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=4πd2PTG
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=ERSR=4πd2SRGPT
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 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=lgm2Slg(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=10lgcm2S51dB20lgmd+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+20lgmddBi10lgcm2S
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=Ls51dB+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(Ls51dB+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(Ls11dB+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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