Потери радиосигнала в пространстве

В данном онлайн калькуляторе считается, что пространство не имеет препятствий, однородно и заполнено обычным воздухом. При появлении стен, деревьев, рельефа и других преград возникают дополнительные потери, но расчет в свободном пространстве позволяет быстро получить базовую оценку ослабления радиосигнала.

Потери радиосигнала в свободном пространстве рассчитываются по формуле \[ FSPL = 20 \cdot \log_{10}(d_{\text{км}}) + 20 \cdot \log_{10}(f_{\text{МГц}}) + 32{,}44 \], где d - расстояние, приведенное к километрам, а f - частота, приведенная к мегагерцам. Чем выше частота и чем больше расстояние, тем больше потери сигнала. Дополнительно калькулятор показывает длину волны \[ \lambda \approx \dfrac{300}{f_{\text{МГц}}} \] и ослабление сигнала в линейных величинах.

Формула свободнопространственных потерь используется для первичной оценки радиолиний, Wi-Fi мостов, LoRa-соединений, спутниковых каналов и любых систем, где нужно понять, насколько сильно сигнал ослабнет только из-за расстояния и частоты. В реальных условиях итоговые потери почти всегда больше из-за препятствий, отражений и многолучевости.

Частота влияет на потери очень заметно: при одинаковом расстоянии сигнал на 5,8 ГГц затухает сильнее, чем на 2,4 ГГц, а тем более сильнее, чем на 433 МГц. Поэтому более низкие частоты обычно дают большую дальность и лучшую проникающую способность, но требуют больших антенн и более узких полос частот.

Длина волны обратно пропорциональна частоте. Для 2400 МГц длина волны около 0,125 м, для 433 МГц около 0,69 м, а для 60 ГГц всего около 5 мм. Это влияет и на размеры антенн, и на поведение сигнала возле препятствий.

Интересный факт: удвоение расстояния увеличивает FSPL примерно на 6 дБ, а увеличение частоты в 2 раза тоже добавляет около 6 дБ потерь. Поэтому при проектировании радиосвязи часто выгоднее уменьшить частоту или увеличить усиление антенн, чем просто повышать мощность передатчика.