在近期KCSA与子午工程团队的交流中，中科院专家对玉兔4型航电部分选定的通信功率提出质疑，当时我没有发言。这里就我所了解的知识瞎讲一下，供大家参考。

首先应当知道等效全向辐射功率的概念。任何发射机都要用天线来发射信号，天线往往具有方向性。一个在整个空间（球）没有方向性，增益为0的天线，和一个有方向性的天线，在其主瓣方向上，场强是不同的。把一个有方向性的天线发出某个信号强度所需的功率，等效到全向天线所需的输入功率，数值就等于等效全向辐射功率，用e.i.r.p.表示。

eirp=PG ，其中，P为功率，G为天线增益。

由于空间通信，收发两者之间没有障碍物，整个传输路径都不超出菲涅耳区的范围，所以，应当以自由空间传播来预测场强，如果有空气或者地面的影响，再在这个基础上修正。

真空中自由空间传播的损耗预测公式是：L=32.45+20lgf（MHz）+20lgd（km）。

可以得到场强预测公式：E(dBuV/m)=74.77+eirp（dBW）-20lgd（km）

以下均针对50欧射频系统而言。

最终，天线收到的信号要进入接收机才能发挥作用。在已知场强的情况下，用一个天线来接收，最后能在接收机端口上产生多大的电压呢？这里首先需要定义天线系数：

Ke=E/U （即场强和天线端口上的电压的比值）

具体计算有如下公式：

Ke=-29.77-G（dBi）+20lgf（MHz）

其中，G为天线相对于全向天线的增益，f是工作频率。

因为都是对数值，可以得到如下计算公式：

E=U+Ke

U=E-Ke

在功率初定时，一般已知接收机的可用灵敏度（比如误码率小于5%的灵敏度）、通信距离和天线增益，可以从理论上算出需要的发射功率。

但是仅仅这样是不够的，因为空间的噪声（比如宇宙噪声）可能已经比接收机的灵敏度高了。因此对于远距离的、高频率的通信，还需要校核。即根据噪声场强的大小，换算出噪声在端口上的电压，并要求信号大于噪声某一个值，为了安全，还可以人为设定一个射频保护比。

对于宽带数字调制的通信方式，要考虑整个带内的噪声电平，以及调制方式本身的调制增益。如整个带内噪声为-120dBm，调制增益为20dB，那么，应该按照-140dBm考虑噪声电平。

dBmW与电压值在50欧系统中有如下换算关系：

0dBmW=107dBuV

在工程中，一般将电平值dBmW和电压值dBuV简称为dBm和dBu。

当采用较高频率的时候，需要考虑大气衰耗，该衰耗值需要查表得到。

一般的空间通信，箭上设备或者卫星有姿态控制功能，因此能够保证发射天线对准接收区域，如果接收站是地面站，可以对准相应的地面区域。而地面站的天线，通常是用两轴转向机控制的，也可以对准相应的空间区域。所以，往往采用定向天线。爱好者的探空火箭活动，通常不具备这样的控制能力，可以均使用全向天线（实际上地面站不太可能全向，应该使用主瓣方向在地面以上的低增益天线），此时的增益，箭载天线通常为0dB或者略小于0dB增益，地面天线可以按0~3dBi预估，也可以具体提出要求以后再设计天线。

在预测场强及初定功率时，还要考虑馈线的损耗，必要的安全裕量等。

实际上空间通信需要的功率并不大。举个简单的例子，在太空中，调频对讲机基本上可以按1毫瓦通1公里来建立思想概念。也就是说，普通对讲机拿到太空中，可以通至少1000公里。对于广播电视这样的通信内容，由于调制增益低，带宽宽，距离远(毕竞是同步轨道),接收设备很山寨，所以才需要比较高的卫星发射功率。看看人家GPS卫星多大一点功率，地面上不也很容易收到？

下面举例说明：

已知一台接收机的灵敏度是-110dBm，带宽1MHz，接收天线是0dBi的全向天线，有L=3dB的馈线损耗，工作频率1260MHz；火箭上的发射天馈系统的最小增益是-6dBi（即不论火箭如何滚转，都不会小于这个增益），射频保护比0dB，调制增益为0dB，通信距离为100km，求：需要的发射功率。

解：显然，对于-110dBm这样的低灵敏度的接收机和1260MHz的频率，不用考虑宇宙噪音的影响。

由接收天线参数得到接收天线的天线系数

Ke=-29.77-(0)+20lg1260=-29.77+62.01=32.24

需要的电压(50欧)

-110dBm=-3dBu

需要的场强

E=-3+32.24+3=32.24dBu/m

建立公式

32.24=74.77+eirp-20lg100=74.77+eirp-40

得

eirp=32.24-74.77+40=-2.53dBW

P=eirp-G=3.47dBW

需要的功率约2.5W。

如果带宽降到30kHz（比如典型的FSK调制），灵敏度提高到-120dBm，只需要0.25W的功率就够了。如果采用跟踪天线，或调制方式允许负的信噪比(比如广局正在研究的扩展频谱通信)，需要的功率还会下降。

火箭高速飞行在地面上导致的干涉衰落是很小的，即使比较敏感，也可以理论预测，并通过提高功率消除其影响。