完美体育
  • 完美体育
  • 完美体育
  • 完美体育
  • 完美体育
  • 完美体育
您当前的位置:首页 > 航飞知识(shí)

影响测控距(jù)离可靠性和距离的(de)几个(gè)因素

 

无线测控通信距(jù)离的(de)主要性(xìng)能指标有四个:

一、是发射机的射频输出功率,

二、是接收(shōu)机的接收灵敏度(dù),

三、是(shì)系统的抗干(gàn)扰能力(lì),

四(sì)、是发射/接(jiē)收天线的类型及增益(yì)。

而在这(zhè)四个主要(yào)指标中,各(gè)国(guó)电磁兼容性标准(如北美的FCC、欧洲(zhōu)的EN规范)均(jun1)只(zhī)限制发射功率,只要对接收灵(líng)敏度及系统的抗干扰能力两(liǎng)项(xiàng)指标(biāo)进行优化(huà),即可(kě)在符合FCCCE标准的前提下(xià)扩大系统的(de)通信距离。

一(yī)、影响无线测(cè)控通信距离的(de)因素

1、地理环(huán)境

通信距(jù)离(lí)最远(yuǎn)的是(shì)海平面及陆(lù)地无障碍的平(píng)直开阔地(dì),这也是通(tōng)常用来评(píng)估无线通信设备的(de)通信(xìn)距离时使用(yòng)的地理条件。其次是郊(jiāo)区农村、丘陵、河床等半障碍、半(bàn)开阔(kuò)环境,通信(xìn)距离最近(jìn)的是城市(shì)楼(lóu)群中或群山中,总之,障碍物(wù)越密(mì)集,对无(wú)线通信距离的影响就(jiù)越大,特别是(shì)金属物体(tǐ)的影响最大。

根据(jù)路径损耗(hào)公(gōng)式:

Ld=32.4+20logf+20logdf=MHZd=Km可知信号每损耗6dB,通讯距离(lí)就(jiù)会减少(shǎo)一半!另一个因素(sù)就是多路径影响(xiǎng),所以如果(guǒ)无线模块(kuài)附近的障碍物较多时也会影响通(tōng)讯(xùn)的距离和可靠性。

2、电磁环境(jìng)

直流电机(jī)、高压电网、开(kāi)关电源、电焊机、高频电子设备、电脑、单片(piàn)机等设备(bèi)对(duì)无线通信设备(bèi)的通信距离均有(yǒu)不同程度的影响。

3、气侯条件

空气干燥时通(tōng)信距离较远,空气潮湿(特别是雨、雪(xuě)天气)通信距离较(jiào)近(jìn),在(zài)产品容许的环境(jìng)工作温度范围内,温度(dù)升(shēng)高会导致发射功(gōng)率减小(xiǎo)及(jí)接收灵敏(mǐn)度降低,从而减小(xiǎo)了通(tōng)信距(jù)离。

4、发射(shè)机(jī)的射频输(shū)出功率

发射功率越大,通(tōng)信距离越大;从理论上说发射功率(lǜ)可无限制地(dì)增加,但实际上由(yóu)于(yú)受(shòu)成本或技(jì)规的限制,发(fā)射机的输(shū)出功率也是有限(xiàn)的。

5、接收(shōu)机(jī)的接收(shōu)灵敏度

接收(shōu)灵敏度反映了接收机捕捉(zhuō)微弱信号的功能(néng),接收灵(líng)敏度越高,通信距(jù)离也(yě)越远。但由于受自然界(jiè)电磁噪声(shēng)及工业污染、电子元器件固有(yǒu)噪(zào)声的影响,-123dBm(即0.158uv)通常被认为是现代无线电通信中纯(chún)硬件(jiàn)实现的(de)接收(shōu)灵敏度的(de)极限值,很(hěn)难突破,即使加上软件纠错也只能再改善1-3dB,如(rú)果通信系(xì)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(zhe)手了。EMTECH(XEMICS)XE1203在(zài)1.2kbps的通讯速率下接收灵(líng)敏度(dù)可达(dá)-114------116dBmXE12051.2kbps的通讯速率下接收灵敏度可达-120-------121dBm(:此灵敏度下通讯的误码(mǎ)率为(wéi)0.1%)

6、系统抗干扰能力

实际的通信环境(jìng)总是存在着各(gè)种干扰(rǎo)源,在(zài)同样的发射(shè)功率和同样的接收灵敏度的前提下,系(xì)统(tǒng)的抗干扰能(néng)力(lì)越强,实际通信距(jù)离也越远。许(xǔ)多(duō)高频工(gōng)程师都有这样的体会(huì):在实验室(屏蔽网(wǎng)房)内测(cè)试,调幅机与调频机的发射功率和接收灵敏度(dù)都相(xiàng)同,但在实际环(huán)境中测试时,调频机的通信(xìn)距离往往是调幅机(jī)的若干倍,甚(shèn)至(zhì)调幅机根(gēn)本就不能工作,而(ér)调频机仍能有较远的通信距离,原因(yīn)是(shì)调频机的抗干扰能力(lì)要(yào)比调幅机强(qiáng)得多。而影(yǐng)响无线通信系统抗干扰能力的因素(sù)也很多,主要与(yǔ)调(diào)制(zhì)/解调方式(shì),工作带宽,电路设计PCB板布局和退(tuì)耦及屏蔽措(cuò)施是否得当有关(guān),一般而言,调频系统的抗干(gàn)扰能(néng)力优于(yú)调幅系统,而窄带系统的抗(kàng)干(gàn)扰能力优于宽(kuān)带系统。因此,带(dài)宽越(yuè)窄,抗(kàng)干(gàn)扰能力就越强,在同一发(fā)射功率和(hé)接收灵敏(mǐn)度条件下,通信距离也越远。XE1203的通讯带宽最小为200KHZXE1205的最小带宽可达7KHZ.SEMTECH(XEMICS)公司的RFIC都是基(jī)于(yú)零中频(pín)结(jié)构的(de)设(shè)计,这样(yàng)不仅能省去昂贵的IF滤波器,而且(qiě)有更好(hǎo)的抗干扰特(tè)性。

7、软件纠错

具有软件纠错(cuò)的系统,其通信(xìn)距离(lí)也比无(wú)软(ruǎn)件纠错(cuò)的(de)系(xì)统远;软件纠错能改善接收灵敏度1-3dB,但会(huì)产生一定的延时,在(zài)实时性要(yào)求很高的系(xì)统中也要考虑这(zhè)一因素的(de)影响(xiǎng)。

8、天线(xiàn)类型及(jí)其增益

天线的增益越高,通信距离也越远。当发射机采(cǎi)用高增益的定(dìng)向(xiàng)天线时,能显著提高通信方向上的功率密度(场(chǎng)强),而接收机采用高增益(yì)定(dìng)向(xiàng)天线时能显著改(gǎi)善信号(hào)/噪(zào)声(shēng)比(bǐ),并提高接收场强,从而大幅度提高通信(xìn)距离。目前适合ISM/SRD免证使用频段的无线(xiàn)通信设备使用的天线(xiàn)有以(yǐ)下(xià)几种(zhǒng):

鞭状天线(螺旋天线、拉杆(gǎn)天线):增益0~3.5dB,适合(hé)便携式移动手持机(jī)使用。

中(zhōng)增益吸盘天线:增益(yì)5.5~7dB,适合固定机(jī)及车载机使用。

高增益全向天线:增益(yì)8.5~10dB,需室外安装,适合于固定机组(zǔ)网用。

高增益(yì)定向天线:增益10~12dB,需(xū)室外安(ān)装,适合于远距离固定机用。

需要(yào)说明的一点是:增益越(yuè)高的天线其(qí)几何(hé)尺寸也越大,特别是高增益的定向(xiàng)或全向天线要求室外安装才能发挥其最佳效率,所以选项(xiàng)购天线是也要考虑使(shǐ)用及(jí)安装(zhuāng)是否方便(biàn)。

9、天线有效高度

在各种条件相同(tóng)的前提下,天线距离地平面的高(gāo)度越(yuè)高,通(tōng)信距(jù)离越远,特别是在城市环境下,提高天线的高度比增大发射功率对通信距离的影响要大得多。

二(èr)、无线测控(kòng)通(tōng)信(xìn)距离(lí)的估算

从上面的分析可知:很多因(yīn)素都(dōu)会影响无线通信(xìn)设备的通信距(jù)离(lí),而其中的地理环境、电(diàn)磁环(huán)境(jìng)、气(qì)侯条件对无线通(tōng)信距(jù)离的影响是(shì)由用(yòng)户(hù)的使用条件决(jué)定的(de),难以改(gǎi)变,也很难用一个数(shù)学(xué)表达式描述出来(lái),只有(yǒu)那些能(néng)量化的因素才能用一个数学表(biǎo)达式描述。对于(yú)工作频率范围在300MHZ~3GHZ之间的无(wú)线通信设备,在视距(jù)范围(又称自(zì)由(yóu)空间)内,已知发射功率PW)、接收灵敏度Euv)、发射天线R的有效高度Ht(m)及接收天线有效(xiào)高度(dù)Hrm)、发射天线增(zēng)益Gt及接收天线增益Gr(单位均为倍,而(ér)不是dB)、载频波长(m),则通信距(jù)离dm)可由下:

设发射功(gōng)率为PW),发射天线及接收天线增益分别为GtGr(单位均为倍),发(fā)射天线及接收天线的有(yǒu)效高度分别为(wéi)ht和(hé)hr(单位均为米),发(fā)射机与接收机之间的距离为dm),射频信号波长为λ(m),提高发射(shè)及(jí)接收天线的(de)有效(xiào)高度对信号台场强的提高影响最显著。对于XE1203模块(kuài),工作在1.2KBps的条件时接收灵敏度为-115dBm,代入上式(shì)可计(jì)算得在开阔地(dì)的通信距离约为10Km左右(yòu),但调试良(liáng)好(hǎo)的(de)XE203模块在上述(shù)条件下的实测距离为6001000m,约为理论(lùn)值的6%-10%左右(yòu)。

为什么实际距(jù)离与理论值(zhí)之间会有这么大的差距呢?

原(yuán)因有(yǒu)三个方面:首先是公式中的(de)结果是(shì)一个纯理论值,只考虑了电(diàn)磁波在自由空间中传播过程中随(suí)着距离的增加,能量扩散到更(gèng)大空间(jiān)后能量密度(dù)减小后导致信(xìn)号场强减小(xiǎo)的结果(guǒ),而(ér)没有考(kǎo)虑(lǜ)空气及地面等介质(zhì)对电磁波(bō)吸收、衰减的(de)影响;其次是没有考虑发射天线的发(fā)射效率(lǜ)和接收天线的接(jiē)收效(xiào)率(理论上可以做到100%但实际上(shàng)达(dá)不(bú)到(dào))的影响,最后是也没有考虑各种电磁干扰及接收(shōu)机(jī)的抗干扰(rǎo)能(néng)力的影响,从而导致了实际结果(guǒ)与(yǔ)理论计(jì)算值有较大的误差。实际的通信环境(jìng)中总(zǒng)是存在(zài)着各种各样的(de)干扰源,有时虽然接收天线(xiàn)上感应到的(de)信号强度远高(gāo)于接收灵敏度,但是(shì)当接收机所处环境的电磁干扰较大时,有(yǒu)用(yòng)信号(hào)仍被淹没有干扰信号中,而接收机又(yòu)不能有效抑制干(gàn)扰,同样不能进行有(yǒu)效的无线电通信,如(rú)果接收机的抗干(gàn)扰能力很强,这种影(yǐng)响就比较小。在发射功率和接收灵(líng)敏(mǐn)度都相同的前提下,系(xì)统的抗干扰能力越强,实(shí)际(jì)通信距离也就越(yuè)远。

许多高频(pín)工(gōng)程师(shī)都有这样的(de)体会:在实验室(屏蔽网房)内测(cè)试,调(diào)幅系统与调频系统的发射功(gōng)率(lǜ)和接(jiē)收(shōu)灵敏度都相(xiàng)同时,在实际环(huán)境中(zhōng)测试时,调频系统的通信距离往往是调幅系统的若干倍,特别是当环境干扰严重时(shí),调(diào)幅系统(tǒng)根本就(jiù)不(bú)能通信(xìn),而调频系统仍能保持较远的通信距离,原因是调频系统的(de)抗干扰(rǎo)能(néng)力(lì)要(yào)比调幅(fú)系统强得多。相对而(ér)言,调频系(xì)统(tǒng)的抗干扰(rǎo)能(néng)力优于调幅系统,而(ér)窄带(dài)系统的(de)抗干(gàn)扰能力优(yōu)于宽带系统(tǒng),因此,在(zài)发射功(gōng)率及接收灵敏度相同的(de)前提下(xià),带宽(kuān)越窄,通信距离也越远。

通过上述分析(xī),我们(men)可以(yǐ)得出这样的结论:在实际通信环(huán)境中,微功(gōng)率无线通(tōng)信系统的通(tōng)信距(jù)离主要取决于系统的抗(kàng)干扰能力。

三(sān)、提高测控通信距离的措施

当地理(lǐ)环境和电(diàn)磁环境(jìng)一(yī)定时,为了保证无线通信的(de)稳定和可靠(kào),并充分挖掘低电压微功率(lǜ)无线(xiàn)通信设(shè)备(bèi)的(de)潜力,又要做(zuò)到(dào)经济实用(yòng),在工(gōng)程设计中(zhōng)可考虑以下措施:

1、尽可能提高天线的有(yǒu)效高度

从计算通信距离的公式中可(kě)以(yǐ)看出,通信距离与收/发天线有效高度之积的(de)平方根(gēn)成正比,提高天(tiān)线的有(yǒu)效高度能(néng)显著(zhe)扩大通(tōng)信距离,特别(bié)是在城(chéng)市环境中,将天线设在楼顶时能避开很多障碍并远离干扰(rǎo)源,从而扩大通信范围。

2、采用高增益天(tiān)线

天线是无源器件,其本身不能(néng)放(fàng)大信号,但(dàn)高(gāo)增益天线能显著提高通信方向上(shàng)的能(néng)量密度,提高信(xìn)号/噪声比,从而扩大(dà)通(tōng)信范围,其作用就与手电筒或是探照(zhào)灯(dēng)上的聚光镜相似。但高增益天线的成(chéng)本较高(gāo),几何(hé)尺寸及(jí)重量都比较大,只(zhī)适合于固定(dìng)安装使用。因此(cǐ),在(zài)一定对多点或多点对一点的无线通信组网中可(kě)考虑主机用高增益的全向天线(xiàn),分(fèn)机则根据距主机距离的不同选用不同增益的天线,对于固定安装并且距离主机特别远的分机还(hái)可选用高增益的定向天线,而距(jù)离主(zhǔ)机(jī)较近的分(fèn)机可选用低成本(běn)的(de)普通鞭状天线,以降低系统成(chéng)本(běn)。发射机采用高增益定向天线可显著提高通信方向上的信(xìn)号强度,而接收机采(cǎi)用高增益定向天线可(kě)显著提高(gāo)通(tōng)信方(fāng)向上的接(jiē)收信号场强和信号/噪声之比,从而(ér)大幅度地(dì)扩(kuò)大通信距离,但只适合(hé)于同一个方向上(shàng)的通信,并(bìng)且成本也较高,天线的几何尺寸(cùn)大,重量也较重,只适合于固定安装使用(yòng)。

3、尽量缩短射频电缆的(de)长(zhǎng)度(dù)

用于连接无线通(tōng)信机与室外(wài)天线的射(shè)频同(tóng)轴电缆对射频(pín)信号也有一定的损耗,例如(rú):50-3型电缆的损耗为0.2dB/m50-7型电缆的损耗为0.1dB/m50-9型电缆的损耗为0.07dB/m,电(diàn)缆越长(zhǎng),损(sǔn)耗就越(yuè)大,对所传(chuán)输的射频(pín)信号的损(sǔn)耗(hào)的增大(dà)又会导(dǎo)致通信距离的下(xià)降,所以必(bì)要(yào)时可将射频组件直(zhí)接装在室外天线(xiàn)的(de)底部,而射频(pín)组件与(yǔ)用户(hù)系统间的连线则采用多芯(xīn)屏蔽电缆连(lián)接。

4、尽量远离各种干扰源

距干扰源越近,信号(hào)/噪声比就越低,也会导致通信距离(lí)下降。必要时可(kě)分别对数传模块和会产生电磁(cí)干(gàn)扰的(de)部件(jiàn)采取屏蔽措(cuò)施(shī),并用(yòng)特性阻抗为50Ω的射(shè)频同轴(zhóu)电缆将天线引到远(yuǎn)离干(gàn)扰源的地方,同(tóng)时与射(shè)频组件相连的电(diàn)源线、信号线也采用屏蔽电缆,并增加必要的滤波网络,以最大(dà)降度地抑制干(gàn)扰,充(chōng)分发(fā)挥接收机高灵敏度的优势(shì)。

5、优先(xiān)采(cǎi)用抗干扰(rǎo)能力强的无(wú)线(xiàn)通信产品

当无(wú)线(xiàn)通信接收机处在(zài)电磁干扰较(jiào)大的环境中工作时,如果抗干扰能力跟不上,接收灵敏度高将变得毫无意义(yì),此(cǐ)时应优先(xiān)采用抗干扰(rǎo)能力较强的产品,如果是数字通信系统还(hái)应(yīng)优先采用(yòng)有软件纠错功能的产(chǎn)品。

6、防雷(léi)、防水(shuǐ)、防潮

对于采用室外天(tiān)线的系统,必须(xū)采取避雷、防雷措施,如加装避雷针、避(bì)雷(léi)器(qì),同时,对于露天架空的供电电源线、信号传输线也要采取避雷防雷(léi)措施(shī),以防雷电从(cóng)电缆串入机(jī)器。对于(yú)露天安装的射频(pín)组件还应采取防水措(cuò)施,以防下雨时雨水进入机器,如果设备(bèi)不是长期通电或不经(jīng)常使用,而空气又比较潮湿,则还应采取防潮措施,例如在机壳内(nèi)适当地方放置并(bìng)定期更换(huàn)干燥(zào)剂,总之,要防止机器进水(shuǐ)和受潮(cháo),以免电(diàn)路组件发霉(méi)、生锈而(ér)失(shī)效。

9ee682fdd7aaf556956f1ebca0d4c586.jpg

咨询航拍服务可加老鹰的微信laoyingfly

相关(guān)文(wén)章
云南骏(jun4)鹰航(háng)空科技有限公司 版权(quán)所有
联系人(rén):高先生
电话(微信):18208826648
地址:昆明(míng)市西(xī)福路(lù)完美体育和骏鹰航空科技园
网站备案号(hào): 滇ICP备19003830号-1
完美体育

微信咨询.png

完美体育

完美体育