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RF Link Budgetrechner

Kostenloser Budgetrechner für HF-Verbindungen: Geben Sie Tx-Leistung, Antennenverstärkung, Frequenz und Entfernung ein, um den Empfangssignalpegel, den Verbindungsrand und die maximale Reichweite zu erhalten. Deckt Satelliten-, terrestrische und IoT-Verbindungen ab.

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Formel

Pr=Pt+Gt+Gr−FSPL−Lmisc,FSPL=20log⁡10(4πdfc)P_r = P_t + G_t + G_r - FSPL - L_{misc}, \quad FSPL = 20\log_{10}\left(\frac{4\pi d f}{c}\right)

Referenz: Friis, "A Note on a Simple Transmission Formula" (1946)

d— Entfernung (m)
λ— Wellenlänge (c/f) (m)
EIRP— P+ G− L (dBm)
Pᵣₓ— EIRP − FSPL − Lmisc + G− L (dBm)
L_rain— Rain fade (ITU-R P.838) (dB)
L_atm— Atmospheric / gaseous absorption (dB)
L_pt— Antenna pointing / misalignment loss (dB)

Wie es funktioniert

Die Budgetanalyse für HF-Verbindungen berechnet die empfangene Signalleistung in drahtlosen Systemen — Telekommunikationsingenieure, Satellitensystemdesigner und IoT-Entwickler ermitteln anhand dieser Daten, ob eine Funkverbindung mit ausreichender Marge geschlossen wird. Die Friis-Übertragungsgleichung P_Rx = P_Tx + G_Tx + G_Rx - FSPL - L_misc bildet die Grundlage, wobei FSPL = 20*log10 (4*pi*d*f/c) gemäß ITU-R P.525-4 ist.

Der Verlust des Freiraumpfads erhöht sich um 6 dB pro Verdoppelung der Entfernung (Gesetz des umgekehrten Quadrats) und um 6 dB pro Frequenzverdopplung. Bei 2,4 GHz und 1 km ist FSPL = 100,0 dB; bei 5,8 GHz und 1 km ist FSPL = 107,7 dB. Dies erklärt, warum 5-GHz-WLAN bei identischer Sendeleistung eine kürzere Reichweite als 2,4 GHz hat. Laut Skolniks „Radar Handbook“ (3. Aufl.) erhöht sich die atmosphärische Absorption bei 2 GHz um 0,01 dB/km, bei 60 GHz jedoch um 0,2 dB/km (Sauerstoffresonanz).

Verbindungsrand = P_Rx — P_Sensitivity stellt einen Sicherheitspuffer gegen Ausbleichen dar. ITU-R P.530-17 empfiehlt eine Überblendgrenze von 25-40 dB für eine Verfügbarkeit von Mikrowellenverbindungen von 99,999% Bei mobilen Systemen verursacht das Rayleigh-Fading eine Signalschwankung von 20 bis 30 dB — LTE-Systeme sind für einen Spielraum von 8 bis 12 dB mit Leistungssteuerung konzipiert. GPS-Empfänger arbeiten mit einer Empfindlichkeit von -130 dBm und einem Verbindungsabstand von über 25 dB, um eine globale Abdeckung zu gewährleisten.

Warum Ingenieure einen Link-Budget-Rechner einer kompletten HF-Simulationssoftware vorziehen

Kommerzielle HF-Designumgebungen — Keysight ADS, Cadence AWR, Ansys HFSS — zeichnen sich durch elektromagnetische 3D-Simulation und nichtlineare Schaltungsanalyse aus, aber ein Link-Budget ist im Grunde genommen Algebra in einer Tabelle. Jedes dB ist additiv. Der eigentliche Engpass für Teams, die ihre Link-Budgets verwalten, ist die Iterationsgeschwindigkeit: Sie müssen Entfernung, Frequenz oder Antennenverstärkung anpassen und sehen, wie sich die Marge sofort aktualisiert. Ein browserbasierter Rechner mit Szenarien, die über URLs gemeinsam genutzt werden können, deckt 90% der Budgetierungsarbeit in weniger als 10 Sekunden pro Iteration ab. Kommerzielle Tools sind den 10% vorbehalten, die eine Co-Simulation mit Modulation, Codierung oder Ausbreitungs-Raytracing erfordern.

Wann sollte dieser Rechner im Vergleich zu einem vollständigen Propagationsmodell verwendet werden

Dieses Tool verwendet das Freiraummodell von Friis (ITU-R P.525-4) sowie vom Benutzer bereitgestellte Terme für atmosphärische Dämpfung, Regen- und Richtungsdämpfung. Es ist die richtige Wahl, wenn Sie (a) vor der detaillierten Planung eine Plausibilitätsprüfung erster Ordnung, (b) einen schnellen Vergleich zwischen Frequenzbändern oder Antennengewinnen, (c) eine Schätzung der Größenordnung für IoT-/LPWAN-Bereitstellungen benötigen oder (d) die Friis-Gleichung vermitteln möchten. Bei Pfadverlust in überfüllten Umgebungen legen Sie Okumura-Hata (150 MHz — 1,5 GHz innerorts), COST-231 Hata (1,5 — 2 GHz) oder ITU-R P.1411 (Nahbereich in der Stadt) als Layer an, bevor Sie der Randnummer vertrauen.

Bearbeitetes Beispiel

Funktioniertes Beispiel 1 — 915 MHz LoRa-Verbindung, 10 km ländlich

Problem: Entwerfen Sie eine 915-MHz-LoRa-Verbindung für eine Reichweite von 10 km mit einer Verfügbarkeit von 99% in ländlichem Gelände.

Lösung unter Verwendung des ITU-R P.525-4-Freiraummodells:

  1. Sendeleistung: 20 dBm (100 mW, Grenzwert nach FCC Part 15.247)
  2. Sendeantenne: 6 dBi Omni (erhöht am Turm)
  3. Empfangsantenne: 3 dBi (Handgerät)
  4. Kabelverluste: 2 dB insgesamt (Sendeseite LMR-400)
  5. Verlust des freien Speicherplatzes: FSPL = 20*log10 (10000) + 20*log10 (915e6) + 20*log10 (4*pi/3e8) = 111,7 dB
  6. Zusätzliche Verluste: 6 dB Vegetation/Beugung (ITU-R P.833)
  7. Überblendbereich: 10 dB (für eine Verfügbarkeit von 99% pro Okumura-Hata)
  8. Erforderlicher P_Rx: 20 + 6 + 3 - 2 - 111,7 - 6 - 10 = -100,7 dBm
  9. LoRa-Empfindlichkeit bei SF12/125 kHz: -137 dBm (Semtech SX1276 Datenblatt)
  10. Verbindungsabstand: -100,7 - (-137) = 36,3 dB — die Verbindung wird mit erheblichem Abstand geschlossen

Bei SF7 (Empfindlichkeit -123 dBm) sinkt der Rand auf 22,3 dB, aber die Datenrate steigt von 293 bps auf 5,5 kbps.

Hat funktioniert: Beispiel 2 — Amateur CubeSat, 437 MHz UHF-Downlink

Problem: 3U CubeSat in 500 km Höhe sendet AX.25-Pakete mit 437 MHz an eine Bodenstation mit 13 dBi Yagi.

Eingänge:

  1. Sendeleistung: 27 dBm (0,5 W, typischer CubeSat-Beacon)
  2. Antenne für Raumfahrzeuge: -3 dBi (1/4-Wellen-Monopolmuster, außerhalb der Achse)
  3. Bodenantenne: 13 dBi (5-Element-Yagi)
  4. Kabelverlust an der Bodenseite: 2 dB (30 Fuß LMR-400 bei 437 MHz)
  5. Neigungsbereich bei 10° Höhe: ~1.930 km (Geometrie ab 500 km Höhe)
  6. FSPL bei 437 MHz, 1.930 km: 20*log10 (4*pi*1,93e6/0,686) = 151,0 dB
  7. Polarisationsverlust: 3 dB (lineare Bodenantenne, taumelndes Raumfahrzeug)
  8. Ionosphärische Szintillation: 2 dB (niedriger Breitengrad, maximale Sonneneinstrahlung)

Budget: 27 + (-3) + 13 - 2 - 151,0 - 3 - 2 = -121,0 dBm empfangen.

Ein typischer softwaredefinierter Sender (RTL-SDR mit LNA) hat eine Empfindlichkeit von ~-130 dBm bei einer Bandbreite von 10 kHz bei 437 MHz. Verbindungsrand = -121 — (-130) = 9 dB — marginal an LEO-Passkanten, stark im Zenit.

Wichtigste Lektion: Der vorherrschende Begriff ist FSPL bei 151 dB. Die Verdoppelung der Sendeleistung (3 dB) hilft kaum; der Wechsel von einer Monopolantenne zu einer 0-dBi-Patchantenne (3 dB Verstärkung) hilft ebenso. Eine bessere Bodenantenne (20 dBi gegenüber 13 dBi Yagi) erhöht direkt den Rand um 7 dB.

Hat funktioniert: Beispiel 3 — GEO-Broadcast, 12-GHz-Ku-Band-Downlink

Problem: Satellitenfernsehen, das direkt nach Hause gesendet wird, von einer geostationären Umlaufbahn (35.786 km) auf eine 60 cm große Verbraucherschüssel.

Eingänge:

  1. Satelliten-EIRP: 52 dBW = 82 dBm (typischer GEO Ku-Rundfunktransponder)
  2. Schallverstärkung beim Verbraucher: ~35 dBi (60 cm bei 12 GHz, Wirkungsgrad 60%)
  3. LNB-Rauschzahl 0,8 dB, entspricht einem G/T ≈ 13 dB/K-System — wir verwenden hier ein effektives Verstärkungsmodell
  4. Neigungsbereich bei 30° Höhe: ~39.300 km
  5. FSPL bei 12 GHz, 39.300 km: 20*log10 (4*pi*3,93e7/0,025) = 205,9 dB
  6. Regenschwund (ITU-R P.838-3, gemäßigte Zone, Verfügbarkeit von 99,9%): 4 dB
  7. Atmosphärische Absorption (O2 + H2O Meeresspiegel): 0,5 dB
  8. Richtungsverlust (falsche Ausrichtung der Verbraucherschale): 1 dB

Budget: 82 + 35 - 205,9 - 4 - 0,5 - 1 = -94,4 dBm empfangen

Typische DVB-S2-Empfängerempfindlichkeit für QPSK 3/4 bei 27,5 mSym/s: ~-102 dBm. Verbindungsmarge = -94,4 - (-102) = 7,6 dB bei 99,9% Verfügbarkeit.

Wichtigste Lektion: Im Ku-Band und höher ist Regenfade der Designtreiber. Der Wechsel von einer Verfügbarkeit von 99,9% auf 99,99% (weitere 9 Neunen bei Ausfall) kostet in der Regel 5-8 dB mehr Regenspielraum. Dies wird häufig durch die Verwendung adaptiver Kodierung (DVB-S2X) erreicht, anstatt durch größere Geräte.

Praktische Tipps

  • ✓Entwurf für eine Mindestverbindungsmarge von 10 bis 15 dB für feste Drahtlosverbindungen; 20 bis 30 dB für mobile Systeme, bei denen Mehrweg-Fading auftritt; 30 bis 40 dB für kritische Infrastrukturen (ITU-R P.530)
  • ✓Verwenden Sie ITU-R-Ausbreitungsmodelle, die der Umgebung entsprechen: P.525 (freier Raum), P.1411 (städtisch), P.833 (Vegetation), P.676 (atmosphärisch), P.838 (Regendämpfung)
  • ✓Validieren Sie die Prognosen zum Verbindungsbudget mit Antriebstests oder Standortuntersuchungen — die tatsächliche Ausbreitung weicht aufgrund lokaler Gelände- und Gebäudeeffekte oft um 5-15 dB von den Modellen ab
  • ✓Kopieren Sie die Szenario-URL (Schaltfläche in der Werkzeugleiste) und fügen Sie sie in die Notizen zur Entwurfsprüfung ein — alle Eingaben werden umgerechnet, sodass die Prüfer exakt dieselbe Berechnung durchführen
  • ✓Kombinieren Sie diesen Rechner für iterative Handelsstudien mit dem Noise Figure Cascade-Rechner, um zu sehen, wie sich die LNA-Verstärkung und der Rauschwert am Frontend auf die effektive Sensitivitätszahl auswirken

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung des Freiraumpfadverlusts für terrestrische Verbindungen ohne Umgebungskorrekturen — addieren Sie 10-30 dB für städtische Umgebungen (ITU-R P.1411), 6-15 dB für Vororte, 3-6 dB für ländliche Umgebungen mit Vegetation gemäß ITU-R P.833
  • ✗Vernachlässigung der Kabel- und Steckerverluste — ein 30 m langer LMR-400-Betrieb mit 2,4 GHz verliert 3,5 dB; vier N-Anschlüsse fügen 0,6 dB hinzu; insgesamt 4,1 dB werden häufig aus den Verbindungsbudgets herausgenommen
  • ✗Antennengewinn mit EIRP verwechseln — Sendeleistung + Antennengewinn = EIRP; regulatorische Grenzwerte (FCC Teil 15) spezifizieren in der Regel EIRP, nicht nur Sendeleistung
  • ✗Ignorieren der frequenzabhängigen atmosphärischen Absorption — unter 10 GHz vernachlässigbar, aber kritisch bei 60 GHz (15 dB/km) und 24 GHz (0,2 dB/km) gemäß ITU-R P.676
  • ✗Verwendung einer geradlinigen horizontalen Entfernung für Satelliten- oder erhöhte Verbindungen — die Neigungsreichweite ist wichtig. Bei einer Höhe von 30° bis zu einem LEO-Satelliten von 500 km beträgt die Neigungsreichweite ~900 km — fast das Doppelte der Höhe. Bei einer Unterschätzung der Neigungsreichweite wird der FSPL um 3—6 dB unterschätzt.
  • ✗Vergessen wir den Polarisationsverlust auf mobilen oder taumelnden Plattformen — eine feste lineare Bodenantenne, die von einem Raumfahrzeug mit beliebiger Ausrichtung empfangen wird, verliert im Durchschnitt bis zu 3 dB, nicht Null

Häufig gestellte Fragen

dBm ist die Leistung, bezogen auf 1 Milliwatt: P (dBm) = 10*log10 (P_mW). Allgemeine Werte: 0 dBm = 1 mW, 10 dBm = 10 mW, 20 dBm = 100 mW, 30 dBm = 1 W. Die Empfindlichkeiten des Empfängers sind in der Regel negativ: -100 dBm = 0,1 pW (WLAN), -130 dBm = 0,1 fW (GPS). Die dBm-Skala ermöglicht die Berechnung des Verbindungsbudgets durch einfache Addition/Subtraktion statt Multiplikation/Division der Leistungsstufen.
Der Freiraumpfadverlust erhöht sich um 20*log10 (f2/f1) dB, wenn die Frequenz von f1 auf f2 steigt. Eine Verdoppelung der Frequenz führt zu einem Verlust von 6 dB. Bei 1 km: 433 MHz = 92,5 dB FSPL; 915 MHz = 99,2 dB; 2,4 GHz = 107,6 dB; 5,8 GHz = 115,2 dB. Dieser Unterschied von 22,7 dB zwischen 433 MHz und 5,8 GHz erklärt, warum IoT-Protokolle im Sub-GHz-Bereich (LoRa, Sigfox) bei gleicher Sendeleistung eine viel größere Reichweite als WLAN erreichen.
Dieser Rechner liefert die theoretische Freiraum-Basislinie gemäß ITU-R P.525. Für reale Umgebungen fügen Sie empirische Verlustfaktoren hinzu: Bürogebäude in Innenräumen: +20 bis +40 dB (Wände, Fußböden); innerstädtisch im Freien: +20 bis +30 dB (Gebäude, Fahrzeuge); Vorstadt: +10 bis +20 dB; Ländlicher Raum: +3 bis +10 dB (Vegetation, Gelände). Verwenden Sie für eine detaillierte Modellierung Okumura-Hata (150 MHz-1,5 GHz städtisch), COST-231 (1,5-2 GHz) oder Raytracing für bestimmte Gebäudegrundrisse.
Hängt von Modulation und Bandbreite ab. WLAN (OFDM, 20 MHz BW): -65 dBm ausgezeichnet, -75 dBm gut, -85 dBm marginal. Mobilfunk-LTE: -80 dBm ausgezeichnet, -100 dBm nutzbar. LoRa (SF12, 125 kHz): -137 dBm Empfindlichkeit. GPS: -130 dBm nominal. Bluetooth: -70 dBm ausgezeichnet, -90 dBm nutzbar. Der Unterschied zwischen WLAN- und LoRa-Empfindlichkeit von über 60 dB erklärt den Kompromiss zwischen Reichweite und Durchsatz — LoRa erreicht 15 km bei 300 bps, WLAN erreicht 100 m bei 100 Mbit/s.
Der Antennengewinn erhöht direkt das Verbindungsbudget: +3 dBi = verdoppelt die Reichweite (bei konstanter Empfindlichkeit), da 6 dB Pfadverlust der 2-fachen Entfernung entsprechen. Eine 24-dBi-Parabolantenne bietet 24 dB mehr Verbindungsbudget als eine 0-dBi-Omni-Antenne — das entspricht einer Reduzierung des Pfadverlusts von 1 km auf 60 m oder einer 250-fachen Erhöhung der Sendeleistung. Antennen mit hoher Verstärkung tauschen Reichweite gegen Reichweite ein: Eine 24-dBi-Antenne hat eine Strahlbreite von 10 Grad, was eine präzise Ausrichtung erfordert.
Link-Budget-Ansatz: Verfügbarer Pfadverlust = P_Tx + G_Tx + G_Rx - P_Sensitivity - Marge. Beispiel: 20 dBm Übertragung, 2 dBi-Antennen auf jeder Seite, -137 dBm Empfindlichkeit (SF12), 20-dB-Marge = 20 + 2 + 2 - (-137) - 20 = 141 dB zulässiger FSPL. Löse FSPL = 20*log10 (d) + 20*log10 (433e6) — 147,55 = 141 dB für d = 700 km theoretisch. Reales Gelände: 10-30 km ländlich, 2-5 km vorstädtisch, 0,5-2 km städtisch. Der Vorteil im Sub-GHz-Bereich: Dieselbe Berechnung bei 2,4 GHz ergibt theoretisch nur 125 km, da der FSPL um 15 dB höher ist.
ITU-R P.530-17 definiert die Anforderungen für den Überblendungsabstand je nach Verfügbarkeit: 99,9% Verfügbarkeit: 15—20 dB-Marge; 99,99%: 25-30 dB; 99,999%: 35-40 dB. Der Spielraum berücksichtigt das Ausbleichen mehrerer Pfade, die Regendämpfung (deutlich über 10 GHz), die Alterung der Geräte und atmosphärische Schwankungen. Für eine 10 km lange, 18-GHz-Verbindung in gemäßigtem Klima: 15 dB Mehrwege+8 dB Regen (0,01% Überschreitung) + 3-dB-Ausrüstung = Gesamtmarge von 26 dB für eine Verfügbarkeit von 99,99%.
Die Antennenhöhe wirkt sich auf den Fresnel-Zonenabstand aus, nicht direkt auf den Verlust des Freiraums. Radius der ersten Fresnel-Zone in der Mitte des Pfades: r1 = sqrt (lambda * d/4). Für eine 10-km-Verbindung bei 5,8 GHz: r1 = sqrt (0,052 * 5000) = 16 m. Wenn das Gelände mehr als 40% dieser Zone verdeckt, fügen Sie einen Beugungsverlust von mehr als 6 dB hinzu. Die Höhe bestimmt, ob die Fresnel-Zone frei ist — unzureichender Abstand ist die häufigste Ursache für Verbindungsausfälle in Punkt-zu-Punkt-Systemen. Faustregel: Die Antennenhöhe sollte einen Abstand von r1 über allen Hindernissen in der Mitte des Pfades bieten.
Link-Marge = P_Received — P_Sensitivity (gesamter Sicherheitspuffer). Der Überblendungsbereich ist der Bereich, der für Signalausblendungen reserviert ist. Beispiel: Eine Verbindungsmarge von 30 dB könnte Folgendes bedeuten: 20 dB Abblendbereich (Mehrweg, Regen), 5 dB Implementierungsmarge (Komponententoleranz, Alterung), 5 dB Interferenzmarge. Der Überblendbereich bestimmt die Verfügbarkeitsstatistiken — der Überblendbereich von 20 dB mit Rayleigh-Fading ergibt eine Verfügbarkeit von ca. 99,9% gemäß ITU-R P.530. Eine zu geringe Angabe des Fade-Randes ist die Hauptursache für zeitweilige Verbindungsausfälle.
Ja — jede Funktion auf dieser Seite ist kostenlos, läuft in Ihrem Browser und erfordert keine Anmeldung. In den Szenarien werden URL-Parameter durchlaufen, sodass das Teilen eines Designs mit einem Kollegen nur durch Kopieren und Einfügen erfolgt. Pro- und API-Stufen gibt es für in der Cloud gespeicherte Szenarien, Batch-Berechnungen über REST und erweiterte asynchrone Simulationen (Monte Carlo, Touchstone-Export), aber die Berechnung des Linkbudgets selbst ist immer kostenlos.
Dieser Rechner implementiert das Friis+ ITU-R P.525-Freiraummodell mit vom Benutzer angegebenen Bedingungen für Atmosphären-/Regen-/Richtungsverlust — was in etwa dem Budget-Arbeitsblatt eines kommerziellen Tools entspricht. Kommerzielle Pakete bieten zusätzlich: zeitvariable Satellitengeometrie (AGI STK Cloud, bis Sonnenuntergang im März 2026), vollständiges Raytracing mit Geländedatenbanken, integrierte Modulationsleistung (BER- vs. Eb/No-Kurven) und Berichterstattung zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Für iteratives Design und Unterricht ist der browserbasierte Ansatz schneller; für die operative Missionsplanung verdienen die kommerziellen Tools ihre Lizenzkosten. rftools.io liefert auch ein asynchrones Satellite Link Budget-Tool (/tools/sat-link-budget) mit, das voreingestellte Umlaufbahnen, AMSAT-CSV-Export und ITU-R P.618-Regenmodelle für die Lücke zwischen den beiden Kategorien hinzufügt.
Ja. Jeder Taschenrechner hat einen Kartenexport (gemeinsam nutzbares 1200x630 PNG mit eingebettetem Szenario) und CSV/BOM-Exporteure. Verwenden Sie für S-Parameter-kompatible Formate das RF Cascade-Werkzeug (/tools/rf-cascade), das stufenweise Touchstone-Uploads im Format .s2p akzeptiert und kombinierte .snp-Dateien exportiert. Für Python- oder MATLAB-Pipelines liefert die Pro-API (/docs/api) JSON-Ergebnisse über /api/py/v1/calculate — dieselbe Mathematik, automatisierbar.
Die maximale Reichweite geht hier von einer Ausbreitung im freien Raum aus — keine Hindernisse, kein Mehrweg, keine Interferenz, kein Eindringen in die Fresnel-Zone. In realen Umgebungen treten im Vergleich zum Modell in der Regel 10 bis 30 dB zusätzliche Dämpfung auf, wodurch die Reichweite je nach Gelände um das 3- bis 30-fache reduziert wird. Für realistische Feldschätzungen fügen Sie entweder (a) dem Feld „atmosphärischer Verlust“ einen Term für den Umgebungsverlust hinzu, der Ihrem Szenario entspricht (siehe die häufig gestellten Fragen zum Thema „unfreier Raum“ oben) oder (b) verwenden Sie ein zweistrahliges Bodenabsprungmodell für terrestrische Verbindungen in Bodennähe.

Methodik & Referenzen

Referenzen

  • A Note on a Simple Transmission Formula — Harald T. Friis, Proc. IRE 34(5), pp. 254–256 (1946)
  • ITU-R P.525-4 — Calculation of free-space attenuation Link
  • ITU-R P.618-13 — Rain and atmospheric attenuation for Earth-space links Link
  • Microwave Engineering, 4th ed. — David M. Pozar (2011), Chapter 14 — Wireless Communication Systems

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