無線傳輸距離和發射功率以及頻率的關系

功率 靈敏度 （dBm dBmV dBuV）
dBm=10log(Pout/1mW)，其中 Pout 是以 mW為單位的功率值
dBmV=20log(Vout /1mV)，其中 Vout 是以 mV為單位的電壓值
dBuV=20log(Vout /1uV) ，其中 Vout 是以 uV為單位的電壓值
換算關系：
Pout＝Vout×Vout/R
dBmV=10log(R/0.001)+dBm，R為負載阻抗
dBuV=60+dBmV
應用舉例
無線通信距離的計算
這里給出自由空間傳播時的無線通信距離的計算方法：所謂自由空
間傳播系指天線周圍為無限大真空時的電波傳播， 它是理想傳播條件。 電波在自
由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產生反射或散射。
通信距離與發射功率、接收靈敏度和工作頻率有關。
[Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)
式中 Lfs 為傳輸損耗， d 為傳輸距離，頻率的單位以 MHz計算。
由上式可見，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率
f 和傳播距離 d 有關，當 f 或 d 增大一倍時，［ Lfs ］將分別增加 6dB.
下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
Los 是傳播損耗，單位為 dB，d 是距離，單位是 Km，f 是工作頻率，單位是
MHz
下面舉例說明一個工作頻率為 433.92MHz，發射功率為＋ 10dBm(10mW) ，接
收靈敏度為 -105dBm的系統在自由空間的傳播距離：
1. 由發射功率 +10dBm，接收靈敏度為 -105dBm
Los = 115dB （10dBm-Los=-105dBm =>Los=115dB ）
2. 由 Los、f
計算得出 d =30 公里
（Solve[ 115==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x]
{{x 30.945}} ）
這是理想狀況下的傳輸距離，實際的應用中是會低於該值，這是因
為無線通信要受到各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑等造成的損耗，
將上述損耗的參考值計入上式中，即可計算出近似通信距離。
假定大氣、遮擋等造成的損耗為 25dB，可以計算得出通信距離為：
d =1.7 公里
（Solve[90==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x]
{{x 1.74016}} ）
結論: 無線傳輸損耗每增加 6dB, 傳送距離減小一倍
無線傳輸距離測算
很多時候， 需要預估自己的無線究竟能傳輸多遠距離， 來粗略評估產品是否能夠達到實用的
水平。下面大致給出無線在自由空間傳播距離的計算公式。 自由空間指天線周圍附近為無限
大真空環境，是理想的環境。無線電波在傳播中，能量不會被其他物體吸收、反射、衍射。
自由空間中無線通信距離與發射功率，接收靈敏度，工作頻率有關。
自由空間無線電波傳播的損耗為：
Loss=32.44+20lgd+20lgf
Loss— 傳播損耗，單位 dB;d—距離，單位 km;f— 工作頻率，單位 MHz 。
例如：工作頻率在 2.4GHz，發射功率為 0dBm（1mw），接收靈敏度為 -70dBm 的藍牙系統
在自由空間的傳播距離：
通過發射功率 0dBm，接收靈敏度為 -70dBm，得到 loss 為 70dB，再由公式計算 d=31.6m ，
在理想環境下傳輸距離是約 31.6m，不過實際 上由於大氣和系統周圍的物體對無線電波的
吸收， 反射，衍射以及干擾等造成一些損耗， 從而實際距離會低於這個值。 如果環境造成的
損耗為 10dB 的話，那么距 離只有 10m。因此做藍牙系統，如果僅僅達到標准的話，是很
難達到 10m 的。
如何來增加無線通信距離呢？
在固定的頻率條件下，影響通信距離的因素有：發射功率、接收靈敏度、傳播損耗、天線增
益等。對於系統設計者，周圍環境對電波的吸收，多徑干擾，傳播損耗等是無法改變，但是
可以優化發射功率、 接收靈敏度和天線等。 一般設計者在增加傳輸距離的時候， 往往會首先
想到增加發射功率和接收靈敏度，但是增加發射功率會導致如下問題：
1.增加功耗； 2.增加系統復雜性和成本； 3.可能導致發射器飽和失真，產生諧波，降低信噪
比。
因此有時提高發射功率並不能提升距離， 反倒出現距離變近， 性能變差的現象； 增加接受靈
敏度也會造成系統復雜性和成本上升，不過在優化系統在 RFreceiver 路徑上的插入損耗和
match 來提升接收靈敏度也是一個不錯的辦法。 不過在不改變系統本身來改善天線也是一個
很好的方法，可以選用高增益的天線，可以明顯的增加傳輸距離。