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RF Engineering22 de enero de 20267 min de lectura

Análisis del presupuesto de RF Link: una guía de ingeniería paso a paso

Aprenda a realizar un análisis presupuestario de enlaces RF desde cero. Incluye ejemplos prácticos sobre la pérdida de trayectoria en el espacio libre, la ganancia de antena, las pérdidas de cable, la sensibilidad del receptor y el cálculo del margen de enlace.

¿Qué es un presupuesto de enlaces?

Un presupuesto de enlaces es una contabilidad de todas las ganancias y pérdidas que experimenta una señal del transmisor al receptor. Si la potencia recibida supera la sensibilidad del receptor (con un margen suficiente), el enlace funciona. De lo contrario, necesita obtener más ganancias, reducir las pérdidas o acercar las antenas.

La ecuación fundamental
Prx=Ptx+Gtx−Lcable,tx−FSPL−Lmisc+Grx−Lcable,rxP_{rx} = P_{tx} + G_{tx} - L_{cable,tx} - FSPL - L_{misc} + G_{rx} - L_{cable,rx}
Todos los valores en dBm o dB. El resultado es la potencia recibida en dBm.

Margen de enlace = p_Rx − Sensitivity_RX

Un margen positivo significa que el enlace funciona. Objetivos estándar:

  • WiFi interior: margen de 10 a 15 dB
  • Punto a punto en exteriores: margen de 15 a 20 dB
  • Enlace por satélite: de 3 a 6 dB (cada dB cuesta dinero)

Pérdida de ruta en el espacio libre

El FSPL domina todos los enlaces inalámbricos. No se trata de una pérdida en el sentido físico, sino de la expansión geométrica del frente de onda:

FSPL=20log⁡10(4πdfc)FSPL = 20\log_{10}\left(\frac{4\pi d f}{c}\right)
Para cálculos mentales rápidos: FSPL ≈ 20 log (f_GHz) + 20 log (d_km) + 92,4 dB

Ejemplos:

  • 2,4 GHz, 100 m: 80 dB
  • 2,4 GHz, 1 km: 100 dB
  • 28 GHz (5G mmWave), 100 m: 101 dB — 21 dB más de 2,4 GHz en el mismo rango

Sensibilidad del receptor

La sensibilidad viene determinada por el nivel de ruido mínimo y la SNR requerida:

Smin=−174+10log⁡10(BW)+NF+SNRminS_{min} = -174 + 10\log_{10}(BW) + NF + SNR_{min}
Dónde:
  • −174 dBm/Hz es ruido térmico a temperatura ambiente (kT)
  • BW es el ancho de banda del receptor en Hz
  • NF es la cifra de ruido del receptor en dB
  • SNR_min es la SNR mínima para la demodulación (p. ej., 10 dB para BPSK, 25 dB para 64-QAM)
Un receptor 802.11n típico con un ancho de banda de 20 MHz con 7 dB NF y 10 dB SNR_min: S_min = −174 + 73 + 7 + 10 = −84 dBm

Ejemplo resuelto: enlace IoT de 900 MHz

Objetivo: alcance de 500 m, exterior, sistema estilo Lora.

ParámetroValor
Potencia TX+20 dBm (100 mW)
Ganancia de antena TX2 dBi (dipolo simple)
Pérdida de cable TX−0,5 dB
FSPL a 915 MHz, 500 m−85,7 dB
Pérdida ambiental−5 dB (árboles, edificios)
Ganancia de antena RX2 dBi
Pérdida de cable RX−0,5 dB
Potencia recibida−67,7 dBm
Sensibilidad a la RX (LoRa SF7)−123 dBm
Margen de enlace+55,3 dB
Excelente margen: podría ampliar la autonomía a varios kilómetros o utilizar una potencia TX inferior para ahorrar batería.

Errores comunes

Olvidar la pérdida de polarización. Las antenas desalineadas pueden perder entre 3 y 20 dB. Dos antenas lineales a 90° pierden aproximadamente 20 dB. Ignorar el desajuste de impedancia. Un VSWR 2:1 genera una pérdida de desajuste de 0,5 dB. Fácil de olvidar, difícil de recuperar con un presupuesto ajustado. Uso de la ganancia máxima de la antena en todas las direcciones. La ganancia de la antena es direccional. Una antena parabólica de 10 dBi solo emite 10 dBi en la dirección de la cámara. La posición fuera del eje puede oscilar entre -10 y -30 dB. Sin tener en cuenta el margen de atenuación. Los canales inalámbricos reales se atenúan. Añada un margen de 5 a 15 dB para la atenuación de Rayleigh en entornos de rutas múltiples.

Utilice nuestra [Calculadora de presupuesto RF Link] (/calculators/rf/rf-link-budget) para modelar su sistema, incluidos los gráficos de potencia y distancia recibidas.

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