菲涅耳区和天线高度在线计算器

菲涅耳区是接收器和发射器二点之间形成的椭圆形状的电磁波传输空间。


单位:
输入参数
MHz

大气折射:

(典型值:1.33)

%

(典型值60%)

km

天线高度:

m
m

在任意点P:

km
km
m
计算结果

地球等效半径:

8472 km

等高天线建议:

60%菲涅耳区中点半径:

10.5 m

满足菲涅耳区的两个天线高度:

12 m

最小净空点:

至发射点距离:

3.2 km

海平面与菲涅耳区的高度:

32 m

任意点P测算:

60% 菲涅耳区半径:

10.5 m

障碍物和菲涅耳区之间的高度:

33 m

不想动脑者,谨记以下要点:

1.二点间视距最低要满足第一菲涅耳区空间要求,即至少60%菲涅耳区,然实际效果不理想;

2.若需获得良好的传输速率,≥80%菲涅耳区是推荐值,实际工程设计时最少要按此值设计;

3.架设网桥时要注意二点天线的高度通常不同,因此需理解最小净空点所在的菲涅耳区,该点离海平面最近点,但并非椭圆最大半径点,也并非一定为现实地面最近点(需要参考地面阻碍物高度)。

4.大部分初学者在调整网桥角度时并不理解上下倾角,请参考天线下倾角计算器。

详细原理

无线电波视距

当您在两个远程站点之间部署微波射频链路时,如我们架设一对无线网桥时,您需要确保两个天线之间“可视”。但在2.4G/5G的微波频率下,“可视”不仅仅意味着您可以从一个站点“看到”另一个站点。当您的距离超过8公里时,您需要考虑以下因素:

● 地球的曲率

● 菲涅耳区间隙

● 大气折射

什么是菲涅耳区

菲涅耳区是一个在两个天线之间延伸 的长椭圆柱体,由频率及二点距离决定。第一个菲涅耳区是这样的,即直接路径(下图中的 AB)和接触菲涅耳区边界上的单个点的间接路径(ACB)之间的差异是波长的一半。


上图说明了这些概念,并分点描述上述影响。

h1、h2:二端的海拔高度。

d1、d1、D:D=d1+d2,d1=d2,D为二点间的直线传输距离,也即是我们所说的传输距离。

n:n=1时为完整的菲涅耳区;n=60%为第一菲涅耳区,即满足二边传输最小区域;n=80%时为第二菲涅耳区,可正常的二点传输。

r:菲涅耳椭圆最大半径

P:P点为菲涅耳区为离地面最相近地点,等高天线时,P点即为最大半径点,P是离海平面最近点;在实际应用时,P点受较多因素影响:如不等高天线、存在树林、山坡或建筑阻碍时。所以在计算器中,本站计算器增加了障碍物高度及距离点的原因。

如何规避菲涅耳区阻挡?

当存在菲涅耳区阻挡时,我们能做的有二种办法:

1.移动天线安装点规避中间阻碍,实际上安装点大多是固定的,现实中几乎没人能符合此条件;

2.增加天线安装高度。这是我们最有可能实现的。

本计算器可让您快速确定您在RF路径中的特定障碍物上方是否有足够的间隙,或者计算天线要抬多高才能规避障碍物影响。
对于路径中的潜在障碍物,您需要知道它与您的天线点之一的距离以及障碍物在海平面以上的高度。通过在“谷歌地球中绘制路径”是识别二点路径海拔高度的快捷方法,不过需要大家有梯子;另一种简单办法是沿二点路径实墈,在障碍物位置我们打开GPS定位软件,通过GPS获得海拔高度,虽会存在一定误差,但我们在设计和计算时预留一定冗余值即可。如果您可能获得军事地图等存在地形示意的地图,通过端点之间画线,也可创建准确的地形剖面。如果路径中有建筑物或树木,您需要确定或估计它们在地面以上的高度,并将其添加到这些点的地形高程中。

如何使用计算器?

首先,确认二点间的传输距离,距离是直线的,可以通过网络地图来确认,精准点的可以通过GPS取得经纬度后在卫星图上确认;

第二步,输入传输的频率;

第三步:计算最低净空点,判断二端的天线安装高度要求,如果天线高度已经固定可直接输入得到净空点是否满足;

第四步:在二点路径上,寻找明显障碍物得知高度,输入任意点参数判断是否存在菲涅耳区阻挡。

等高天线

对于任何给定的距离,菲涅耳区计算器都会显示两端相同的天线高度,这时菲涅耳区最大半径点正好与地球表面相交,如下图所示:



不同天线高度时

两端天线的高度相同是极为少见的,在计算器两个端点输入不同的高度(所有高度均高于海平面,参见顶部图中的“h1”和“h2” )。

计算器计算“最小净空点”,即菲涅耳区最接近地球海平面的路径中的点。它显示了距h1站点的距离以及地球海平面与菲涅耳区低边界之间的高度。负高度意味着菲涅耳区与地表重叠。

地球曲率会成为障碍吗?

在天线之间的距离超过5公里后,地球的曲率确实会影响天线的高度,从而影响菲涅耳区。因此,我们必须调整天线高度以补偿地球的曲率。给大家一个非常简单的多年工程经验参考:以5.8G频率为例,在不考虑阻碍时二边天线等高为距离的千米高度,即5千米时二边等高天线5米,10千米时二边等高天线10米。频率低一倍的2.4G,则天线高度翻一倍,即5千米/2.4G时,二边天线等高10米。即可满足菲涅耳区要求。

无线电链路计算

如果菲涅耳区域没有任何障碍物,那么链路中的射频传播将类似于自由空间,我们可以获得理想中的传输吞吐率。这时,可以使用我们的 射频链路预算计算器 自由空间衰减计算器 来确定链路的预期接收信号强度和衰减余量。


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GMT+8, 2022-11-27 01:04

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