如何计算2.4GHz频段模块的路径损耗

电子元件技术 中字

  菲涅尔区

  菲涅尔区是指无线电波离开天线后在可视距离周围传播的区域,如图2所示。拥有视距对于保持强度有利,对于2.4GHz无线系统更是如此,原因在 于2.4GHz波易被水吸收。根据经验,必须有60%的菲涅尔区不存在障碍物。通常,20%的菲涅尔区被阻挡时几乎不会引起链路信号损耗,而这一比例超过 40%时信号损耗将非常明显。

  

  图2:菲涅尔区

  计算出可被阻挡的菲涅尔区的比例非常重要。通常,20%到40%的菲涅尔区被阻挡时几乎不会对通信链路造成干扰。被阻挡的菲涅尔区最好不要超过20%。

  由于存在墙壁和天花板等障碍物,建筑物中室内的传播损耗明显更高。这种损耗是墙壁和天花板引起的衰减,以及设备、家具和人为干预造成的阻挡共同作用的结果。

  径直道路上每棵树木造成的衰减损耗约为8dB到18dB。这种衰减取决于树木的大小、形状和种类。两面均干燥的木质墙壁会导致约6 dB的衰减。由于材料和视距等原因,相对较老的建筑物的内部损耗可能比新建筑物大。混凝土墙导致的损耗为10dB到15dB,具体取决于墙面的大小和形 状。建筑物地板导致的损耗为12dB到27dB。钢筋混凝土地板导致的损耗大于木质地板。镜面墙造成的损耗非常高,因为它采用了导电的反射涂层。

  有时,菲涅尔区能够很好地指示室内环境范围的测量结果。通常,视距传播的有效范围仅为前3m左右。超过3m后,在密集的办公室环境下,室内传播 损耗将升至30dB/30m。保守地说,大多数情况下对路径损耗的估算有所夸大。实际传播损耗与估算结果的偏差可能非常大,具体取决于建筑物的构造、结构 和布局。

  此外,还有一些可能导致菲涅尔区内发生传播损耗的其他原因,例如与其他发射器间的冲突、发射器的误差向量幅度(EVM)较弱(通常在20%到24% RMS范围内)以及物体或人员移动引起的反射等。

  图3显示了视距环境下的接收信号强度指示(RSSI)。

  

  图3:视距环境中的位置和距离

  结论

  选择路径损耗模型来预测RF系统性能时应十分谨慎。除极少数受限情况外,大多数情况下选择自由空间路径损耗(Free Space Path Loss, FSPL)模型会发生严重错误。对于城市环境,使用ITU室内传播模型更能反映真实场景。

  在城市环境中,最好使用10dB到12dB来预测传输距离加倍时所需增加的链路预算。接收器灵敏度是系统中最重要的变量,必须谨慎对待并相应优 化以延长传输距离。另外,任意无线系统中的其他变量也会影响传输距离,但仅在大幅变化时,其造成的影响才与接收器灵敏度变化产生的影响相当。

  多路径效应引起的衰落可导致大于30dB到40dB的信号衰减,因此在设计无线系统时,强烈建议在链路预算中留出足够的链路余量来解决这一损耗问题。

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