天线增益、传输环境与通信距离的关系
超短波通信距离浅析
超短波通信距离浅析摘要:本文分析了超短波的传播特点,以及影响机载超短波电台通信距离的相关因素;并从理论和工程应用两方面对超短通信距离加以分析。
希望能为工程应用人员,在超短波通信设备的实际应用过程中提供帮助。
关键词:超短波传播特性影响因素传播距离超短波通信:利用超短波频段的无线电波传送信息的无线电通信。
超短波波段的波长范围为10～1 m,对应的频率范围为30～300 MHz,为甚高频(VHF)频段,故又叫甚高频通信。
由于微波低端的特高频(UHF)中300～1000 MHz这部分频段的传播特点及应用范围与VHF大致相同,因此广义的超短波通信的频段范围包括VHF全部频段和UHF低端部分频段。
超短波传播主要靠空间波直线传播,也有一定的绕射能力,但随着波长的缩短,绕射能力越来越微弱,因此在这一波段中的通信主要是视距范围内空/空、空/地话音和数据的传输。
1 超短波的传播特性超短波与短波传播不同,无电离层反射,通常也称为视距传播。
所谓视距传播就是对那些地波传播能力很弱,天波又基本不存在的电波的传播方式。
视距是接收和发射两点之间处在可视范围之间,能互相“看见”的距离。
如图1所示。
这种传播方式的特点是:地面衰减大、无天波,信号基本上按直线传播;其频率传输特性上与短波有很大差别,由于频率较高,发射的天波一般将穿透电离层射向太空,而不能被电离层反射回地面,所以主要依靠空间直射波传播(只有有限的绕射能力)。
像光线一样,传播距离不仅受视距的限制,还要受高山和高大建筑物的影响。
用于地面通信时:如架设几百米高的电视塔,服务半径最大也只能达150 km左右。
要想传播的更远,就必须依靠中继站转发或者将其发射天线和接受天线都架设的足够高;而用于空地通信时:由于电台和天线随飞机的高度升高而升高,受地物影响较小,可以传播的更远。
2 影响超短波通信距离的因素影响超短波通信距离和效果的因素有以下几个方面。
2.1 系统参数(1)受发射机输出功率越强,发射信号的覆盖范围越大,通信距离也就越远;但发射功率也不能过大,发射功率过大不仅耗电,而且影响功放元器件的寿命,同时干扰性强,影响他人的通话效果,还会产生辐射污染。
关于无线信号传输距离和衰减问题
关于无线信号传输距离和衰减问题什么是无线CPE?CPE的英文全称为：Customer Premise Equipment！无线CPE就是一种接收wifi信号的无线终端接入设备，可取代无线网卡、无线AP和无线网桥！可以接收无线路由器，无线AP和无线打印服务器的无线信号！是一款新型的无线终端接入设备！大量应用于医院，单位，工厂，小区等无线网络接入，节省铺设有线网络的费用！搭配14DBI的原装平板定向天线！按照理想的状况来说户外直线传输距离达到2000米是没问题的！理想的情况所指的是无干扰无障碍的情况下，而在我们生活的城市这种情况基本上是不可能存在的，在一般的生活小区，医院和单位的较为稳定接收距离是500米左右！如果接收的距离内有墙体阻隔，按照每堵墙衰减3DBI来算(具体衰减值跟墙的参数有很大区别)此款无线USB CPE还搭配3米的USB延长线，如果要接受户外的无线信号，CPE天线最好是外置于户外，这样搭配的3米USB延长线是不可缺少的了！"穿墙能力"与设备使用的频段有直接的关系。
微波的最大特点就是近乎直线传播，绕射能力非常弱，因此身处在障碍物后面的无线接收设备会被障碍物给阻挡。
所以对于直线传播的无线微波信号来说，只能是"穿透"障碍物以到达障碍物后面的无线设备了。
"穿透"了障碍物的无线信号将逐渐变成较弱的信号，至于这个信号还有多强，这就是穿透能力或直接说是"穿墙能力"了。
对于用户来说，都希望无线信号能至少穿透屋内的墙壁和地板。
墙壁的材质有多种，有木质墙、玻璃墙、砖墙、混凝土墙等；地板一般是钢筋混凝土。
每穿透一道隔离墙，无线的接受信号或多或少都有衰减，上面的建筑结构依次从低到高的衰减。
一旦选用了发射功率过低、接收灵敏度不够、天线增益不够的无线设备，无线信号会衰减得很利害，传输速率急速下降，甚至会容易出现无线的盲点。
无线设备的发射功率、接收灵敏度(这是双向的)、天线增益、有效传输距离都直接与隔断穿透能力和连接是否稳定以及最终实际传输速率有关，是能否实现稳定速度无缝连接十分关键的指标。
汽车传感与车载网络技术测试题答案
1.概述一、填空题（每空4分，共80分）1. 把被测参量按规律转换为另一种参量的器件或装置叫做传感器。
2. 传感器通常把物理量、化学量、生物量等被测参量转换为电参量。
3. 传感器通常由敏感器件、转换器件和变换电路组成。
4. 传感器按输出量类型可分为模拟式和数字式。
5. 长度传感器是按输入量类型命名的。
6. 电阻式传感器是按工作原理分类的。
7. 车联网信息交互包括车-车、车-路、车-人、车-互联网。
8. 车联网按交互范围包括车内网、车际网、车载移动互联网三种基础网络。
9. 车辆网架构包括应用层、网络层、感知层。
10. 车联网必须按照约定的通信协议进行信息交换。
二、简答题（每题20分，共20分）1. 解释“电容式数字输出量液位传感器”的含义。
作用是测量液位高度，通过电容值变化测量液位，输出信号是数字式电信号。
2.汽车传统与常用传感器一、填空题（每空2分，共40分）1. ABS速度传感器是用于测量车轮转速，它可用于汽车的 ABS防抱死系统。
2. 压电材料特性可用于测量压力和加速度。
3. 传感器特性分为静态特性和动态特性。
4. 线性度是输出-输入校准曲与理论拟合直线的最大偏差与量程之比。
5. 被测量按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度称为重复性。
6. 灵敏度是输出变化值与输入变化值之比。
7. 传感器输入的上限值与下限值之差称为量程。
8. 温漂指温度温度每升高1摄氏度时输出偏离原值的最大偏差与量程的比值。
9. 零漂指无输入或输入不变时，每隔一定时间输出偏离原值的最大偏差与量程的比值。
10. 误差指被测量的输出值与真值之差，可以使用绝对值和相对值表示。
11. 对某一稳定的被测量，连续重复测量结果的分散程度称为精密度。
12. 传感器输出值与真值的偏离程度称为准确度。
13. 响应时间、分辨力、灵敏度等称为传感器特性的误差因素。
二、判断题（每题2.5分，共20分）1. 相同功能的传感器，检测原理一定都相同。
影响通信距离的主要因素及估算方法
影响通信距离的主要因素及估算方法任何无线电通信系统的作用距离不仅取决于发信机功率的大小、天线的增益，天线的有效高度，而且还与要求的话音质量、收信机灵敏度、电波传播等因素有关。
以超短波通信设备电波传播方式为例，它主要是直接波传播，由于需通过许多复杂的环境和各种地形，故传播条件各不相同。
影响超短波通信设备通信距离主要有三个因素：1)无线电波随着收、发信机之间的距离增加而减弱。
这是一种连续的，可以预测的衰耗，它与收、发信机天线高度、频率、大气状况及地形条件等因素有密切关系。
2)阴影损耗。
它是由于建筑物，小山丘等阻挡物引起的随机衰落。
在城市中，它随着阻挡物高度和密度的增加而加快，甚至可以使通信设备的通信距离大幅度地减小。
3)多径传播引起的快衰落。
由于移动中的通信设备天线低矮，完全埋没在各种建筑物、树木等下面，到达收信点的电波不仅有直接波，还有许多反射波，使合成的信号时而增强，时而减弱，造成快衰落。
这对通信设备通信来讲，是非常不利的。
影响超短波通信设备通信距离的主要因素一般来讲是这三个因素相互累加的结果。
1.视线距离计算由于地球是球形，凸起的地表面会挡住视线。
视线所能达到的最远距离称为视线距离do。
在图1-1中，设两部超短波通信设备的天线高度分别为h1和h2，连线Qp与地球表面相切于C点、则do(do=d1+d2)即为直接波所能到达的最远距离，称为视线距离。
现在让我们来推导do的计算公式。
设地球半径为Ro，天线高度分别为h1和h2。
在直角三角形QCO中，QO2-CO2在直角三角形PCO中，由于Ro>>h1、h2，故上式中可略去h12和h22，则近似可得而do=dl+d2，所以视线距离do为式中Ro=6370Km，h1、h2单位为m，则由此可见，视线距离是取决于收、发天线架设高度的。
天线架设越高，视线距离越远，因此在实际通信中，应尽量利用地形、地物把天线适当架高。
实际上，由于大气的不均匀性对电波传播轨迹要产生影响，所以，直接波传播所能到达酌视线距离应修正为由于地面是球形的，当电波传播的距离不同时，其情况也不相同。
无线通信信号的传输特性和衰减规律
无线通信信号的传输特性和衰减规律引言：无线通信已经成为现代社会中不可或缺的一部分，它提供了人们互相沟通、信息传递和数据传输的便利。
然而，了解无线通信信号的传输特性和衰减规律对于优化信号传输和提高通信质量非常重要。
本文将详细介绍无线通信信号的传输特性和衰减规律的内容和步骤。
一、无线通信信号的传输特性：1. 传输速率：无线通信信号的传输速率是指在单位时间内传输的信息量。
传输速率主要受到信道带宽和调制方式的影响。
例如，高带宽和高阶调制方式可以提高传输速率。
2. 传输距离：无线通信信号的传输距离是指一个信号从发送端到接收端所需的距离。
传输距离主要受到发射功率、接收器灵敏度和环境干扰等因素的影响。
3. 传输延迟：无线通信信号的传输延迟是指一个信号从发送端到接收端所需的时间。
传输延迟主要受到传输距离和信号处理时间等因素的影响。
二、无线通信信号的衰减规律：1. 自由空间衰减：自由空间衰减是指无线通信信号在自由空间中由于传输距离增加而衰减。
自由空间衰减的规律遵循反比关系，即信号功率与传输距离的平方成反比。
2. 多径衰落：多径衰落是指无线通信信号在传输过程中遇到多条路径的干扰而产生的衰减现象。
多径衰落的规律较为复杂，常见的有瑞利衰落和莱斯衰落等。
3. 阴影衰落：阴影衰落是指由于地形、建筑物或其他物体对信号传播的遮挡而产生的衰减现象。
阴影衰落的规律取决于遮挡物的位置和信号频率。
4. 天线增益和方向性：天线增益和方向性是指通过优化天线设计和调整天线方向来提高信号的传输距离和减小衰减。
天线增益和方向性可以根据具体需求进行调整。
步骤：1. 选择合适的频段和调制方式：根据通信需求和环境条件选择合适的频段和调制方式，以提供更高的传输速率和更好的通信质量。
2. 优化发射功率和天线设计：通过合理设置发射功率和优化天线设计，可以提高信号的传输距离和减小衰减现象，以增强通信性能。
3. 考虑多径衰落和阴影衰落：在通信系统设计中，应考虑多径衰落和阴影衰落对信号传输的影响，并采取相应的调整措施，如使用天线阵列、均衡器等。
影响无线通讯可靠性和距离的几个因素无线通信距离的主要性能指标有
影响无线通讯可靠性和距离的几个因素无线通信距离的主要性能指标有四个：一是发射机的射频输出功率，二是接收机的接收灵敏度，三是系统的抗干扰能力，四是发射/接收天线的类型及增益，而在这四个主要指标中，各国电磁兼容性标准（如北美的ＦＣＣ、欧洲的ＥＮ规范）均只限制发射功率，只要对接收灵敏度及系统的抗干扰能力两项指标进行优化，即可在符合ＦＣＣ或ＣＥ标准的前提下扩大系统的通信距离。
一、影响无线通信距离的因素1、地理环境通信距离最远的是海平面及陆地无障碍的平直开阔地，这也是通常用来评估无线通信设备的通信距离时使用的地理条件。
其次是郊区农村、丘陵、河床等半障碍、半开阔环境，通信距离最近的是城市楼群中或群山中，总之，障碍物越密集，对无线通信距离的影响就越大，特别是金属物体的影响最大。
一些常见的环境对无线信号的损耗见下表根据路径损耗公式:Ld=32.4+20logf +20logd f=MHZ d=Km可知信号每损耗6dB通讯距离就会减少一半!另一个因素就是多路径影响如图:所以如果无线模块附近的障碍物较多时也会影响通讯的距离和可靠性.2、电磁环境直流电机、高压电网、开关电源、电焊机、高频电子设备、电脑、单片机等设备对无线通信设备的通信距离均有不同程度的影响。
3、气侯条件空气干燥时通信距离较远，空气潮湿（特别是雨、雪天气）通信距离较近，在产品容许的环境工作温度范围内，温度升高会导致发射功率减小及接收灵敏度降低，从而减小了通信距离。
4、发射机的射频输出功率发射功率越大，通信距离越大；从理论上说发射功率可无限制地增加，但实际上由于受成本或技规的限制，发射机的输出功率也是有限的。
5、接收机的接收灵敏度接收灵敏度反映了接收机捕捉微弱信号的功能，接收灵敏度越高，通信距离也越远。
但由于受自然界电磁噪声及工业污染、电子元器件固有噪声的影响，-123dBm（即0.158uv）通常被认为是现代无线电通信中纯硬件实现的接收灵敏度的极限值，很难突破，即使加上软件纠错也只能再改善1-3dB，如果通信系统的接收灵敏度已接近这一极限值就已无潜力可挖了，要提高通信距离只能从其它方面着手了。
天线极化和距离的关系
天线极化和距离的关系
天线极化和距离的关系在通信领域中是一个非常重要的概念。
天线极化是指电磁波在传播过程中振动方向的特性，通常包括水平极化和垂直极化两种类型。
而天线极化和距离之间的关系则是指在通信过程中，天线极化类型对通信距离的影响。
首先，天线极化类型对通信距离有着直接的影响。
在实际的通信过程中，如果发送天线和接收天线的极化类型不一致，就会导致信号衰减和通信质量下降。
因此，在通信系统设计中需要考虑天线极化类型的匹配，以确保通信质量。
其次，在实际的通信应用中，通常会根据通信环境和需求来选择合适的天线极化类型。
例如，在城市中，由于建筑物和其他障碍物的存在，通常会选择垂直极化以减少多径衰减；而在开阔的平原地区，水平极化则可能更适合。
因此，天线极化类型的选择也会受到通信距离的影响。
另外，通信距离也会对天线极化类型的选择产生影响。
通常来说，随着通信距离的增加，信号衰减也会增加，因此需要更加谨慎地选择合适的天线极化类型来保证通信质量。
在一些需要长距离通信的场景中，如卫星通信或者无线电通信，天线极化类型的选择将会显得尤为重要。
综上所述，天线极化类型和通信距离之间存在着密切的关系。
在实际的通信系统设计和应用中，需要综合考虑通信环境、通信距离以及天线极化类型等因素，以选择合适的天线极化类型来保证通信质量。
只有在充分考虑了这些因素后，才能够实现稳定、高效的通信传输。
天线平均增益
天线平均增益天线平均增益是衡量天线性能的重要指标之一。
在通信系统中，天线是传输信号的重要组成部分，它将电磁波能量转换成电信号或将电信号转换成电磁波能量，起到信号的接收和发射作用。
而天线的平均增益就是衡量天线在接收或发射信号方面的性能的一个指标。
天线平均增益的概念是基于天线的辐射特性而提出的。
通过测量和计算，我们可以得到天线在某一方向上运行时与相同功率的参考天线的辐射强度比值，即为天线的增益。
而天线平均增益则是指天线在水平面上所有方向增益的平均值。
天线平均增益是天线性能指标之一，其中最重要的参数是短波反射、阻抗匹配、增益、方向性、频率响应等。
通常，天线平均增益是描述天线性能最好的参数之一。
它能够指出一个天线在特定频率上的大致性能，以及它能够在哪些范围内有效地通信。
在选择天线时，天线的平均增益是非常重要的指标之一。
通信系统选择适合的天线往往会影响通信质量和通信距离等因素。
天线平均增益的大小与天线的发射和接收能力有关。
对于一定的天线，在其有效收发区域内，天线平均增益越大，其发射和接收能力就越强，其通信距离也就越远。
因此，天线的平均增益可以看作是衡量天线传输能力和质量的一个指标。
在实际应用中，天线平均增益往往是衡量天线性能的重点，一些性能好的天线的平均增益可以达到30dB以上。
很明显，随着通信市场的发展，通信技术也不断更新，对天线的性能要求也不断提高。
因此，天线设计和技术也在不断升级和发展。
我们可以看到，无线通信在现代社会中已经普及，而天线平均增益一直是无线通信有关领域的重要研究方向之一。
为了提高通信质量和通信距离，未来的天线将会越来越精细化和高效化，其平均增益也将会逐渐提高。
综上所述，天线平均增益是衡量天线性能的一项重要指标。
它可以有效地反映天线的传输能力和通信质量，被广泛应用于通信系统中。
而随着通信技术的不断发展，在未来，天线平均增益将成为天线技术领域中最重要的技术指标之一。
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天线增益、传输环境与通信距离的关系
一个无线通信系统能够实现的通信距离是由组成该系统的各个设备及通信环境等多种因素决定的。
它们之间的关系可通过下
述通信距离方程表示。
如果通信系统发送设备的发射功率为PT ，发射天线增益为
GT,工作波长为入。
接收设备接收机的灵敏度为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，在可视距离内，在环境
无电磁干扰时，有以下关系：
PT(dBm)-PR(dBm)+ GT(dBi)+
GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB)
式中，Lc 是基站发射天线的馈线插损；
L0 是传播途中的电波损耗。
在系统设计时，对最后一项电波传播损耗L0 要留有足够的余量。
一般经过树林和土木建筑大致需要有10~15 dB 余量;经过钢筋
水泥楼时需要有30~35 dB 余量。
对于800MH 、900ZMHz CDMA 和GSM 频段，通常认为手机的接收门限电平约为-104dBm ，而实际的接收信号至少应高出
10dB ，才能保证达到要求的信噪比。
实际上，为保持良好的通信，往往按接收功率为-70 dBm 来计算。
设基站有如下参数：发射功率为PT =20W=43dBm ；接收功率为PR=-70dBm ；馈线的损耗为2.4dB (约为60 米的馈线) 手机接收天线增益GR=1.5dBi;
工作波长入=33.333cm (相当于频率f0 =900MHz);
上述通信方程将变为:
43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1.5dBi=32dB+ 20logr(m) dB
+2.4dB + 传播损耗L0
114.5dB+ GT(dBi) -34.4dB = 20logr(m)+ 传播损耗L0
80.1dB+ GT(dBi) = 20logr(m)+ 传播损耗L0
当上式的左侧值大于右边值，即：
GT(dBi) > 20logr(m)-80.1dB+ 传播损耗L0 不等式成立时，可认为
能保持系统的良好通信。
如果基站采用全向发射天线，增益为GT=11dBi ，收、发天线距离R=1000m; 则通信方程进一步变为11dB> 60-80.1dB + 传播损耗
L0 ，即在传播损耗L0<31.1dB 时，在1 公里距离内就能保持良好通信。
在上述同样传播损耗条件下如果发射天线增益GT=17dBi ，即提高6dBi ，则通信距离可增加一倍，即r=2 公里。
其它可依此类推。
但应注意，增益GT 为17dBi 的基站天线只能是波束宽度为 3 0 °、65 °或90°等的扇形波束覆盖，而不能保持全向覆盖了。
另外如果在上述计算中是发射天线增益GT=11dBi 保持不变，但传播环境改变，传播损耗L0=31.1dB-20dB=11.1dB ，则这减小的20dB 传播损耗会使通信距离提高十倍，即r=10 公里。
而传播损耗项与周围的电磁环境有关，在城区，高层建筑多而密集，传播损耗大，在郊区农
村，农舍低矮稀疏，传播损耗小。
因此即
使通信系统的设置完全相同，由于使用环境的差别也会使它的有效
覆盖范围不同。
所以在选择全向、定向天线和高增益或低增益天线形式时，必须根据移动通信网络及应用环境的具体情况考虑运用不同类型、不同规格的基站天线。