RF Link-Budgetanalyse: Eine schrittweise technische Anleitung
Erfahren Sie, wie Sie eine HF-Link-Budgetanalyse von Grund auf durchführen. Behandelt anhand von Beispielen aus der Praxis den Verlust von Freiräumen, Antennengewinn, Kabelverluste, Empfängerempfindlichkeit und die Berechnung des Verbindungsrandes.
Was ist ein Link-Budget?
Ein Link-Budget ist eine Abrechnung aller Gewinne und Verluste, denen ein Signal vom Sender zum Empfänger ausgesetzt ist. Wenn die empfangene Leistung die Empfindlichkeit des Empfängers übersteigt (mit ausreichendem Spielraum), funktioniert die Verbindung. Wenn nicht, müssen Sie eine höhere Verstärkung finden, Verluste reduzieren oder die Antennen näher heranrücken.
Die Fundamentalgleichung
„MATHBLOCK_0“
Alle Werte in dBm oder dB. Das Ergebnis ist die Empfangsleistung in dBm.
Verbindungsrand = p_RX − Sensitivity_RXEin positiver Rand bedeutet, dass der Link funktioniert. Standardziele:
- WLAN in Innenräumen: Spielraum 10—15 dB
- Punkt-zu-Punkt-Bereich im Freien: 15—20 dB Spielraum
- Satellitenverbindung: 3—6 dB (jedes dB kostet Geld)
Verlust des Pfads im freien Speicherplatz
FSPL dominiert jede drahtlose Verbindung. Es ist kein Verlust im physikalischen Sinne — es ist die geometrische Ausbreitung der Wellenfront:
„MATHBLOCK_1“
Für schnelles Kopfrechnen: FSPL ≈ 20log (F_GHz) + 20log (d_km) + 92,4 dB
Beispiele:
- 2,4 GHz, 100 m: 80 dB
- 2,4 GHz, 1 km: 100 dB
- 28 GHz (5G mmWave), 100 m: 101 dB — 21 dB mehr als 2,4 GHz im gleichen Bereich
Empfindlichkeit des Empfängers
Die Empfindlichkeit wird durch das Grundrauschen und das erforderliche SNR bestimmt:
„MATHBLOCK_2“
Wo:
- −174 dBm/Hz ist thermisches Rauschen bei Raumtemperatur (kT)
- BW ist die Empfängerbandbreite in Hz
- NF ist die Rauschzahl des Empfängers in dB
- SNR_min ist das Mindest-SNR für die Demodulation (z. B. 10 dB für BPSK, 25 dB für 64-QAM)
Funktioniertes Beispiel: 900-MHz-IoT-Verbindung
Ziel: 500 m Reichweite, Outdoor-System im LORA-Stil.
| Parameter | Wert |
|---|---|
| TX-Leistung | +20 dBm (100 mW) |
| TX-Antennengewinn | 2 dBi (einfacher Dipol) |
| TX-Kabelverlust | −0,5 dB |
| FSPL @ 915 MHz, 500 m | −85,7 dB |
| Umweltverlust | −5 dB (Bäume, Gebäude) |
| RX-Antennengewinn | 2 dBi |
| RX-Kabelverlust | −0,5 dB |
| Empfangene Leistung | −67,7 dBm |
| RX-Empfindlichkeit (LoRa SF7) | −123 dBm |
| Verbindungsrand | +55,3 dB |
Häufige Fehler
Den Polarisationsverlust vergessen. Falsch ausgerichtete Antennen können 3—20 dB verlieren. Zwei lineare Antennen im 90°-Winkel verlieren ~20 dB. Ignoriere Impedanzfehlanpassung. Ein VSWR von 2:1 führt zu einem Verlust von 0,5 dB bei der Fehlanpassung. Leicht zu vergessen, bei einem knappen Budget schwer wiedergutzumachen. Nutzung der Spitzenverstärkung der Antenne in alle Richtungen. Die Antennenverstärkung ist direktional. Eine 10-dBi-Antenne liefert nur 10 dBi in Weitwinkelrichtung. Ein Wert außerhalb der Achse kann −10 bis −30 dB betragen. Ohne Berücksichtigung des Abschwächungsrandes. Echte Funkkanäle verblassen. Fügen Sie einen Spielraum von 5—15 dB hinzu, der das Rayleigh-Fading in Umgebungen mit mehreren Pfaden verhindert.Verwenden Sie unseren [RF Link Budget Calculator] (/calculators/rf/rf-link-budget), um Ihr System zu modellieren, einschließlich der Darstellung der Empfangsleistung im Vergleich zur Entfernung.