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接收机灵敏度怎么计算？
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接收机灵敏度怎么计算？
接收机灵敏度怎么计算？计算方法是什么?有人知道计算公式是什么吗？
提问者：王佩珍|
浏览：1610|
时间： 11:32:00
已有4条答案
回答数：13981|被采纳数：20
苏州雅私阁装饰工程有限公司
所有回答：&13981
接收机灵敏度方程 && &&对于给定的输入信号电平，为了确定SNR，用噪声系数方程表示Sin： && && &&F &&= &&(Sin &&/ &&Nin) &&/ &&(Sout &&/ &&Nout)或F &&= &&(Sin &&/ &&Nin) &&× &&(Nout &&/ &&Sout) && &&Sin &&= &&F &&× &&Nin &&×(Sout &&/ &&Nout) && &&Sin又可以表示为： && && &&Sin &&= &&F &&× &&KTBRF &&× &&Eb/No &&× &&1/PG && &&用一种更加常用的对数形式表示，对每一项取以10为底的对数再乘10得到单位dB或dBm。于是噪声系数NF &&(dB) &&= &&10 &&× &&log &&(F)，由此得出下面的接收机灵敏度方程： && && &&Sin &&(dBm) &&= &&NF &&(dB) &&+ &&KTBRF &&(dBm) &&+ &&Eb/No &&(dB) &&- &&PG &&(dB)
回答数：52172|被采纳数：272
昆明美瑞宜家装饰工程有限公司
所有回答：&52172
<p class="ask_one_p edit_ &&GPS &&接收机的灵敏度定义
&& && &&随着GPS &&应用范围的不断扩展，对GPS &&接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS &&的使用范围。
作为GPS &&接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS &&接收模块孜孜以求的目标。对于GPS &&接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm &&以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm &&和-158dBm &&以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。
GPS &&接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。
2 &&GPS &&接收模块的灵敏度性能分析
从系统级的观点来看，GPS &&接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。
2.1 &&接收机前端电路性能对灵敏度的影响
GPS &&信号是从距地面 &&20000km &&的LEO（Low &&Earth &&Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1 &&频段（fL1=1575.42MHz）自由空间衰减为：
&&GPS接收机的灵敏度分析 && && &&（1）
按照GPS &&系统设计指标，L1 &&频段的C/A &&码信号的发射EIRP（Effective &&Isotropic &&Radiated &&Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS &&系统L1 &&频段C/A &&码信号到达地面的强度为：
&& && &&GPS接收机的灵敏度分析（2）
GPS &&ICD（Interface &&Control &&Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS &&系统L1 &&频段C/A &&码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1 &&频段C/A &&信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。
GPS接收机的灵敏度分析
&& && && && && &&GPS &&信号被天线接收下来后，假如天线有源，则经过滤波器和低噪放，再通过电缆接到接收机部分，接收机内同样经过一级低噪放和一级滤波器，再进射频前端模块进行下变频和模数转换处理。
天线的有源部分主要是用来补偿从天线到接收模块之间的电缆损耗，假如天线和接收模块之间的插极小，则可以使用无源天线。
GPS &&接收机前整个特性可以由整个接收机的G/T &&值来表征。设GPS &&接收机的射频前端可以分为n &&级，第i &&级的增益、噪声系数、等效噪声温度分别为Gi、NFi、Tei，则GPS &&接收机的总的等效噪声温度为：
&& && && && && && &&GPS接收机的灵敏度分析（3）
其中，Ga &&为天线增益，Ta &&为天线噪声温度。天线的噪声温度和天线大小、信号频率、天线方向图、摆放位置等都有关系，一般GPS &&天线噪声温度为Ta=100K。
根据系统的G/T &&值即可以得到在一定输进信号功率下的接收载噪比：
GPS接收机的灵敏度分析
其中，k=1.38e-23，为Bolzmann &&常数。
下表给出了采用有源天线的场景下常见的GPS &&接收模块前端载噪比计算：
GPS接收机的灵敏度分析
表 &&1 &&有源天线场景下GPS &&接收单元前端载噪比计算
从上表可以很明显的看出，影响系统载噪比的最主要因素是天线本身的增益和噪声温度，在天线无源部分性能确定的条件下，天线有源部分则决定了整个系统的载噪比变化，而后级的链路增益和噪声系数对系统载噪比基本没有贡献。
实际电路设计中，由于电磁干扰的存在，每一级都有可能引进新的噪声，后级的性能也会对系统载噪比产生重要影响。因此，需要重点考虑电磁干扰对系统性能带来的损失。有源天线的主要目的是补偿天线至接收机的电缆损耗，对于天线和接收机比较接近的场景，天线至接收机的损耗基本可以忽略，则可以直接采用无源天线，通过进步接收机内部第一级低噪声放大器的增益和噪声系数性能，同样可以达到采用有源天线的性能。第一级的噪声系数决定了前级引进噪声的大小，而第一级的增益则决定了后级引进的噪声对系统性能的影响，第一级的增益越大，后级噪声性能对系统性能的影响越小，但同时需要考虑整个信号通路至A/D &&量化部分的总体增益，以确保A/D &&量化对信噪比的损失最小。
下图给出了接收机前级低噪声放大器的噪声系数对系统整体载噪比的影响，图中还给出了不同增益天线的性能差异。实际中选用天线时，除天线增益外，还需要考虑天线的方向图、不圆度以及轴比、驻波系数等性能。
GPS接收机的灵敏度分析
图 &&2 &&前级放大器噪声系数对载噪比的影响
接收机前A/D &&转换过程也会导致系统载噪比的降低，A/D &&量化对信噪比的影响主要和A/D &&量化位数有关，一般以为，1bit &&量化会导致1.96dB &&的载噪比损失，但该值的条件是中频带宽为无穷宽。A/D &&转换的载噪比损失还和中频带宽有关，对于中频带宽即是C/A码带宽而言，1bit &&量化会导致3.5dB &&的载噪比损失，而3bit &&量化带来的载噪比损失为0.7dB（[4]）。
此外，A/D &&转换对性能的影响还和A/D &&量化最大阈值和噪声的均方根（RMS）之间的比例有关。
接收机的热噪声基底为：
&&GPS接收机的灵敏度分析
假设接收机带宽为GPS &&C/A &&码的带宽2.046MHz，则热噪声基底的功率为:
GPS接收机的灵敏度分析
该功率远大于GPS &&输进信号功率-130dBm，因此系统的增益控制以及A/D &&量化阈值主要由热噪声确定，与输进信号强度基本无关。
常用的GPS &&射频芯片中，A/D &&量化和自动增益控制部分的电路都是联合设计的，根据A/D &&量化阈值的要求设置自动增益控制的控制电平。
2.2 &&基带算法性能对灵敏度的影响
基带算法性能直接影响信号捕捉、跟踪以及解调过程对载噪比的最低要求。GPS &&信号是一个扩频系统，对于C/A &&码而言，其扩频码为码长1023 &&的Gold &&码，码速率为1.023Mcps，即每1ms &&为一个C/A &&码周期。因此，可以通过进步本地码和接收信号之间的积分时间来进步接收信号的载噪比。
积分方式分为相干累积和非相干累积。相干累积是指直接用本地码和接收信号按位相乘后再累加，而非相干累积则是对相干累积的结果再进行直接相加。
相干累积结果可根据下式进行计算（[5]）：
GPS接收机的灵敏度分析
其中，Δf &&为本地本振与载波之间的频率差，T &&为相干累积时间，CN0为到达基带时的
信号载噪比，单位为dBHz， &&R(τ &&) &&为C/A &&码的自相关函数， &&Δφ &&为初始相位差， &&D为信号调制的导航电文符号， &&ηI &&和ηQ &&分别为I &&路和Q &&路的噪声。
由公式(6)(7)可知，相干累积结果和相干累积时长非常相关，相干累积时间越长，对输进载噪比的要求越低，其灵敏度也就越高，但累积时长过长，由于频偏Δf &&的影响，上式中第一项值也会越小，又会降低其灵敏度。因此，一般高灵敏度的GPS &&接收机都需要采用频率稳定度较高的TCXO &&作为本振，以降低本地频率和载波频率之间的偏差。一般而言，高灵敏度的基带算法对本振的稳定度要求在8ppm &&左右，该稳定度包括校正偏差、老化以及温度补偿稳定度，对于频率校正稳定度为2ppm、老化稳定度为5ppm &&的TCXO &&而言，一般要求其温度补偿稳定度在0.5ppm &&以内。
非相干累积结果为GPS接收机的灵敏度分析 &&，通过公式(6)(7)还可以看出，当采用非相干累积时，由于ηI &&和ηQ的存在，其信噪比会比相干累积有所降低。
下图给出了不同频率偏移情况下相干累积结果随相干时长变化的情况。由图中可以看出，当频偏较小的情况下，可以选择较长的相干时长以达到较高的相干累积结果。
GPS接收机的灵敏度分析
图 &&3 &&相干时长与相干累积结果的关系
2.3 &&高接收灵敏度的GPS &&接收机设计
根据本文前述内容的分析可知，要设计高接收灵敏度的GPS &&接收机，需要从以下几个方面着手：
1、 &&要有好的抗干扰和隔离设计，由于GPS &&信号属于弱信号，信号强度在-130dBm左右，因此射频通道内任何一级引进的干扰都有可能极大地影响系统的接收信噪比，因此，需要从电路设计上做到抗干扰和隔离，尤其是地线的设计，差的地线设计可以使系统信噪比降低6dB &&以上；
2、 &&需要最小化接收机噪声，即尽可能进步系统的G/T &&值，这可以从尽量降低前级噪声系数、前级增益等方面进行，但同时还需要考虑系统的动态范围，全通道增益不能过大；
3、 &&要有好的基带算法，包括对信噪比要求极低的捕捉、跟踪算法，这一点目前在业界很多GPS &&基带芯片内都已经实现；
4、 &&需要高稳定度的本振，这也是好的基带算法能够工作的必要条件。
回答数：17357|被采纳数：40
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FN=NO/GNI &&① &&
其中： &&FN &&为噪声系数； &&
NI &&为输入理论热噪声功率，NI=kT0B，k是波尔兹曼常数，T0是室温的绝对温度，B是接收机有效噪声带宽（或频谱仪的分辨带宽）； &&
NO &&为输出噪声功率； &&
G &&为电路系统增益。 &&
电路的输出噪声除以增益即为电路的等效噪声输入，所以NI &&FN为等效电路的输入噪声功率。即： &&
NI &&FN &&=kT0B &&FN &&
在接收机应用中，kT0B &&FN表示接收机输入端的噪声功率，信号电平必须超过此噪声功率。若S/N=1，则输入信号功率等于kT0B &&FN，如用对数形式表示则为： &&
10lgNI=10lgkT0B=-174+10lgB（dBm） &&② &&
若B=1Hz，则：10lgNI=-174+10lgB &&=-174(dBm/Hz)； &&
若B=1kHz，则：10lgNI=-174+10lgB &&=-144(dBm/kHz)。 &&
若S/N=1，接收机噪声系数为NF=10lgFN，则接收机（或频谱仪）的灵敏度为： &&
SN=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN（dBm/Hz） &&③ &&
若B=1Hz，则：SN=-174+NF（dBm/Hz）； &&
若B=1kHz，则：SN &&=-144+NF（dBm/kHz）。 &&
HP8593E频谱仪噪声系数的典型取值是32dB,即NF=10lgFN=32。那么在频谱仪前端没有衰减的条件下，其接收灵敏度为(若前端衰减设置为10dB，则频谱仪灵敏度下降10dB)： &&
S=10lgkT0BFN=-174+10lgBFN &&=-174+32+10lgB。 &&
若B=1Hz，则：S &&=-142（dBm/Hz）； &&
若B=1kHz，则：S &&=-112（dBm/kHz）。 &&
对于较为弱小的信号，在频谱仪前端增设低噪声放大器，将明显提高接收系统灵敏度。
回答数：3123|被采纳数：3
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接收灵敏度的定义公式
摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例，以便验证其数学定义。
在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No (每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。
从噪声系数F推导Eb/No关系
根据定义，F是设备(单级设备，多级设备，或者是整个接收机)输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。
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提高调频接收机灵敏度一想法和探讨
喜欢玩调频接收。在提高接收机的灵敏度度上，加过一级高放电路，但效果不甚理想。
突然想起，用TA7358做高放和混频，输出10.7MHZ中频后，再用9018做一级预中放后，再进入CXA1191的12脚进行放大和解调。
CXA1191本身的高放（本振不用，不产生混频信号），只放大10.7MHZ的中频信号。再加上它本身的中放，相当于有三级中放，这样中放的增益就提高了很多。
整机的灵敏度不就提高了吗。有制作过 的坛友请介绍经验，不吝赐教。
与其提高中放中增，不如提升天线挡次，八木天线，从半振，扁环，王字，一直加引器(杆)反射器(杆)，天线放大器，天线上多获得的1一3分贝增益是个不小的信号质量，除了庞大这个缺点，效果惊人，试试吧
搞好天线及LC－Q值才称提灵敏，高中放加级数提高增益等于功放将信号放大类似，信号进来的头道门槛是啥，大家很清楚了。Q值过高 频带宽了弱台干扰强台杂音涌现。所以灵敏有个“度”
wjx591010 发表于
与其提高中放中增，不如提升天线挡次，八木天线，从半振，扁环，王字，一直加引器(杆)反射器(杆)，天线放大 ...
谢谢，提升天线挡次，用八木天线那当然效果好了。我忘了说了一个前提条件：接收天线只能用拉杆天线。天线不能改变了，只能在电路上下工夫了，呵呵。
如单根拉杆再加一根或半波振子，拆黑白电视的v型拉杆匹配51欧阻抗，二手黑白电视v型拉杆基本完好的5一10搞定
可以增加一级低噪声中放增益不要太高，3端陶瓷滤波器也很重要，最好2只或3只高品质的相同的型号串联，可提高信噪比选择性，对邻频干扰的分离度大有提升，高质量多单元的八木天线加高放带通滤波也课提升灵敏度，高选择性的天线引向器转向指向不同地方电台时可在高选择性的接收机接收频率固定不变的情况下，利用天线的方向性（接收到换不同地方发射的电台），即利用天线转向换台，很有意思
好像有成品机就是有调频高放的。
BAIWEI007 发表于
可以增加一级低噪声中放增益不要太高，3端陶瓷滤波器也很重要，最好2只或3只高品质的相同的型号串联，可提高 ...
完全赞成这样做，实际效果很好!
早期的001天线就很好。
感谢以上各位坛友的参与和指教。
我主要做定频接收，现做了些校园调频接收音柱。里面用的是常规的收音块子1191，接收一个固定的频率，如88.5MHZ。
这些音柱平时就安装在室外的电线杆上，接收天线就是一根1米长的软电线。
考虑到运输、成本和安装方便，接收天线也只能用软电线。
因为发射机的功率比较小，为了增加通讯距离，只好提高接收机的灵敏度。
普通的CD1191灵敏度太低，所以，想办法提高其灵敏度。
试过加一级高放，但效果不甚理想，所以现在又想到了提高中放增益的方法。
但效果如何，还需实验决定，呵呵。
是定频方便多了，加调谐高放就可以了
wjx591010 发表于
是定频方便多了，加调谐高放就可以了
虽说是定频接收，但频率范围宽，76---108MHZ。
加调谐高放也可以，但要考虑到易于调试和批量化生产，还有室外应用的长期可靠性。
好像坛里有一个用TAMHZ中频放大的图纸，忘了是哪个帖子了，请知道的坛友告诉一下。
76一108M是学生机，校园内接收普通的德生熊猫机足矣，我离某高中二百米接收教授外语很清晰，立体声机置单声道即可，学校机功率有限，购品牌学生机就行了，何必大费周章
本帖最后由 66718 于
15:25 编辑
w412321 发表于
虽说是定频接收，但频率范围宽，76---108MHZ。
加调谐高放也可以，但要考虑到易于调试和批量化生产，还有 ...
当收音机的高频中频放大量，足够以后，接收信号的信噪比才是最重要的，信噪比满足不了，放大信号的同时，噪音干扰也放大了，一样接受不好。
其实对于CAX1191一类的FM机，由于IC本身的高放，中放增益已经足够。
单纯加高放和中放，对灵敏度的提升不是很明显。增益加高了，反而容易自激和不稳定。
用TA7358做高频来代替CAX1191的高频部分，我个人觉得，更是多此一举。同属普及型的IC，高频电路的构造也差不多，指标也不会有天壤之别，这个灵敏度不会有明显的提升。
我觉得比较可行的方案：1，把软拖线的天线换成75cm以上的拉杆天线，方便调整方向，以获取最大的信号强度。
2，坛友说的用两到三只高品质的10.7mhz陶瓷滤波器串联，再加一级低增益的中放，以弥补陶瓷滤波器的损耗，可以一试。
微信：caoyin513 QQ: E-mail：
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模拟地震作用,对福建省泉州地区的原状花岗岩风化残积粘性土的动应力应变关系、动剪切模量和阻尼比进行了试验研究.研究结果表明:这种残积粘性土在地震荷载作用下的动应力应变关系也可以很好地用双曲线函数关系来表示.动剪切模量随周围有效压力的增加而增加,随孔隙比的增加而减小,可以用一个经验公式来表示.这种残积土的阻尼比较一般沉积粘性土为高,主要影响因素是土的颗粒形状、组成和动应变幅值.
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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。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!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。SEMTECH(XEMICS)的XE1203 在1.2kbps 的通讯速率下接收灵敏度可达-114------116dBm,XE1205 在1.2kbps 的通讯速率下接收灵敏度可达-120-------121dBm(注:此灵敏度下通讯的误码率为0.1%)6、系统抗干扰能力实际的通信环境总是存在着各种干扰源，在同样的发射功率和同样的接收灵敏度的前提下，系统的抗干扰能力越强，实际通信距离也越远。许多高频工程师都有这样的体会：在实验室（屏蔽网房）内测试，调幅机与调频机的发射功率和接收灵敏度都相同，但在实际环境中测试时，调频机的通信距离往往是调幅机的若干倍，甚至调幅机根本就不能工作，而调频机仍能有较远的通信距离，原因是调频机的抗干扰能力要比调幅机强得多。而影响无线通信系统抗干扰能力的因素也很多，主要与调制/解调方式，工作带宽，电路设计PCB 板布局和退耦及屏蔽措施是否得当有关，一般而言，调频系统的抗干扰能力优于调幅系统，而窄带系统的抗干扰能力优于宽带系统，因此，带宽越窄，抗干扰能力就越强，在同一发射功率和接收灵敏度条件下，通信距离也越远。XE1203的通讯带宽最小为200KHZ,XE1205 的最小带宽可达7KHZ. 另SEMTECH(XEMICS)公司的RF IC 都是基于零中频结构的设计,这样不仅能省去昂贵的IF 滤波器,而且有更好的抗干扰特性7、软件纠错具有软件纠错的系统，其通信距离也比无软件纠错的系统远；软件纠错能改善接收灵敏度1-3dB，但会产生一定的延时，在实时性要求很高的系统中也要考虑这一因素的影响。8、天线类型及其增益天线的增益越高，通信距离也越远。当发射机采用高增益的定向天线时，能显著提高通信方向上的功率密度（场强），而接收机采用高增益定向天线时能显著改善信号/噪声比，并提高接收场强，从而大幅度提高通信距离。目前适合ISM/SRD 免证使用频段的无线通信设备使用的天线有以下几种：鞭状天线（螺旋天线、拉杆天线）：增益0~3.5dB，适合便携式移动手持机使用中增益吸盘天线：增益5.5~7dB，适合固定机及车载机使用高增益全向天线：增益8.5~10dB，需室外安装，适合于固定机组网用高增益定向天线：增益10~`12dB，需室外安装，适合于远距离固定机用需要说明的一点是:增益越高的天线其几何尺寸也越大,特别是高增益的定向或全向天线要求室外安装才能发挥其最佳效率,所以选项购天线是也要考虑使用及安装是否方便。9、天线有效高度在各种条件相同的前提下，天线距离地平面的高度越高，通信距离越远，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，无线通信距离的估算从上面的分析可知：很多因素都会影响无线通信设备的通信距离，而其中的地理环境、电磁环境、气侯条件对无线通信距离的影响是由用户的使用条件决定的，难以改变，也很难用一个数学表达式描述出来，只有那些能量化的因素才能用一个数学表达式描述。对于工作频率范围在300MHZ~3GHZ 之间的无线通信设备，在视距范围（又称自由空间）内，已知发射功率P（W）、接收灵敏度E（uv）、发射天线R 的有效高度Ht(m)及接收天线有效高度Hr（m）、发射天线增益Gt 及接收天线增益Gr（单位均为倍，而不是dB）、载频波长λ（m），则通信距离d（m）可由下：设发射功率为P（W），发射天线及接收天线增益分别为Gt 和Gr（单位均为倍），发射天线及接收天线的有效高度分别为ht 和hr（单位均为米），发射机与接收机之间的距离为d（m），射频信号波长为λ（m），提高发射及接收天线的有效高度对信号台场强的提高影响最显著。对于XE1203 模块，工作在1.2KBps 的条件时接收灵敏度为-115dBm，代入上式可计算得在开阔地的通信距离约为10Km 左右，但调试良好的XE203 模块在上述条件下的实测距离为600—1000m，约为理论值的6%-10%左右。 为什么实际距离与理论值之间会有这么大的差距呢？原因有三个方面：首先是公式中的结果是一个纯理论值，只考虑了电磁波在自由空间中传播过程中随着距离的增加，能量扩散到更大空间后能量密度减小后导致信号场强减小的结果，而没有考虑空气及地面等介质对电磁波吸收、衰减的影响；其次是没有考虑发射天线的发射效率和接收天线的接收效率（理论上可以做到100%但实际上达不到）的影响，最后是也没有考虑各种电磁干扰及接收机的抗干扰能力的影响，从而导致了实际结果与理论计算值有较大的误差。实际的通信环境中总是存在着各种各样的干扰源，有时虽然接收天线上感应到的信号强度远高于接收灵敏度，但是当接收机所处环境的电磁干扰较大时，有用信号仍被淹没有干扰信号中，而接收机又不能有效抑制干扰，同样不能进行有效的无线电通信，如果接收机的抗干扰能力很强，这种影响就比较小。在发射功率和接收灵敏度都相同的前提下，系统的抗干扰能力越强，实际通信距离也就越远。许多高频工程师都有这样的体会：在实验室（屏蔽网房）内测试，调幅系统与调频系统的发射功率和接收灵敏度都相同时，在实际环境中测试时，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，调幅系统根本就不能通信，而调频系统仍能保持较远的通信距离，原因是调频系统的抗干扰能力要比调幅系统强得多。相对而言，调频系统的抗干扰能力优于调幅系统，而窄带系统的抗干扰能力优于宽带系统，- 8 -因此，在发射功率及接收灵敏度相同的前提下，带宽越窄，通信距离也越远。通过上述分析，我们可以得出这样的结论：在实际通信环境中，微功率无线通信系统的通信距离主要取决于系统的抗干扰能力。三、提高通信距离的措施：当地理环境和电磁环境一定时，为了保证无线通信的稳定和可靠，并充分挖掘低电压微功率无线通信设备的潜力，又要做到经济实用，在工程设计中可考虑以下措施：1、尽可能提高天线的有效高度从计算通信距离的公式中可以看出，通信距离与收/发天线有效高度之积的平方根成正比，提高天线的有效高度能显著扩大通信距离，特别是在城市环境中，将天线设在楼顶时能避开很多障碍并远离干扰源，从而扩大通信范围。2、采用高增益天线天线是无源器件，其本身不能放大信号，但高增益天线能显著提高通信方向上的能量密度，提高信号/噪声比，从而扩大通信范围，其作用就与手电筒或是探照灯上的聚光镜相似。但高增益天线的成本较高，几何尺寸及重量都比较大，只适合于固定安装使用，因此，在一定对多点或多点对一点的无线通信组网中可考虑主机用高增益的全向天线，分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可选用高增益的定向天线，而距离主机较近的分机可选用低成本的普通鞭状天线，以降低系统成本。发射机采用高增益定向天线可显著提高通信方向上的信号强度，而接收机采用高增益定向天线可显著提高通信方向上的接收信号场强和信号/噪声之比，从而大幅度地扩大通信距离，但只适合于同一个方向上的通信，并且成本也较高，天线的几何尺寸大，重量也较重，只适合于固定安装使用。3、尽量缩短射频电缆的长度用于连接无线通信机与室外天线的射频同轴电缆对射频信号也有一定的损耗，例如：50-3 型电缆的损耗为0.2dB/m，50-7 型电缆的损耗为0.1dB/m，50-9 型电缆的损耗为0.07dB/m，电缆越长，损耗就越大，对所传输的射频信号的损耗的增大又会导致通信距离的下降，所以必要时可将射频组件直接装在室外天线的底部，而射频组件与用户系统间的连线则采用多芯屏蔽电缆连接。4、尽量远离各种干扰源距干扰源越近，信号/噪声比就越低，也会导致通信距离下降。必要时可分别对数传模块和会产生电磁干扰的部件采取屏蔽措施，并用特性阻抗为50Ω 的射频同轴电缆将天线引到远离干扰源的地方，同时与射频组件相连的电源线、信号线也采用屏蔽电缆，并增加必要的滤波网络，以最大降度地抑制干扰，充分发挥接收机高灵敏度的优势。5，优先采用抗干扰能力强的无线通信产品当无线通信接收机处在电磁干扰较大的环境中工作时，如果抗干扰能力跟不上，接收灵敏度高将变得毫无意义，此时应优先采用抗干扰能力较强的产品，如果是数字通信系统还应优先采用有软件纠错功能的产品。6，防雷、防水、防潮对于采用室外天线的系统，必须采取避雷、防雷措施，如加装避雷针、避雷器，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措施，以防雷电从电缆串入机器。对于露天安装的射频组件还应采取防水措施，以防下雨时雨水进入机器，如果设备不是长期通电或不经常使用，而空气又比较潮湿，则还应采取防潮措施，例如在机壳内适当地方放置并定期更换干燥剂，总之，要防止机器进水和受潮，以免电路组件发霉、生锈而失效。
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