通信空间损耗计算
网上找到了自由空间衰减公式Ls=32.44+20lgdKm+20lgfMHzL_s = 32.44 + 20lg\frac{d}{Km}+ 20lg \frac{f}{MHz}Ls=32.44+20lgKmd+20lgMHzf我算了一下偏离真实数据,自己推算了一下接收处的功率密度ER=PT∗G4πd2E_R=\frac{P_T*G}{4\pi d^2}ER=4πd2PT∗G接收功率PR
网上查到了自由空间衰减公式
L s = 32.44 + 20 l g d K m + 20 l g f M H z L_s = 32.44 + 20lg\frac{d}{Km}+ 20lg \frac{f}{MHz} Ls=32.44+20lgKmd+20lgMHzf
我算了一下偏离真实数据,某论坛上说是用了全向天线的等效面积,我自己推算了一下。
接收处的功率密度 E R = P T ∗ G 4 π d 2 E_R=\frac{P_T*G}{4\pi d^2} ER=4πd2PT∗G
接收功率 P R = E R ∗ S R = S R 4 π d 2 ∗ G ∗ P T P_R=E_R*S_R=\frac{S_R}{4\pi d^2}*G*P_T PR=ER∗SR=4πd2SR∗G∗PT
衰减 P R P T = S R 4 π d 2 G \frac{P_R}{P_T}=\frac{S_R}{4\pi d^2}G PTPR=4πd2SRG
距离和面积单位为 m m m和 m 2 m^2 m2,两边取对数
l g P R P T = l g S m 2 − l g ( 4 π ) − 2 l g d m + l g G lg\frac{P_R}{P_T}=lg\frac{S}{m^2}-lg(4\pi)-2lg\frac{d}{m}+lgG lgPTPR=lgm2S−lg(4π)−2lgmd+lgG
把天线面积单位转换成 c m 2 cm2 cm2,需要减去40dB,转换成 10 l g 10lg 10lg
10 l g P R P T = 10 l g S c m 2 − 51 d B − 20 l g d m + 10 l g G 10lg\frac{P_R}{P_T}=10lg\frac{S}{cm^2}-51dB-20lg\frac{d}{m}+10lgG 10lgPTPR=10lgcm2S−51dB−20lgmd+10lgG
L s = 10 l g P T P R = 51 d B + 20 l g d m − d B i − 10 l g S c m 2 L_s=10lg\frac{P_T}{P_R}=51dB+20lg\frac{d}{m}-dBi-10lg\frac{S}{cm^2} Ls=10lgPRPT=51dB+20lgmd−dBi−10lgcm2S
根据最大允许损耗计算最远通信距离
20 l g d m = L s − 51 d B + d B i + 10 l g S R c m 2 20lg\frac{d}{m}=L_s-51dB+dBi+10lg\frac{S_R}{cm^2} 20lgmd=Ls−51dB+dBi+10lgcm2SR
d m = 1 0 1 20 ( L s − 51 d B + d B i ) S R c m 2 \frac{d}{m}=10^{\frac{1}{20}(L_s-51dB+dBi)}\sqrt{\frac{S_R}{cm^2}} md=10201(Ls−51dB+dBi)cm2SR
d = 1 0 1 20 ( L s − 11 d B + d B i ) S R d=10^{\frac{1}{20}(L_s-11dB+dBi)}\sqrt{S_R} d=10201(Ls−11dB+dBi)SR
下面来计算一些真实情况
两个通信模块通信,求802.11b/g/n各模式下的最大通信距离:
查到ESP12F天线增益为 3 d B i 3dBi 3dBi,测得天线面积为 1 c m 2 1cm^2 1cm2,外壳上是 + 25 d B m +25dBm +25dBm,但是ESP8266EX数据手册下稍小一点,以下按数据手册为准。
另外计算CH573F,nRF24L01+,SX1278/SX1268/LLCC68(数据手册全一样,没有实际测试过)
以下表格天线增益为 3 d B i 3dBi 3dBi,天线面积为 1 c m 2 1cm^2 1cm2,距离都为理论值。
| 芯片 | 协议 | 空口速率(bps) | 最大发射功率(dBm) | 接收灵敏度(dBm) | 最大允许路径损耗(dBm) | 自由空间衰减最大通信距离(m) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ESP8266 | 802.11b | 1M | +20 | -98 | 118 | 3162 |
| 802.11b | 11M | +20 | -91 | 111 | 1412 | |
| 802.11g | 54M | +17 | -75 | 92 | 158 | |
| 802.11n | 72M | +14 | -72 | 86 | 79 | |
| CH573F | BLE4.2 | 2M | +5 | -96 | 101 | 446 |
| nRF24L01+ | GFSK | 250k | +4 | -93 | 97 | 281 |
| GFSK | 1M | +4 | -85 | 89 | 112 | |
| GFSK | 2M | +4 | -82 | 86 | 79 | |
| SX12XX | LoRa | 300k | +22 | -104 | 126 | 7943 |
| LoRa | 300 | +22 | -148 | 168 | 1000k |
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