【题目编号】MC2-0774
【题目】自由空间中的无线电波随传播距离的增加逐渐发散减弱,形成路径损耗。该损耗可以描述为 L=32.4 + 20log(d) + 20log(f)(其中,损耗 L 的单位为 dB,距离 d 的单位是 km 而频率f 的单位为 MHz)。关于 L,以下描述正确的是:(“X^M”表示“X 的 M 次方”)
【答案】AB(多选题)
[A]当频率一定时,距离增加到 N 倍,L 增大到 N^2 倍
[B]当距离一定时,频率增加到 N 倍,L 增大到 N^2 倍
[C]当频率一定时,距离增加到 N 倍,L 增大到 log(N)倍
[D]当距离一定时,频率增加到 N 倍,L 增大到 log(N)倍
考点速览
双选题,考自由空间路径损耗分贝公式的量纲与「倍」的含义。答案是前两项:频率一定时距离增至 N 倍,损耗增至 N 的平方倍;距离一定时频率增至 N 倍,损耗同样增至 N 的平方倍。这题专门考你能不能把分贝里的对数关系和「扩大多少倍」对应起来。
原理与依据
题给公式:损耗 L 等于三十二点四加二十倍 log 距离(千米)加二十倍 log 频率(兆赫),损耗的单位是分贝。这个公式是自由空间损耗的实用形式,常数三十二点四里已经折算好了单位,只要距离填千米、频率填兆赫,直接出分贝数。公式里 log 是常用对数,即以十为底的对数。
这个三十二点四常数的来历,可以从自由空间损耗的线性表达式推出来。自由空间损耗的线性值等于四π乘距离乘频率除以光速,整体再平方。当距离用千米、频率用兆赫代入,四π乘十的九次方除以三乘十的八次方约等于四十π除以三,对它取二十倍常用对数,约等于三十二点四。也就是说,三十二点四不是一个凭空背的数,而是光速配合千米、兆赫两个单位折算出来的常数。
要理解「倍」与「分贝」的换算,先看线性关系。自由空间损耗的线性值,与距离的平方、频率的平方成正比。所以当频率不变、距离从 d 变成 N 倍 d 时,损耗的线性值变成原来的 N 平方倍;当距离不变、频率变成 N 倍时,损耗线性值同样变成 N 平方倍。这是「倍」的层面,与对数无关。
再看分贝层面。分贝是对功率比取常用对数再乘十,所以一个 N 平方倍的线性变化,折算成分贝就是二十乘 log N。换句话说,距离或频率每增至 N 倍,损耗在分贝上增加二十 log N 分贝。这两个表述说的是同一件事,只是「倍」和「分贝」两套单位。前者在讲线性倍数,后者在讲对数刻度上的增量。
举两个具体数字加深印象。距离翻十倍时,线性损耗是一百倍,分贝增量是二十 log 十等于二十分贝;距离翻一倍时,线性损耗是四倍,分贝增量是二十 log 二约六分贝。频率这一侧完全对称:频率翻十倍同样加二十分贝,频率翻一倍同样约加六分贝。可见「平方」在线性里表现为 N 平方,在对数里表现为二十 log N,两者一一对应。
逐项辨析
选项 A 正确。频率一定时,距离增至 N 倍,损耗线性值增至 N 的平方倍,这正是损耗与距离平方成正比的直接结果。
选项 B 正确。距离一定时,频率增至 N 倍,损耗线性值增至 N 的平方倍,对应损耗与频率平方成正比。
选项 C 错在把「N 的平方倍」写成了「log N 倍」。log N 是这个变化折算到分贝刻度上的那部分,而且还要乘二十,而不是线性倍数的倍数。举个实数:距离增到十倍,损耗线性值是一百倍,而 log 十才是一;把损耗说成「log N 倍」完全对不上量纲。
选项 D 与 C 同病,频率增至 N 倍时损耗是 N 平方倍,不是 log N 倍。C、D 这两个干扰项的共同手法,是把「分贝增加二十 log N」里的 log N 单独拎出来冒充倍数,忽略了对数的真身。
易混淆点
本题的核心陷阱是「倍」与「分贝」的混用。线性世界里损耗随距离、频率各按平方翻倍;对数世界里按二十 log N 递增。记一个判据:说「增至多少倍」,一定是在线性值上谈,得用 N 的平方;说「增加多少分贝」,才是二十 log N。题目选项里凡是把 log N 直接当倍数的,都是错项。另一个易混点是公式里常数三十二点四依赖的单位口径:距离必须千米、频率必须兆赫,换单位这个常数就要变,所以套公式前先核对单位。还要区分「损耗增大到 N 平方倍」与「接收功率降低到 N 平方分之一」:损耗与接收功率互为相反的关系,损耗变大多少倍,接收功率就变小多少倍。
应试要点
记住两套对应:线性值上,距离或频率增 N 倍,损耗增 N 平方倍;分贝值上,增二十 log N 分贝。看到「log N 倍」字样直接判错。这个双选可当单选题的升级版来练,先把平方关系吃透,再套对数刻度。