根据客户的需求，要求在31.7公里（以下按照32公里计算）内提供一条无线链路，并能够保证实时稳定的传输。所以根据无线波的直线传输特性，我们按照用户提供的条件，经过计算得出天线所所需高度20米，考虑到环境影响我们取实际值为：25m；为了传输4路话音一路数据，根据无线传输的原理我们推荐LEDR无线电台，并可以根据以下几条来保证LEDR电台能够满足需求。
1、在传输环境为海平面的空间里我们只需提供20m高的铁塔；
2、按照4路话音，每路8K计算，为32K的数据量，而一路数据为工业控制信号，数据量非常小，19.2K就可以了，所以无线设备只要提供64K的链路通道就可以客户的需求。当前用户选用768K的电台为将来留有很大的余地，符合用户对系统具有扩展性的要求；
3、海平面传输最主要的是多经干扰问题，在我们从以前的实际应用中已证明LEDR400有很好的抗多经的功能，不会因为多经和气候恶劣而造成系统中断的现象。(具体可以参照技术说明部分)；
4、因为海上的风浪和盐雾问题，天线的要求比较高，我们也采用目前常用方式，将铝制天线改为全不锈钢的天线，虽然不能保证长期的使用，但比以前的铝制天线的寿命延长的许多，抗风能力也较强。
用户目前最担心的还是传输距离的问题，因为在一些环境中目前还没有传输超过30公里的地方，我们可以根据理论计算出来，具体如下：
1、高度是否满足要求
超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离R max 。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离R max以外的区域，则称为阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离R max内。
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)
根据上面所提供的公式计算得出最大可视距离为：
R max=3.57{ √25(m)+√25(m) }=35.7公里
修正值＝4.12 { √25(m)+√25(m) }＝41.2公里
也就是说这两端是完全可视的，中间无任何阻挡的。
2、如果高度满足要求了，是不是这个高度能满足波的传输要求呢
一般情况下波是有角度的，也就是距离越远其要求的高度就越大，否则波会被海平面所阻挡，当被阻挡40%以上，那就不能算自由空间衰减，也就是说两端不是可视的，是有阻挡的。
1）地球的曲率半径计算公式：
d＝地球曲率半径所造成的障碍高度（米）
d1＝障碍物到第一个天线的距离（公里）
d2=障碍物到第二个天线的距离（公里）
c＝常数0.079
k＝绕射系数（＝1.33）
一般情况下我们实测的环境中，都要以障碍物的高度再加上地球曲率半径的d才是我们实际阻挡的高度，又称附加高度，根据客户需要传输32公里，其阻挡视为中间阻挡d1 =d2=16公里，则可以计算出地球的曲率半径造成的阻挡在15.2米。
2）Fresnel（菲涅尔区）
要明白菲涅耳区，我们先明确几个概念：
?可视：一条想象中的直线可以将两边的天线连接起来；
?清晰可视：从一个天线到另外一个天线之间没有实际的物体遮挡；
?净空：视觉可视和最近的障碍物之间的距离；
?Fresnel区：可视的圆周范围。
要保证无线电波在空间传输中无线链路的稳定，天线高度和菲涅耳区直径的比值必须大于60%，即信号能量必须保持在60％以上，因此在有阻挡物的情况下我们必须考虑菲涅耳半径的影响，菲涅尔半径的计算公式如下：
R=0.5√ (λD)
R为FRESNEL半径；λ为波长，计算公式为λ＝v/f，其中v为光速，f为设备的工作频率，假设设备工作在400MHz，则λ=0.75m；D为两点之间的距离，单位为m；根据公式我们可以计算得出菲涅尔半径为：
R=0.5√0.75*32000=77.5米，也就是波的最大圆周范围为77.5×2＝155米3）结论：
我们提供的高度为25米，被地球的的曲率半径阻挡了15.2米，所以也就相当于仅提供了10米的高度，也就是说波的下半部分被阻挡了77.5－10＝67.5米，所以根据阻挡部分与菲涅耳半径的比值可以得出，67.5/155得出被阻挡部分占整个波束的43％，没有被阻挡的为57％，低于60%；如果我们能够安装的更高一点如30米，那样有62.5/155得出被阻挡的为40％，没有被阻挡的为60％左右；这就基本上可以视为自由空间衰减，保证无线数据的正常传输，这样我们可以按照自由空间的衰减来计算是不是满足需求。如果无线传输两端之间无阻挡那就简单了，直接算出所需的安装高度即可。
3、自由空间损耗算法：
自由空间损耗= 32.4 dBm+ 20logF + 20logR
公式中F 为频率，单位为MHz；R是两天线间的距离，单位为公里
例如400M，欲传32KM时：（可视的情况下）
自由空间损耗＝32.4＋20lg400+20lg32＝32.4+52+30＝114.4dBm
4、接收灵敏度算法：
天线自由波的无线链路预算公式如下：
Pr (dBm) = Pt (dBm) + Gt (dBi) – PL (dB) + Gr (dBi) – Lc (dB) 其中，Pr为接收电平（dBm），Pt为最大发射功率（15dBm），Gt为发射天线增益（15dBi），PL为路径损耗，Gr为接收天线增益（9dBi），Lc为综合损耗
所以接收灵敏度＝电台输出功率＋发射天线增益－电缆损耗－自由空间损耗+接收天线增益－电缆损耗，因此，在传输32KM，两点可视的情况下：
接收灵敏度＝32dBm+12 dBi-2 dBm-114.4 dBm+12 dBi-2 dBm＝-62.4dBm
用此计算值与电台的标准接收灵敏度（LEDR768K的电台为-92dBm）比较，仍然有信号余量为29.6 dBm；通常只要大于电台的的接收灵敏度就可以正常通信，如果两点不能可视，则根据实际的阻挡情况，空间损耗相应增大，但没有具体的值可参考，因此无线工程要求工程前现场环境勘测和实际测试。一般我们在两端点基本可视的情况下计算值应多加上20dB的衰减，保证留有信号的余量，如果这样我们仍然有9.6dB的余量。能够保证信号稳定可靠的传输。
给予以上的论述，我们在无线设备工程中，必须要考虑几点要求如下：
1、根据地球曲面计算天线高度H；
2、如果有障碍物，需要考虑进去它的高度D；
3、菲涅耳区对信号传输的影响；
4、无线链路的传输损耗；
5、设备接头及馈线的损耗等。
上下行部分 Site Name / Location Enter the literal name of the site where the earth station is located up to a maximum of 40 characters (18 for country data files Example input for country data files (18 characters maximum "Liverpool" Example input for all other forms (40 characters maximum "Liverpool, Merseyside, England." 基站名称 输入基站所处位置的名称,最多 40个字母。 国家数据文件名举例(最多 18个字母 :liverpool 其他格式输入举例:"Liverpool, Merseyside, England." Site Latitude Enter the latitude of the site where the earth station is located. This must be entered in decimal degrees with the suffix N for north and S for South. No spaces are allowed. Examples 53.33N or 27.89S Important Note: When entering data into country data files latitudes are required in degrees and minutes format as obtained from maps and atlases. In this case the fractional part represents the number of minutes and cannot exceed 59. In all other cases input in decimal degrees are assumed. A conversion facility is provided under the calculate menu.
无线传输距离和发射功率以及频率的关系 功率灵敏度（dBm dBmV dBuV） dBm=10log(Pout/1mW)，其中Pout是以mW为单位的功率值 dBmV=20log(Vout /1mV)，其中Vout是以mV为单位的电压值 dBuV=20log(Vout /1uV)，其中Vout是以uV为单位的电压值 换算关系： Pout＝Vout×Vout/R dBmV=10log(R/0.001)+dBm，R为负载阻抗 dBuV=60+dBmV 应用举例 无线通信距离的计算 这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法：所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。 [Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz) 式中Lfs为传输损耗，d为传输距离，频率的单位以MHz计算。 由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，［Lfs］将分别增加6dB. 下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗 Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz) Los 是传播损耗，单位为dB，d是距离，单位是Km，f是工作频率，单位是MHz 下面举例说明一个工作频率为433.92MHz，发射功率为＋10dBm(10mW)，接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离：
1. 由发射功率+10dBm，接收灵敏度为-105dBm Los = 115dB（10dBm-Los=-105dBm =>Los=115dB） 2. 由Los、f 计算得出d =30公里 （Solve[ 115==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x] {{x 30.945}}） 这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。 假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB，可以计算得出通信距离为： d =1.7公里 （Solve[90==32.44+20Log10[x]+20Log10[433.92],x] {{x 1.74016}}） 结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍 无线传输距离测算 很多时候，需要预估自己的无线究竟能传输多远距离，来粗略评估产品是否能够达到实用的水平。下面大致给出无线在自由空间传播距离的计算公式。自由空间指天线周围附近为无限大真空环境，是理想的环境。无线电波在传播中，能量不会被其他物体吸收、反射、衍射。自由空间中无线通信距离与发射功率，接收灵敏度，工作频率有关。 自由空间无线电波传播的损耗为： Loss=32.44+20lgd+20lgf Loss—传播损耗，单位dB;d—距离，单位km;f—工作频率，单位MHz。 例如：工作频率在2.4GHz，发射功率为0dBm（1mw），接收灵敏度为-70dBm的蓝牙系统在自由空间的传播距离：
功和功率的计算 类型1拉力(推力、牵引力、摩擦力等)做功、功率的简单计算 1．平直公路上的甲、乙两辆汽车，在相同的牵引力作用下匀速行驶，如果在相同时间内通过的路程之比为3∶2，则甲与乙() A．牵引力做功之比为2∶3 B．牵引力做功之比为3∶2 C．牵引力的功率之比为1∶1 D．汽车所受的阻力之比为3∶2 2．用大小不同的甲、乙两个力拉同一物体，两力所做的功W与在这两个力的方向 上移动的距离s的关系图像如图所示，由图可知，甲、乙两个力的大小关系是() A．F甲>F乙B．F甲＜F乙C．F甲＝F乙D．条件不足，无法判断 3．如图是开瓶器，使用时将螺旋钻头旋进木塞，再用双手按压手把就可将塞子拔除．压完则在5 s 内将瓶塞拔出，若瓶塞长5 cm，瓶塞受到的平均阻力为200 N，整个过程中克服瓶塞的阻 力所做的功________J，其做功的功率为________W. 4．某学习小组对一辆在平直公路上做直线运动的小车进行观察研究．他们记录了小车 在某段时间内通过的路程与所用的时间，并根据记录的数据绘制了路程与时间的关系图像 如图所示．根据图像可知，2～5 s内，小车的平均速度是________m/s；若 小车受到的牵引力为200 N，5～7 s内小车牵引力的功率是________． 5．如图甲所示，一块质量为0.2 kg的铁块被吸附在竖直放置且足够长的磁 性平板上，在竖直方向上拉力F＝3 N的作用下向上运动，铁块运动速度v 与时间t的关系图像如图乙所示．则铁块受到的摩擦力为________N，0～6 s内拉力F做的功是________J．(g取10 N/kg) 类型2重力(或克服重力)做功、功率的简单计算 6．爷爷与小丽进行爬楼比赛，他们都从1楼上到6楼．爷爷的体重是小丽体重的 2倍，爷爷所用的时间是小丽所用时间的2倍．若爷爷做功为W1，功率为P1，小丽做 功为W2，功率为P2，则下列判断正确的是() A．W1∶W2＝1∶1 B．W1∶W2＝4∶1 C．P1∶P2＝1∶1 D．P1∶P2＝4∶1 7．某九年级同学家住5楼．一天，他提着装有30个鸡蛋的塑料袋从1楼走到家 里在此过程中，下列估算不合理的是() A．他提鸡蛋的力做的功约为200 J B．他提鸡蛋的力做功的功率约为3 W C．他爬楼做的功约为6×103 J D．他爬楼做功的功率约为1×103 W 8．如图所示，一个质量为50 kg的人，在10 s内连续向上跳12个台阶，已知每 个台阶的高度为0.2 m，则这个人在这段时间内的功率是(g取10 N/kg)() A．1 200 W B．10 W C．12 W D．120 W 9．在体育考试中，小明投出的实心球在空中的运动轨迹如图所 示．若实心球重20 N，从最高点到落地点的过程中，球下降的高度为 2.7 m，用时约0.75 s．则球下降过程中重力做功为________J，功率为 ________W. 10．青少年在安静思考问题时，心脏推动血液流动的功率约为1.5 W，则你在考试的2小时内，心脏做功约为________J，用这些功可以让一个质量为50 kg的物体匀速升高________m．(g取10 N/kg) 11．为了迎接体育中考，老师让学生在课间时训练“深蹲跳”．如图所示：体重为50 kg的小明在10 s内做了10个“深蹲跳”，若小明每次“深蹲跳”的高度为10 cm，则小明在10 s内所 做的功为________J，功率为________W．(g取10 N/kg)
综合课程设计 卫星通信信道链路参数计算与模拟 姓名： 学号： 一、课程设计内容及基本参数
1、 设计目的 近年来互联网和移动通信飞速发展，使得网络终端用户数量不断扩大、新业务不断增加，这对通信技术的发展提出了新的挑战。卫星通信系统以其全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动终端等优点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案。 本学期我们学习了《微波与卫星通信技术》这门课程，对于卫星通信技术有了基本的了解。本课程设计基于已学的的基本理论，对卫星通信信道链路参数进行计算和模拟，从而掌握卫星通信信道链路参数计算的基本方法，了解影响卫星通信信道性能的因素。同时熟悉Matlab 编程仿真过程，利于今后的学习和研究。 2、 基本参数列表 表1 根据学号得到的系统参数3、 涉及公式 1） ITU 法计算雨衰值： ),()(βα p p R L R K A =(dB) (1) 其中，p R 为降雨率，单位为mm/h ，β为仰角，可以通过以下经验公式获得 0779.041.1-?=f α (255.0≤≤f ) (2) 42 .251021.4f K ??=- (549.0≤≤f ) (3)
上式中频率f 的计算单位为GHz 。 雨衰距离： 14766.03]sin )108.1232.0(1041.7[),(---?-+?=ββp p p R R R L (km) (4) 2)ITU 法计算氧、水蒸气分子吸收损耗值： 氧分子损耗率，对于57GHZ 以下的频段，可以按下式近似计算 3230226.09 4.81[7.1910]100.227(57) 1.50 f f f γ--=?++??+-+(dB/km) (5) 对流层氧气的等效高度0h 和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定： 06(57)h km f GHz =< 因此，对于氧分子的吸收损耗为： 002h R O γ= (dB) (6) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度 )/(3m g p w 有关，对于350GHz 以下频段，都可以用下式计算（dB/km)： 242223.610.68.9[0.050.0021]10(22.7)8.5(183.3)9.0(325.4)26.3 w w w p f p f f f γ-=++++???-+-+-+ (7) 对流层水蒸气等效高度w h 可按如下公式确定： ]4 )4.325(5.26)3.183(0.55)2.22(0.31[2220+-++-++-+=f f f h h w w (km) (350f GHz <) (8) 其中，0w h 取2.1km 。 同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为： w w O H h R γ=2 (dB) (9) 3)给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角β; 同步卫星的经度s θ，地心角θ定义为从地心点看卫星与卫星终端之间的夹角，卫星终端所在地的经度和纬度（L L φθ,）,卫星距地球中心的距离近似为42164.2r km =,地球的平均赤道半径为6378.155e R km =。 )cos(cos cos S L L θθφθ-= (10) θcos 222r R r R d e e -+= (11) 如图1所示，A 为卫星，B 为地心，C 为地球站，仰角为地球站与卫星连线与水平 C
蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、Wi—Fi、WiMAX、无线USB、UWB性 能对比 蓝牙: 蓝牙就是一种支持设备短距离通信(一般就是10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准就是IEEE802、15,工作在2、4GHz 频带,带宽为1Mb/s。 “蓝牙”(Bluetooth)原就是一位在10世纪统一丹麦的国王,她将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用她的名字来命名这种新的技术标准,含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频(FH,Frequency Hopping)与时分多址(TDMA,Time DivesionMuli—access)等先进技术,在近距离内最廉价地将几台数字化设备(各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统,如数字照相机、数字摄像机等,甚至各种家用电器、自动化设备)呈网状链接起来。蓝牙技术将就是网络中各种外围设备接口的统一桥梁,它消除了设备之间的连线,取而代之以无线连接。 蓝牙就是一种短距的无线通讯技术,电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来,省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器,配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通,传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离,而现在有了蓝牙技术,这样的麻烦也可以免除了 蓝牙技术的系统结构分为三大部分:底层硬件模块、中间协议层与高层应用。底层硬件部分包括无线跳频(RF)、基带(BB)与链路管理(LM)。无线跳频层通过2、4GHz无需授权的ISM频段的微波,实现数据位流的过滤与传输,本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需要满足的条件。基带负责跳频以及蓝牙数据与信息帧的传输。链路管理负责连接、建立与拆除链路并进行安全控制。 蓝牙技术结合了电路交换与分组交换的特点,可以进行异步数据通信,可以支持多达3个同时进行的同步话音信道,还可以使用一个信道同时传送异步数据与同步话音。每个话音信道支持64kb/秒的同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/秒、另一端速率为57、6kb/秒的不对称连接,也可以支持43、2kb/秒的对称连接。 中间协议层包括逻辑链路控制与适应协议、服务发现协议、串口仿真协议与电话通信协议。逻辑链路控制与适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量与复用协议的功能,该层协议就是其它各层协议实现的基础。服务发现协议层为上层应用程序提供一种机制来发现网络中可用的服务及其特性。串口仿真协议层具有仿真9针RS232串口的功能。电话通信协议层则提供蓝牙设备间话音与数据的呼叫控制指令。 主机控制接口层(HCI)就是蓝牙协议中软硬件之间的接口,它提供了一个调用基带、链路管理、状态与控制寄存器等硬件的统一命令接口。蓝牙设备之间进行通信时,HCI以上的协议软件实体在主机上运行,而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成,二者之间通过一个对两端透明的传输层进行交互。 在蓝牙协议栈的最上部就是各种高层应用框架。其中较典型的有拨号网络、耳机、局域网访
星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。 上下行C/T 上行和下行C/T 的计算公式分别为 C/T U=EIRP E - Loss U + G/T sat C/T D = EIRP s —Loss D + G/T E/S 式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。 C/N 与C/T 的关系 C/N 与C/T 的关系式为 C/N = C/T - k - BW N = C/T + 228.6 - BW N 式中的k 为波兹曼常数，BW N 为载波噪声带宽。式中的数据均为对数形式。 C/I 与C/IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^n C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I AS_U和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。 C/N 与C/I 的合成 由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为 (C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) -1 - 1 -1 -1 -1 -1 -1 (C/I Total ) = (C/I XP_U) + (C/I AS_U) + (C/IM) + (C/I XP_D) + (C/I AS_D) (C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/I Total ) 上述三个算式中的数据均为真数形式。 由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为 (C/(N+I) u ) -1 = (C/N u ) -1 + (C/I XP_u) -1 + (C/I As_u) -1
功和功率 计算题 1、一辆汽车以20米/秒的速度在平直公路上匀速行驶，发动机的牵引力是8×103牛，发动机在5分钟内做了多少功？ 2、某人用水平推力将重600牛的物体在4分钟内沿水平面推行550米，做了6.6×104焦的功。求：人的推力 3、起重机一0.5米/秒的速度匀速提升某一物体，在2分钟内做了5.88×105焦功，求：被提升物体的质量。 4、如图10所示，是某举重运动员在0.5秒内由支撑到起立将杠铃举起的过程中拍摄的两张照片，由照片和表格中所提供的信息，求：（1）运动员由支撑到起立过程中对杠铃所 做的功；（2 5一辆电力机车的功率是5.5×103千瓦，以20米/秒的速度沿直线匀速行驶1小时。求： （1） 电力机车行驶的距离 （2） 电力机车做的功 （3） 电力机车的牵引力 6、一部塔式起重机的功率为7.5千瓦，在1分钟内能把多少质量的建筑材料匀 图10
速送到50米高处？ 7、一辆匀速行驶的汽车，车重1.0×104牛，速度72千米/小时，受到的阻力是2.5×103牛，求：（1）30分钟内汽车行驶的路程。（2）汽车的功率 8、一台水泵的功率是 10千瓦，他在5秒内可以做多少功？这些功可以把多少千克的水抽到16米高处？ 9、一辆汽车在1分40秒内，在平直公路上匀速行驶了1000米，汽车发动机的功率3×104瓦，求：（1）汽车在这段路程中所做的功；（2）汽车行驶是汽车发动机对汽车的牵引力。 10、木工用49牛的拉力锯木块，每拉一次行程为0.5米，每拉一次行程锯入木块2毫米，如果他在40秒内把一块20厘米厚的木块锯断，求：（1）木工对锯做的功；（2）木工的功率。 11、某建筑工地上的起重机要将1×104牛顿重的钢筋水泥板匀速提升到楼顶，提升的高度为 10米，所用时间为50秒，求： （1）起重机的绳索对钢筋水泥板的拉力；
一、功和功率 1、功的计算 （1）、恒力做功的计算：αcos Fl W =，F 为恒力，l 是F 的作用点相对于地的位移，α是F 和l 间的夹角。 （2）、变力做功的计算：○ 1把变力做功转化为恒力做功求解○2用动能定理求解○3用图像法求解。 （3）总功的计算 2、功率的计算 瞬时功率αcos Fv P = 平均功率t W P = 题型1、如图，水平传送带两端点A 、B 间的距离为L ，传送带开始时处于静止状态．把一个小物体放到右端的A 点，某人用恒定的水平力F 使小物体以速度v 1匀速滑到左端的B 点，拉力F 所做的功为W 1、功率为P 1，这一过程物体和传送带之间因摩擦而产生的热量为Q 1．随后让传送带以v 2的速度匀速运动，此人仍然用相同的水平力恒定F 拉物体，使它以相对传送带为v 1的速度匀速从A 滑行到B ，这一过程中，拉力F 所做的功为W 2、功率为P 2，物体和传送带之间因摩擦而产生的热量为 Q 2．下列关系中正确的是（ ） A 、W 1=W 2，P 1＜P 2，Q 1=Q 2 B ．W 1=W 2，P 1＜P 2，Q 1＞Q 2 C ．W 1＞W 2，P 1=P 2，Q 1＞Q 2 D ．W 1＞W 2，P 1=P 2，Q 1=Q 2 题型2、如图所示，质量均为m 的物体A 、B 通过一劲度系数为k 的轻弹簧相连，开始时B 放在地面上，A 、B 都处于静止状态．现用手通过细绳缓慢地将A 向上提升距离L 1时，B 刚要离开地面，此过程手做功W 1、手做功的平均功率为P 1；若将A 加速向上拉起，A 上升的距离为L 2时，B 刚要离开地面，此过程手做功W 2、手做功的平均功率为P 1．假设弹簧一直在弹 性限度范围内，则 A ．k mg L L = =21 B ．k mg L L 212=> C ．W 2 ＞ W 1 D ．P 2＜ P 1 二、机车的启动问题 题型3、某列车发动机的额定功率为KW 4 102.1?，列车的质量为Kg 5 100.1?，列车在水 平轨道上行驶时，阻力是车重的0.1倍，2 /10s m g =。 （1）若列车保持额定功率从静止启动，则列车能达到的最大速度是多少？ （2）若列车从静止开始以0.5m/s 2的加速度做匀加速直线运动，则这段过程能维持多长时间？6s 末列车的瞬时功率多大？ （3）如果列车保持额定功率行驶，当列车在水平轨道上行驶速度为10m/s 时，列车的加速度为多少？
三相功率计算公式 P＝1.732×U×I×COSφ (功率因数COSφ一般为0.7～0.85之间，取平均值0.78计算) 三相有功功率 P=1.732*U*I*cosφ 三相无功功率 P=1.732*U*I*sinφ 对称负载，φ：相电压与相电流之间的相位差 cosφ为功率因数，纯电阻可以看作是1，电容、电抗可以看作是0 有功功率的计算式：P=√3IUcosΦ (W或kw) 无功功率的公式: Q=√3IUsinΦ (var或kvar) 视在功率的公式：S=√3IU (VA或kVA) ⑴有功功率 三相交流电路的功率与单相电路一样，分为有功功率、无功功率和视在功率。不论负载怎样连接，三相有功功率等于各相有功功率之和，即： 当三相负载三角形连接时： 当对称负载为星形连接时因
UL=根号3*Up，IL= Ip 所以P＝= ULILcosφ 当对称负载为三角形连接时因 UL=Up，IL=根号3*Ip 所以P＝= ULILcosφ 对于三相对称负载，无论负载是星形接法还是三角形接法，三相有功功率的计算公式相同，因此，三相总功率的计算公式如下。 P＝根号3*Ip ULILcosφ ⑵三相无功功率： Q＝根号3*Ip ULILsinφ （3）三相视在功率 S＝根号3*Ip ULIL 对于交流电三相四线供电而言，线电压是380，相电压是220，线电压是根号3相电压 对于电动机而言一个绕组的电压就是相电压，导线的电压是线电压（指A相B 相C相之间的电压，一个绕组的电流就是相电流，导线的电流是线电流 当电机星接时：线电流＝相电流；线电压＝根号3相电压。三个绕组的尾线相连接，电势为零，所以绕组的电压是220伏 当电机角接时：线电流＝根号3相电流；线电压＝相电压。绕组是直接接380的，导线的电流是两个绕组电流的矢量之和 功率计算公式p=根号三UI乘功率因数是对的 用一个钳式电流表卡在A B C任意一个线上测到都是线电流 电流和相电流与钳式电流表测量无关，与电机定子绕组接线方式有关。 当电机星接时：线电流＝根3相电流；线电压＝相电压。 当电机角接时：线电流＝相电流；线电压＝根3相电压。 所以无论接线方式如何，都得乘以根3。 电机功率＝电压×电流×根3×功率因数
卫星通信链路计算过程 星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比CrT或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比CzI ,再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。 上下行C/T 上行和下行C/T 的计算公式分别为 CZT u= EIRP E - LOSS U + G/T Sat C/T D = EIRP S - Loss D + GZT E/S 式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。 C/N 与C/T 的关系 C/N 与C/T 的关系式为 C/N = C/T - k - BW N = CZT + 228.6 - BW N 式中的k 为波兹曼常数, BW N 为载波噪声带宽。式中的数据均为对数形式。 C/I 与C/IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^n C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I ASJU和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。 C/N 与C/I 的合成 由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为 (C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) T (C/I Total ) -1 = (C/I XPJU) -1 + (C/I ASJU) -1 + (C∕IM) -1 + (C/I XPJD)-I + (C/I ASJD)-I -1 -1 - 1 (C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/I Total ) 上述三个算式中的数据均为真数形式。 由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为
天线大小，功放大小则由链路预算提供 决定一条卫星通信线路传输质量的最主要的指标是，MODEM输入端的载波功率与噪声功率之比值，简称载噪比，用C/N来表示 对应不同的调制方式及编码方式，接收机都有自己不同的门限指标，即门槛SFD和EIRP使得桥的左右岸连通，是载波输入回退和载波输出回退使得这座桥严磁合缝地对接的 这是目前转发器通常采用的行波管的非线性决定的 因此多载波工作的转发器，首先转发器就必须有个输入和输出回退 由于卫星转发器的输入功率、输出功率都是按比例走的，故定好了租用带宽及调制编码方式后，发射站被允许的最大全向辐射功率就定了 卫星公司一般是不允许用户超功率使用的，只能小于此值不可能超出此值。接收端能否锁定载波，完全取决于自身接收天线大小，此时已和发射端无任何关系，不能指望靠发射端提高载波功率来使自己锁定。因此如接收余量不够，只能更换大的天线。 输入功率为PsG的全向辐射器也可以产生同样大小的通量密度，故PsG就是有效全向辐射功率，即：EIRP=PsG 通常EIRP用dB表示，即[EIRP]=[Ps]+[G] dBW 同样如用PE代表地面站天线馈源口的发射功率，G来表示发射天线增益，则EIRP的表达式同上是一样的，表示了地面站发射系统的能力。 G/T G为天线增益，T为卫星接收系统的噪声温度，单位为dB/K 。 ? 品质因数G/T是指接收天线增益与接收系统总的等效噪声温度之比；
? G/T反映了接收系统的质量； ? 表征了卫星对接收不同地理位置的信号的放大能力； ? G/T在链路预算中的主要作用是求上行载噪比； ? G/T和SFD反映卫星接收系统的性能，也就是与地面发射站有关； ? 地面站接收天线增益对接收系统噪声温度的比，也同样用G/T表示，其主要作用是求下行载噪比。 SFD SFD（单载波输入饱和通量密度）单位为dBW/ 。 ? 含义：为使卫星转发器处于单载波饱和状态工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率； ? 由于卫星覆盖区域不同，SFD表征了卫星对不同地理位置的信号接收的饱和程度，它也有与G/T基本相同的覆盖图； ? SFD在链路预算中的主要作用是求发射站的上行全向辐射功率，进而不断调配，计算得出发射站天线口径和功放大小； ? SFD的标称值不仅和衰减档有关，实际上还和G/T值有关。如无特别指明，SFD 值是指其在G/T=0dB/K时的值。 载波带宽 符号速率 前向纠错(FEC)编码率通常为：1/2、2/3、3/4、5/6和7/8； Reed-Solomon编码率常用：188/204，如无则RS=1； BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、32APSK及64QAM的调制因子分别为1、2、3、2.11.2 载波噪声带宽
《机械效率、功和功率》计算题专题训练 1．某建筑工地的工人利用滑轮组把一车砖匀速拉到5m高的楼上，共做有用功1．5×104J：（1）这车砖重多少牛？（2）如果滑轮组的机械效率是60%，要用200N的力把车拉上去，绳子要拉下多少米？ 2．如所示装置提升重为900牛的物体A，加在绳自由端的拉力大小为400牛时恰好可以使物体 匀速上升．求：（1）求此时滑轮组的机械效率；（2）若不计绳重和摩擦，求动滑轮的重；（3）若提升的重物改为1200牛，此时滑轮组的机械效率又为多少？（4）在（3）问中需要在绳自由端加多大的拉才能将物体匀速拉起？ 3．如图所示滑轮组拉着一重为100牛的物体A沿水平面做匀速运动，所用拉力F的大小为40牛．（1）不计轮和绳的重力以及摩擦，求：物体A所受的摩擦力．（2）若滑轮组的机械效率为80%，求：物体A所受的摩擦力． 4．如图40牛的拉力使物体匀速上升，不计绳重和摩擦，整个装置的机械效率为75%．求：（1）物和动 滑轮的重各是多少？（2）若绳能承受的最大拉力为50牛，此装置的机械效率最大可提高到多少？ 5．如图5，用滑轮组拉着重为600牛的物体沿水平方向向右匀速移动了8米，拉力F 做的功为1280焦，（不计绳重和摩擦）求：（1）拉力的大小；（2）若动滑轮重为12牛，机械效率为多少？
6、如图所示，重物的质量为m=1kg，动滑轮及绳子的质量、摩擦不计。竖直向上拉绳子，重物从静止开始以5m/s的速度上升，则拉力F在1s内做功为多少？ 7、小跳同学每次放学回家要背着沉重的书包爬上约15m高的楼，累得气喘吁吁。小跳同学和书包总重600N，爬楼用时3min。求：(1)小跳背书包爬楼克服重力所做的功；(2)小跳爬楼克服重力做功的功率。 8、上海自主研发了一种氢燃料汽车，它使用氢气代替汽油。在一次测试中，汽车在水平路面受到2400N 的水平牵引力，5min内匀速直线行驶了9000m。 （1）汽车受到水平方向的阻力是多少？ （2）汽车牵引力所做的功和功率是多少？ 9、为了增强体能，全班同学进行爬楼训练。体重500N的小刚在10s内连续爬梯的总高度为7m。求：（1）小刚爬楼梯所做的功； （2）小刚爬楼梯的功率。 10、建筑工地用如图所示的简易滑轮组提升砖块，某工人将500N重的砖块一次匀速提升到离地面4m高的砌墙处，所用拉力是200N，所用的时间是20s．求这次提升砖块过程中 （1）工人所做的有用功； （2）工人做功的功率。
卫星链路计算公式 天线的增益与波束宽度 有效全向辐射功率 自由空间传输损耗 转发器的工作点 噪声与损耗 1. 天线增益：G=收点收到的功率 无方向天线辐射时，接点收到的最大功率定向天线辐射时，接收 微波天线增益：G= ηλπ24A 半功率角：)(7021 度D λθ≈ 【半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/ 2= 0.707时（即 功率下降1/2时），两个方向间的夹角。】 2. 接收点的功率密度（单位面积上的功率）为：)/(422m W d G P W T T E π= 接收天线收到的功率： 22)4(4d G G P d A G P A W P R T T T T E R πλπηη==?=① f R T T R L G G P P = ② 【式②一般性地描述通信线路中信号的传输，称之为“通信距离方程”】 3.自由空间传输损耗： 2)4(c df L f π=时，式②与式①相等。此即自由空间传输损耗。 【物理解释 物理解释：由于电磁波在自由空间无方向性地辐射，使得只有少部分信号被接收点收到，而其他大部分无法被收到的能量即视为损耗。】 4.有效全向辐射功率：T T G P EIRP =
若考虑馈线损耗，则 F T T L G P EIRP = 【物理解释：在接收点进行测量时，将T P 功率送入增益为T G 、最大辐射方向指向接收点的发射天线时所测得的结果与将T P T G 功率送入无方向性发射天线时所测得的结果是相同的。】 4. 转发器的工作参数： 工作点： 输入补偿 输出补偿 多载波与单载波工作时的输出功率 1） 44ππ?=?===f ES f T T f R T T R L EIRP L G P A L G G P A P W 即 )/)(4lg(10][[EIRP][W]22ES m dBW L f λπ+-= 【为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率，一般以W 或SFD 表示】 2）G/T 值：接收天线增益与接收系统总的等效噪声温度的比值称为地球站的G/T 值，也称性能因数或品质因数。 5. 噪声与损耗 噪声与损耗 噪声、干扰 热噪声 互调噪声 共信道干扰 交叉极化噪声 邻星、邻站干扰 邻道干扰 1） 热噪声功率谱密度：)/(0Hz W KT n = 【k 为玻耳兹曼常数，1.38054× 10-23J/K ；T 为电阻R 的绝对温度】 总的输出噪声功率：n p n B KTG B f H KT df f H KT N ===?∞|)(||)(|020 等效噪声带宽：p n G df f H f H df f H B 202020|)(||)(||)(|??∞∞==
功和功率计算题导学案授课时间：2013.5.4 1、随着人们生活水平的提高，轿车已逐步进入我国普通 百姓家中，小兵家买来一辆轿车，轿车的参数如右表， 如果轿车匀速行驶在平直的济青高速路上，受到的阻 力是车重的1/10，g取10N/kg,求： （1）轿车的牵引力；【2×103 N】 （2）轿车行驶的速度；【25m/s】 （3）轿车在1min内所行驶的路程。【1500m】 2、已知某型号的载重车在一段平直的高速公路上匀速行驶10.08km，所用时间是8min，消耗燃油3L（假设燃油完全燃烧），汽车发动机在这段时间内的功率为63kW。若燃油的密度是0.8×103kg/m3，热值为 3.15×107J/kg，求： （1）汽车行驶速度是多少？【21m/s】 （2）汽车行驶过程的牵引力是多大？【 3.0×103N】 （3）汽车发动机的效率是多少？【40% 】 3、小明的爸爸新买了一辆小汽车，如图1所示，小明坐着这辆汽车匀速行驶144 km， 用时2h，消耗汽油9kg，其发动机的功率为23kW。请运用所学的知识解答下列问题。 （汽油的热值为 4.6×107J/kg） （1）汽车匀速行驶时所受的牵引力是多大？【1150N】 （2）汽车发动机的效率是多少？【40﹪】 （3）观察小汽车的外型，判断小汽车在水平路面高速行驶和静止时，对地面压力哪一个大？为什么？【静止时对路面的压力大，因为高速行 驶时，汽车上表面的空气流速大，对汽车的压强小，使汽 车有一个向上托力】4、电动自行车以其轻便、经济、环保倍受消费着青睐。某型号电动自行车的主要技术参 数如下表所示。 （1）若该车和人共重1600N，行驶时两轮胎与地面的接触面积为 1.0×10－2m2,那么车对地面的压强多大？【 1.6×105Pa】 （2）在某平直路段上，电动自行车以额定功率匀速 行驶时，受到的平均阻力为40N。此 时自行车的动力多大？【40N】 （3）若行驶速度为7m/s，则1S内动力对自行车所做 的功 是多少？电动自行车的效率多大？【28J】【70﹪】 （4）与内燃机摩托车相比，电动自行车在环保节能方面有许多优点，请写出其中的两条。【减少热量排放，减少噪声污染，能源利用率高】 5、电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具（如图１０）。它可以电动骑行，亦可以 脚踏骑行。电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力。下表是 某型号电动自行车主要技术参数。 （1）电动自行车以额定功率行驶时的工作电流是多大？【５A】 （2）蓄电池一次充足电可储存的能量是多少焦？【２０７３６００Ｊ】 （3）若蓄电池储存能量的80%用于电动自行车行驶克服阻力做功，电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的平均阻力为40N，蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶多远？【41472m】 （4）从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各举一条）【优点：无尾气、噪音小。蓄电池一般使用一年左右就需更换，废弃后的电池污染环境】 排量 1.6L 发动机功率50kw 使用汽油93# 汽油热值 4.6×107J/kg 汽油密度 0.71×103kg/m3 型号TDR0178Z 无刷电机48V 400W 铅酸电池48V 80Ah 整车质量84.4kg 外包尺寸1860×530×1050 整车整车质量40kg 最高车速≤30km/h 最大噪声≤62dB 蓄电池电压48V 容量12A.h 电动机额定电压48V 额定功率240W 图1 图2
radar_wind 1、接收功率的计算 根据电波传播理论，通信链路中电波的自由空间衰减为： L＝(4πd/λ)2 (1) 其中λ为工作波长，在卫星通信中，d为卫星到接收站的距离： d＝35786×103×｛1＋0.42×［1－cos(φs－φe)cosθ］｝1/2或 d＝42146×103×［1.023－0.302cos(φs－φe)cosθ］1/2 式中φs为卫星星下点的经度，φe为地球站经度，θ为地球站纬度。 如果源点的发射功率为Pt，接收方向上发射天线的增益为Gt，接收天线的增益为Gr，下行链路的自由空间衰减为Ld，则接收到的功率为： Pr＝Pt×Gt×Gr/Ld用对数表示，则 ［Pr］＝［Pt］+[Gt]＋［Gr］－［Ld］(2) 在卫星通信中，Pt×Gt定义为等效全向辐射功率EIRP，该值由卫星公司提供，通常以等高线图或表格的形式提供给用户。并将大气闪烁损耗、天线指向误差和馈源极化调整误差对接收的影响归结为ΔLd（Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过10dB，而C波段最大雨衰量一般不超过1dB），则公式(2)变为： ［Pr］＝［EIRP］＋［Gr］－［Ld］－*ΔLd+ (3) Gr=10lg［(πD/λ)2 η］确定，其中D为接收天线的直径（米），η为接收天线的效率，通常在50%～70%之间（偏馈天线为65%，前馈天线为55%）。 2、当采用SCPC方式使用一个转发器时（SCPC为单路单载波系统，即一路载波只含有一套节目，要传送多套节目就需要多个载波，其优点是可在不同的地点上星，适合上行站不在同一地点而需共用一个转发器的情况。MCPC多路单载波系统，即一路载波包含多套节目，优点是没有多载波谐波干扰，频带和功率利用率较高，适用于多路信号在同一地点上星），转发器的发射功率将在几个载波之间分配，如果这几个载波都是等幅的，则对每1路载波而言，其EIRP要考虑带宽因子： ［S］＝10lg(B/Br)其中B为整个转发器的带宽，Br则为某个已调载波占的带宽。如果1个星载转发器的带宽被n个载波均分，则带宽因子成为［S］＝10lgn。 此外，在多载波使用时，总功率是多个载波的功率之和，所以每个载波需要有一定数值的功率回退。功率回退的目的是减小互调产物对转发器甚至是对其它转发器的干扰。功率回退的值［OPBO］由卫星公司提供。 综合上述几个因素，某1路载波的EIRP为： ［EIRP］＝［EIRP］－［S］－［OPBO］ 接收天线接收到载波的功率为： ［Pr］＝［EIRP］－［S］－［OPBO］＋［Gr］－［Ld］－［ΔLd］(4) 3、接收站的噪声温度和下行链路的载温比 如果接收天线的噪声温度为Ta，高频头的噪声温度为TLNB，则接收站的系统噪声温度大致（忽略了馈线的噪声温度）为： T＝Ta＋TLNB测定了噪声温度（现在有很多高频头给出的是噪声系数F单位是db，那么噪声系数和噪声温度TLNB的换算公式是: TLNB=(10F/10-1)T0 ,T0是常温下的绝对温度2900K），就可以得到下行链路的载温比C/T： ［C/T］＝［Gr/T］＋［EIRP］－［Ld］－［ΔLd］(5) 通常将［Gr/T］称为地球站的品质因数，它是用来描述卫星接收信号能力的一个重要指标。当多个载波使用1个转发器时，某1路载波的载温比为： ［C/T］＝［Gr/T］＋［EIRP］－［S］－［OPBO］－［Ld］－［ΔLd］(6)
最全的功率计算公式 概述 本文列出了上述所有功率计算公式，文中p(t)指瞬时功率。u(t)、i(t)指瞬时电压和瞬时电流。U、I指电压、电流有效值，P指平均功率。 1普遍适用的功率计算公式 在电学中，下述瞬时功率计算公式普遍适用
在力学中，下述瞬时功率计算公式普遍适用 在电学和力学中，下述平均功率计算公式普遍适用 W为时间T内做的功。 在电学中，上述平均功率P也称有功功率，P=W/T作为有功功率计算公式普遍适用。 在电学中，公式（3）还可用下述积分方式表示 其中，T为周期交流电信号的周期、或直流电的任意一段时间、或非周期交流电的任意一段时间。电学中，公式（3）和（4）的物理意义完全相同。 电学中，对于二端元件或二端电路，下述视在功率计算公式普遍适用： 2直流电功率计算公式 已知电压、电流时采用上述计算公式。 已知电压、电阻时采用上述计算公式。
已知电流、电阻时采用上述计算公式。 针对直流电路，下图分别列出了电压、电流、功率、电阻之间相互换算关系。 3正弦交流电功率计算公式 正弦交流电无功功率计算公式： 正弦交流电有功功率计算公式： 正弦电流电路中的有功功率、无功功率、和视在功率三者之间是一个直角三角形的关系： 当负载为纯电阻时，下式成立：
此时，直流电功率计算公式同样适用于正弦交流电路。 4非正弦交流电功率计算公式 非正弦交流电功率计算公式采用普适公式（3）或（4） 对于周期非正弦交流电，将周期交变电压电流进行傅里叶变换，展开为傅里叶级数，有功功率计算公式还可表示为： 上式中，当n仅取一个值时，例如：n=1，上式成为基波有功功率计算公式；n=3，上式成为三次谐波有功功率计算公式。 在非正弦电路中，有功功率和视在功率的定义不变，然而，此时，电压、电流相位差已经没有明确的物理意义，此时，Q按照下述公式定义： 式中，Un、In为n次谐波的有效值，当n=1时，U1、I1称为基波有效值。 然而，此时， 由于Q与基波及谐波电压、电流的相位角相关，称为位移无功功率。为此，引入畸变无功功率D，畸变无功功率计算公式如下：