Перейти к содержимому
7

[1.3] Бюджет радиолинии: расчёт дальности связи #

Техник БПЛА · радиосвязь, РЭБ и РЭР

Бюджет радиолинии показывает, останется ли принятый сигнал выше порога чувствительности приёмника на заданной дальности.

Содержание

1. Потери в свободном пространстве

Основная часть энергии теряется не в аппаратуре, а при распространении. Потери в свободном пространстве рассчитываются по выражению:

\( L_{сво} = 20 \lg d + 20 \lg f + 32{,}44 \)

Здесь \( L_{сво} \) — потери в дБ, \( d \) — расстояние в километрах, \( f \) — частота в мегагерцах.

Расстояние868 МГц2440 МГц5800 МГц
100 м71,2 дБ80,2 дБ87,7 дБ
500 м85,2 дБ94,2 дБ101,7 дБ
1 км91,2 дБ100,2 дБ107,7 дБ
5 км105,2 дБ114,2 дБ121,7 дБ
10 км111,2 дБ120,2 дБ127,7 дБ
20 км117,2 дБ126,2 дБ133,7 дБ
50 км125,2 дБ134,2 дБ141,7 дБ

Из таблицы видно главное правило: удвоение расстояния добавляет 6 дБ потерь, десятикратное увеличение расстояния добавляет 20 дБ.

↑ К оглавлению

2. Полное уравнение радиолинии

Уровень сигнала на входе приёмника определяется выражением:

\( P_{пр} = P_{пер} + G_{пер} - L_{тр.пер} - L_{сво} - L_{доп} + G_{пр} - L_{тр.пр} \)

ОбозначениеВеличинаТиповое значение
\( P_{пер} \)Мощность передатчикаот 14 до 30 дБм
\( G_{пер} \)Усиление передающей антенныот 2 до 14 дБи
\( L_{тр.пер} \)Потери в тракте передатчикаот 0,5 до 3 дБ
\( L_{сво} \)Потери в свободном пространствепо таблице
\( L_{доп} \)Дополнительные потери: препятствия, поляризация, осадкиот 3 до 20 дБ
\( G_{пр} \)Усиление приёмной антенныот 0 до 3 дБи
\( L_{тр.пр} \)Потери в тракте приёмникаот 0,3 до 1 дБ

2.1 Запас линии

Запас линии равен разности между уровнем принятого сигнала и чувствительностью приёмника:

\( M = P_{пр} - S_{пр} \)

ЗапасОценка состояния линииДействия
более 20 дБУстойчивая связьПолёт по заданию
от 10 до 20 дБРабочий режимКонтроль уровня по телеметрии
от 6 до 10 дБПредельный режимПрекращение удаления, набор высоты
менее 6 дБСвязь неустойчиваНемедленный возврат
менее 0 дБСвязь отсутствуетСрабатывание защиты при потере управления

Правило проектирования. Линия рассчитывается с запасом не менее 15 дБ на заданной дальности. Запас расходуется на замирания [вики], наклон аппарата, ухудшение погоды и старение аппаратуры.

↑ К оглавлению

3. Расчётный пример

Пример расчёта командной линии

Исходные данные. Командная линия ExpressLRS на частоте 868 МГц. Мощность наземного модуля 250 мВт, что равно 24 дБм. Антенна [вики] наземного модуля штыревая с усилением 2 дБи, потери в тракте 0,5 дБ. На аппарате установлена антенна с усилением 1 дБи, потери в тракте 0,3 дБ. Чувствительность приёмника при скорости передачи 50 пакетов в секунду составляет минус 117 дБм. Требуемая дальность 15 км.

Расчёт потерь. \( L_{сво} = 20 \lg 15 + 20 \lg 868 + 32{,}44 = 23{,}5 + 58{,}8 + 32{,}4 = 114{,}7 \) дБ.

Дополнительные потери. Принимаются равными 6 дБ: 3 дБ на рассогласование поляризации [вики] при эволюциях и 3 дБ на влияние подстилающей поверхности.

Уровень принятого сигнала. \( P_{пр} = 24 + 2 - 0{,}5 - 114{,}7 - 6 + 1 - 0{,}3 = -94{,}5 \) дБм.

Запас линии. \( M = -94{,}5 - (-117) = 22{,}5 \) дБ.

Вывод. Запас превышает требуемые 15 дБ, линия на дальности 15 км работоспособна при условии прямой видимости.

3.1 Обратная задача: предельная дальность

Если известен допустимый уровень потерь, предельная дальность определяется как:

\( d = 10^{\frac{L_{сво} - 32{,}44 - 20 \lg f}{20}} \)

Для приведённого примера при запасе 15 дБ допустимые потери составляют \( 114{,}7 + 22{,}5 - 15 = 122{,}2 \) дБ, что соответствует дальности около 35 км. Это теоретический предел при прямой видимости, недостижимый на малых высотах из-за кривизны земной поверхности.

↑ К оглавлению

4. Почему расчёт расходится с практикой

ПричинаВеличина потерьКак выявить
Отсутствие прямой видимостиот 10 до 40 дБПостроение профиля местности
Перекрытие зоны Френеляот 6 до 20 дБРасчёт радиуса первой зоны
Рассогласование поляризацииот 3 до 20 дБСравнение ориентации антенн
Затенение корпусом аппаратаот 10 до 25 дБПровал связи при определённом курсе
Повышенный уровень шума в полосеот 5 до 30 дБНаблюдение спектра на приёмной стороне
Неисправность антенного трактаот 3 до 15 дБИзмерение коэффициента стоячей волны
Осадки на частоте 5,8 ГГцот 1 до 5 дБ на километрСопоставление с метеообстановкой

Главная причина расхождения. На практике дальность чаще всего ограничена не энергетикой линии, а затенением корпусом аппарата и подстилающей поверхностью. Расчёт по свободному пространству даёт оптимистичную оценку, которую следует уменьшать не менее чем вдвое при полётах на малых высотах.

Практическая работа 1.3

Цель. Рассчитать бюджет всех радиолиний собственной системы и сопоставить расчёт с фактическими данными телеметрии [вики].

Порядок выполнения. Составить таблицу расчёта для командной линии, линии телеметрии и линии передачи изображения. Выполнить полёт по прямой с удалением до потери устойчивой связи, фиксируя уровень принятого сигнала через каждые 200 м. Построить график зависимости уровня от расстояния и наложить на него расчётную кривую.

Критерий выполнения. Расхождение расчёта и измерения объяснено конкретными причинами из таблицы настоящего раздела.

↑ К оглавлению

5. Проверьте себя

  1. На сколько децибел возрастают потери при удвоении расстояния?
  2. Какой запас линии считается минимально допустимым для выполнения задания?
  3. Как рассчитывается уровень сигнала на входе приёмника?
  4. Почему расчёт по свободному пространству даёт завышенную дальность на малых высотах?
  5. Что показывает разность между уровнем принятого сигнала и чувствительностью приёмника?

Контрольный перечень

↑ К оглавлению

6. Источники

  1. Рекомендация Международного союза электросвязи ITU-R P.525-4. Расчёт ослабления в свободном пространстве.
  2. Рекомендация ITU-R P.530 о распространении на наземных линиях прямой видимости.
  3. Документация проекта ExpressLRS, таблица чувствительности приёмника по режимам.

Проверено: 20.09.2026

↑ К оглавлению
  • мод. : Понедельник, 21 сентября 2026