蓝牙能传多远?耳机十米、手机几十米,这是大多数人的日常经验。技术类YouTube频道nktbuilds做了一次实验:用大型天线接收约13公里外发出的蓝牙信号,并且成功了。

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实验的目标一开始定在12公里,最终实测的收发距离约13公里,超过了原定目标。不过成功的成色需要看清楚——13分钟里一共只收到3个数据包,这离稳定的双向通信还很远。

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接收端用的是一面增益24dBi的大型栅格天线。天线增益表示在特定方向上收发无线电波的能力,这面天线的作用是把远处飘来的微弱信号聚拢起来送进接收机。nktbuilds把天线组装好,固定在木杆上,再接上接收机和线缆。

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这面大天线只负责收,不负责发。按nktbuilds的说法,如果用24dBi的天线发射,特定方向上的有效辐射功率会变成约250倍,超过欧洲适用的100mW功率限制。所以实验采用单向结构:小型蓝牙标签负责发,大天线负责收。

发送端是一枚蓝牙标签,用的是Nordic Semiconductor的nRF54L15,发射功率+8dBm(约6mW);接收端灵敏度为-104dBm。nktbuilds提到,传统ESP32接收机的灵敏度大约在-94dBm,这次的配置能收到更弱的信号。

为了让弱信号也能被正确读出,实验用了低功耗蓝牙(BLE)的「Coded PHY」技术。它的思路是给数据加上冗余信息再发送,接收端更容易把微弱电波还原成正确数据。代价是传输速率下降,换来的是更远的接收距离。

动手之前,nktbuilds先算了一笔账:把发射功率和天线增益相加,再减去距离造成的衰减和线缆损耗。按这个估算,12公里处的接收强度约为-89dBm,比-104dBm的灵敏度极限还高出15dB。如果环境理想、没有遮挡,理论上约70公里外也有可能收到。

但第一次500米预实验就出了意外。计算上应该能收到-61dBm左右的信号,实测中位数却是-89dBm,比预测弱了28dB。调整天线方向和高度,改善也很有限,nktbuilds判断问题出在架设位置上。

怀疑的对象是天线与地面的距离。电波不只沿收发两点之间的直线传播,还会在周围扩散,这块扩散区域叫「菲涅尔区」。500米距离上,菲涅尔区中央直径约8米;到12公里,约38米。预实验中两端天线都架在离地约1.6米的高度,地面反射的电波和直达电波相互干涉,接收强度因此被拉低。

于是两端设备被移到更高的位置重试,这次又碰上新的麻烦:两点之间有树木遮挡。天线朝向也很难对准,nktbuilds只能用数字罗盘确认彼此方向,然后等信号出现。

信号中断持续了几分钟。最终接收机检测到-102dBm的信号,此后又陆续收到,13分钟共3个数据包。这个强度只比-104dBm的灵敏度极限高2dB,几乎没有余量。按无遮挡环境的计算本该在-89dBm左右,实测低了约13dB,nktbuilds认为主要原因是两地之间的树木削弱了电波。

实验说明,条件凑齐时蓝牙信号确实能从10公里以外被收到。但另一面同样清楚:13分钟3个包,谈不上稳定通信。nktbuilds也承认,实用的长距离通信需要合理架设天线、保证视线通畅。在此基础上,nktbuilds给出的评价是:支持Coded PHY的蓝牙,在特定用途和条件下,值得作为物联网设备的通信手段,与LoRa等技术放在一起考虑。