无线链路计算之无线电通信视距传播极限距离计算方法

无线电通信视距传播极限距离计算方法

我们知道，地球是圆的，假设地球半径为R，发射端天线高度为Ht，接收端天线高度为Hr，Tx和Rx的两点直视距离为d，那么如下图，



无线电通信视距传播距离计算公式为：
视距传播距离=4.12×（√发射天线高度+√接收天线高度）。

例如，发射塔相对地面平均海拔高度的绝对差为150米，发射天线安装高度为10米，无人机飞行高度500米，则计算公式如下：无线电视距极限传播距离=4.12×（√160+√500）=144.24KM。则无人机有效直视通信距离约为 Re = 100KM。
公式由来：
受地球曲率半径的影响，极限直视距离 R max 和发射天线与接收天线的高度 H T 与 H R 间的关系 为 ： R max ＝ 3.57{ √H T (m) +√H R (m) } (km)

考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为R max ＝ 4.12 { √H T (m) +√H R (m) } (km)
电波传播的有效直视距离 Re 约为 极限直视距离Rmax 的 70% ，即 Re = 0.7 Rmax .

极限距离决定了无线传播的上限，根据弗里斯距离方程，我们传播距离的提升可以通过增大发射功率、增大天线增益、提升接收灵敏度（也就是方程中的Pr值减小）实现，但是如果该值已经超过了我们的极限距离，那么就需要通过增加发射端或接收端天线的高度来实现了。
实际应用中，明明接收端灵敏度很高，链路预算也很平坦，并且跑到了郊外平坦的环境测试，但是最后的测试结果远小于预期，就是因为没有考虑地球是圆的，存在极限传输距离的问题。
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以下障碍可能会挡住可视链路：
• 地形特征，例如山脉等
• 地球曲率
• 建筑及其他人工地物
• 树木

有几种选择可建立或改进无线电波的可视传输通道:
• 在现有结构上升高天线的安装点
• 建造一个新结构，即无线电天线塔，塔高足以安装天线
• 增加现有塔的高度
• 为天线另寻安装点，例如建筑物或塔
• 尽量避开引起电波传播问题的树木

能够影响可见视线之障碍，同样可以影响无线电波的可视传输通道。但我们还必须考虑电波传播的菲涅耳效应。如果山脊或建筑等类似坚硬物体距离信号通道太近，就会损坏无线电波电信号或降低其强度。即使障碍物没有遮掩住直接、可见的视线，损坏无线电波电信号或降低其强度这种情况也会发生。

无线电波波束的菲涅耳区是一个直接环绕在可见视线通路周围的椭球区域。其厚度会因信号通路长度和信号频率的不同而有变化。

当坚硬物体突入菲涅耳区内的信号通道时，锐边衍射就会使部分信号偏转，致使其到达接收天线的时间略微晚于直接信号。由于这些偏转的信号与直接信号有相位差，所以它们会降低其功率或者将其完全抵消。如果树木或其他“软”物体突入菲涅耳区，它们就会削弱通过的信号（降低其强度）。简而言之，尽管事实上你能够看到一个位置，但这并不意味着你就能够建立到该位置的优质无线微波电链路。

在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。超短波、微波的频率较高，波长短，绕射能力弱，在高大建筑物后面信号强度小，形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度，不仅和建筑物的高度有关，和接收天线与建筑物之间的距离有关，还和频率有关。例如有一个建筑物，其高度为 10 米，在建筑物后面距离200 米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在 100 米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。注意，诚如上面所说过的那样，减弱程度还与信号频率有关，对于 216 ～ 223 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16 dB，对于 670 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB .如果建筑物高度增加到50 米时，则在距建筑物 1000 米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱。也就是说，频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。


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