无线电传输距离计算

无线电传输距离计算编写：校对：审核：标审：批准：石家庄硕讯科技有限公司QQ：537292061、概述略。2、任务来源略。3、设计方案3.1影响数传电台传输距离因素影响通信距离的主要因素有模块的功率、模块的灵敏度、模块的选择性、天线的高度、天线的类型、馈线的长度及线径、所在地区无线电干扰的频谱分布、高大建筑或金属物体与天线的相对位置、地形地貌等环境因素。3.1.1环境对距离的影响通常把传播环境按地形和地物加以分类。按地形分类可分为“准平滑地形”（地形起伏量不超过20米，变化缓慢、无突出阻挡物）和“不规则地形”（丘陵，独立山岳、倾斜地形）。因这次应用环境为“准平滑地形”，遮挡较少，地形对传输距离的影响可忽略不计。3.1.2天线的类型对距离的影响天线的增益对通信距离有很大的影响。一般来说天线的增益越大通信距离越远。下面列出了几种常用的天线的增益及适用范围。a)吸盘天线：价格适中、安装方便、增益适中，适合于安装在移动车辆上，或吸附在金属物体上。一般增益在2.6dB左右。b)中增益全向天线：增益为6.5dB，安装需有固定支架，适合远距离多点传输。c)高增益全向天线：增益为8.5dB，安装需有固定支架，适合远距离多点传输。d)定向天线：增益很高，为12dB，安装需有固定支架，适合远距离固定方向传输。这次地面站选用的通讯天线为中增益全向天线；移动站选用的全向天线为吸盘天线。3.1.3发射功率和天线高度对距离的影响天线的高度对通信距离也有很大的影响。一般来说天线的高度越高通信距离越远。将天线高度提高5米，比将功率提高1倍对增大距离的影响还大。3.1.4馈线对距离的影响馈线是连接模块与天线的重要设备。不同粗细、不同质量的馈线对通信距离会产生很大的影响。例如：50―3（阻抗50Ω,截面3）的馈线损耗为0.2dB/m、50―7（阻抗50Ω,截面7）的馈线损耗为0.1dB/m、50―9（阻抗50Ω,截面9）的馈线损耗为0.07dB/m。若使用50―7的馈线长度为30M，总的损耗将达到3dB若模块的功率为5W则通过馈线后到达天线的功率只有2.5W。同样，接收时信号电平也将有一半的损耗。因此应尽量使用芯径粗的馈线，并尽量使馈线长度短。这次地面站选用的通讯馈线选用50―7的馈线损耗为0.1dB/m的馈线；车载通讯馈线选用50―3的馈线。3.1.5载波频率对距离的影响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。Lo（db）=32.44+201gd(Km)+201gf(MHz)…(1)式中Lo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，空间传输损耗将分别增加6dB。这个公式也可以理解为损耗每增加6dB，传输的距离将缩小1倍，所以在满足数据传输要求的时，尽量选择载波频率低电台。另外根据根据波的衍射原理，就是说障碍物小于波长时，电磁波容易通过，频率高得电磁波方向性好，波长小，不容易通过障碍，传播距离小。一般定向传播用。低频的电磁波波长大，容易通过山，建筑物等所以传播距离远。3.1.6综合分析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。3.6.1增加电台发射功率增加发射功率会导致如下问题：增加功耗；增加系统复杂性和成本；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。3.6.2增加电台接收灵敏度增加接收灵敏度也会造成系统复杂性和成本上升，短时间内也不能实现，不过可以优化系统在传输路径插入损耗是一个不错的办法。3.6.2优化天线若不改变系统本身来改善天线增益和改善天线的高度，可以明显的增加传输距离。3.1.5地面传输距离的计算在理想情况下其传输极限距离可以用下面的公式表示：d=3.57×(√ht+√hr)(Km)……(2)式中：d代表距离，hr\ht分别代表收发信天线高度，用米（m）做单位表示。在实际中，超过极限距离的地方也能收到较强信号，这种现象称为超视距传播。生这种现象的原因是大气折射造成的，统称超视距的传播距离可以用下面的公式表示：D=4.12×(√ht+√hr)(Km)……(3)假设主控站天线高度为4m，副控站通讯通讯天线高度为10m，移动平台通讯天线的高度为2m则主控地面站与副控地面站之间的传输距离d1，副控地面站与移动平台之间的传输距离d2，主控地面站与移动平台之间的传输距离d3则：主控地面站与副控地面站理传输距离理论值：18.42Km≤d1≤21.25Km副控地面站与移动平台的传输距离理论值为：16.32Km≤d2≤18.84Km主控地面站与移动平台的传输距离理论值为：12.18Km≤d3≤14.06Km3.2电台灵敏度要求3.2.1空间传输损耗的计算假设传输的距离为20Km，传输的载波频率为230MHz，则空间损耗为：Lo（db）=32.44+26.02+47.23≈105.69dBmLo（db）=32.44+26.02+50.88≈109.34dBm距离为2Km时，空间损耗为：Lo（db）=32.44+6.02+47.23≈85.69dBm3.2.2接收端场强强度计算接收端场强的工程计算公式为：Pr=Pt+Gt+Gr-Lt-Lr-Lo………………………(4)Pr：正常的接收电平dBm；Pt：电台的发射功率dBm；Gt、Gr：收发天线的增益dB；Lt、Lr：收发通讯馈线的衰减dB；Lo：空间传输损耗。根据上述可知地面站电台发射的功率（Pt）至少为10W（40dBm），移动测试平台的发射功率（Pt）为1W（30dBm）；Lt、Lr取值为地面站的通讯馈线衰减约为5dB（含插损3dB和线损），移动测试平台的衰竭为4dB（含插损3dB和线损）；Gt、Gr取值分别为6.5dB和2.4dB；主对副地面站的发射时副地面站场强为Pr1：Pr1=Pt+Gt+Gr-Lt-Lr-Lo=40+6.5+6.5-5-5-105.69=-62.69dBm移动测试平台发射时副地面站的场强为Pr2Pr2=Pt+Gt+Gr-Lt-Lr-Lo=30+6.5+2.4-5-4-85.69=-55.79dBm一般情况下在实际的地面工程应用中要留出40dB的空间损耗余量。因此实际应用时Pr1和Pr2分别为-102.69dBm和-65.79dBm由此计算得出电台的接收灵敏度要≥-103dBm3.3、地面站设计方案3.3.1地面站设计框图3.3.2地面站主要部件性能指标序号名称主要功能及技术指标备注1电源单元1、输入～220V，输出为24V/5V/3.3V2、为数据控制单元、电台、功率放大器供电。2数据控制单元1、能够用自主定位，提供时间依据；2、实现显控终端和数传电台之间的交互；3、地面站的状态指示；4、地面站的硬件自检。5、副控地面站实现主控地面站与移动测试平台数据的自动转发；3数传电台1、将数字信号转换成无线电信号；2、传输频率220～240MHz；3、发射功率：1～2W；4、接收林敏度：108dBm；数传天线电源单元～220V转12V/5V/3.3V数据控制单元（CU）功率放大器数传电台电台数据供电供电供电卫星接收天线422或232数据显控终端5、供电：10～30V；6、调制方式：CPFSK；7、串口速率：最大38400；8、空中传速率：9600bps、12.5KHz；9、发射启动：数据直接启动；10、发射启动时间：2ms；11、数据延时：15ms；12、输出组航50欧姆；13、工作模式：半双工；14、射频接口N型。4线性功率放大器1、工作频率：220～240MHz；2、输出功率：P-1≥43dBm；3、增益：不小于10dB，4、输入：1～2W；5、带内平坦度：≤2；6、输入、输出驻波：≤1.5；7、供电：12V；8、发射启动模式：信号驱动；9、工作模式：半双工。5发射馈线1、接口形式为N型2、衰减5dB6发射天线1、天线增益：6.5dB2、天线驻波：≤1.5；3、工作频率：220～240MHz；4、天线长度：≥2m7卫星接收天线1、电压：3.3～5V2、增益：40dB3.4移动测试平台3.4.1移动测试平台原理框图3.4.2显控终端主要技术指标序号名称主要功能及技术指标备注1电源单元1、输入28V，输出为12V/5V/3.3V2、为数据控制单元、电台供电。2数据控制单元1、能够用自主定位，提供时间依据；2、实现测试终端和数传电台之间的交互；；3、地面站的状态指示；4、地面站的硬件自检。3数传电台1、将数字信号转换成无线电信号；2、传输频率220～240MHz；3、发射功率：1W；4、接收林敏度：108dBm；5、供电：10～30V；6、调制方式：CPFSK；7、串口速率：最大38400；8、空中传速率：9600bps、12.5KHz；9、发射启动：数据直接启动；10、发射启动时间：2ms；11、数据延时：15ms；12、输出组航50欧姆；13、工作模式：半双工；电源单元28V转12V/5V/3..3V数据控制单元（CU）数传电台电台数据供电供电卫星接收天线数传天线RS23214、射频接口N型。4发射馈线1、接口形式为N型2、衰减5dB5发射天线1、天线增益：2.4dB2、天线驻波：≤1.5；3、工作频率：220～240MHz；4、天线长度：1m6卫星接收天线1、电压：3.3～5V2、增益：40dB