时非常好用，特别适用于超出视距（LOS）的UHF和微波频率。公式需要两端的天线采用相同的极
化方式。尽管它不是所有应用都合适，但依然非常实用。 Friis公式也为无线传输的一些关键元素提供了实
用的见解。例如：波长很重要，波长越长或频率越低，距离就
设计短距离无线系统的人一定都知道Friis公式与路径预测帮助很大：
Pr是天线接收到的信号功率；Pt是发射功率；Gt和Gr分别是发射天线增益和接收天线增益--单位为功率比而非dB,来自各
向同性辐射；λ是信号波长，单位为米；d是发射机与接收机之间的距离，单位也是米。
你可以转换公式以预测距离d:
Friis公式在进行性能预测时非常好用，特别适用于超出视距（LOS）的UHF和微波频率。公式需要两端的天线采用相同的
极化方式。尽管它不是所有应用都合适，但依然非常实用。
Friis公式也为无线传输的一些关键元素提供了实用的见解。例如：波长很重要，波长越长或频率越低，距离就越长（λ =
300/fMHz）。这意味着在相同的功率水平下，采用900MHz无线连接比2.4GHz或5GHz连接传输距离更远。Friis公式也指明了
定向天线的重要性。增益天线是一种相对简单的办法，可以在不增加传输功率与功耗的前提下增加距离与连接可靠性。
其它方面的因素也会影响对传输距离和性能的预测，其中有一个重要的因素是接收机灵敏度。接收机灵敏度通常根据接收
机电路的最小触发功率计算，单位是损失多少dBm.典型的芯片无线接收机的灵敏度范围是-80到-110 dBm,数字越大，灵敏度
越高。不过要注意灵敏度范围须在特定的数据率条件下测定，较低的数据率意味着更低的误码率（bit error ratio,BER）和更高
的接收灵敏度。因此，为了提升路径和传输距离的可靠性，在应用中应该尽可能使用最低的有效数据率。
另一个实用的公式是路径损耗（path loss）。
公式中的f单位为MHz,d单位为英里。米除以0.000621可换算为英里。
在做路径损耗预测的时候，你可以算出链路预算，单位是db/dBm.
接收天线接收到的功率为：
Pt+Gt+Gr–路径损耗–裕量
得出的数字应当比接收灵敏度更大，若非如此，就应该先考虑天线增益，因为增加天线以增强发射功率的方法通常更难且
更贵。
保守地说，你也可以把裕量包含进去，裕量考虑了电器和环境因素对信号强度的影响。如果范围在5-15dB就还不错，也
能保证链路中有可靠的裕量。
还有其它因素需要考虑：这种频率下传输线损耗可能很惊人。同轴电缆可以正常传输 UHF 或微波信号，但信号衰减很致
命，几英尺的距离就可能带来相当程度的信号衰减量。因此使用线缆的长度也是一个因素。
要记住，上述公式基于视距路径。如果应用要求穿墙、树或其他障碍物，以上公式则不准确。你可以为上述公式增加路径
损耗数据作为补充，但数字范围可能较大（10-30dB）。
最后一点，所有这些预测因素都不包括噪声。如果发射功率可以保持较高水平、路径损耗保持较低、接受灵敏度较高，通
常能克服任何无线系统内的噪声。
这些公式都非常有用，我之前在不同的无线应用里用到了无数次。或许它们也能帮到你。
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