无线电传输距离计算Word下载.docx
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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≤14.06Km
3.2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≈105.69dBm
Lo(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≈85.69dBm
3.2.2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Pr2
Pr2=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≥-103dBm
3.3、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/3.3V
2、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;
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:
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5dB
6
发射天线
1、天线增益:
6.5dB
2、天线驻波:
3、工作频率:
4、天线长度:
≥2m
7
卫星接收
天线
1、电压:
3.3~5V
2、增益:
40dB
3.4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
1、输入28V,输出为12V/5V/3.3V
2、为数据控制单元、电台供电。
2、实现测试终端和数传电台之间的交互;
;
4、地面站的硬件自检。
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:
5、供电:
6、调制方式:
7、串口速率:
8、空中传速率:
9、发射启动:
11、数据延时:
12、输出组航50欧姆;
13、工作模式:
14、射频接口N型。
2、衰减<
5dB
2.4dB
1m
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