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Calculadora de Presupuesto de Enlace RF

Calcula el presupuesto de potencia completo de un enlace inalámbrico incluyendo ganancias, pérdidas y margen de enlace.

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Fórmula

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)

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

d— Distancia (m)
λ— Longitud de onda (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)

Cómo Funciona

El análisis del presupuesto de los enlaces de RF calcula la potencia de la señal recibida en los sistemas inalámbricos; los ingenieros de telecomunicaciones, los diseñadores de sistemas satelitales y los desarrolladores de IoT utilizan esto para determinar si un enlace de radio se cerrará con un margen adecuado. La ecuación de transmisión de Friis p_Rx = p_TX + G_tx + G_Rx - FSPL - L_misc constituye la base, donde FSPL = 20*log10 (4*pi*d*f/c) según ITU-R P.525-4.

La pérdida de trayectoria en el espacio libre aumenta 6 dB al duplicar la distancia (ley del cuadrado inverso) y 6 dB al duplicar la frecuencia. A 2,4 GHz y 1 km, FSPL = 100,0 dB; a 5,8 GHz y 1 km, FSPL = 107,7 dB. Esto explica por qué el WiFi de 5 GHz tiene un alcance más corto que el de 2,4 GHz con una potencia de transmisión idéntica. Según el «Manual de radar» de Skolnik (tercera edición), la absorción atmosférica añade 0,01 dB/km a 2 GHz, pero 0,2 dB/km a 60 GHz (resonancia de oxígeno).

Margen de enlace = p_Rx: p_Sensitivity representa un amortiguador de seguridad contra la decoloración. La ITU-R P.530-17 recomienda un margen de atenuación de 25 a 40 dB para los enlaces de microondas con una disponibilidad del 99,999%. En los sistemas móviles, el desvanecimiento de Rayleigh provoca una variación de señal de 20 a 30 dB; los sistemas LTE se diseñan con un margen de 8 a 12 dB con control de potencia. Los receptores GPS funcionan a una sensibilidad de -130 dBm con un margen de enlace de más de 25 dB para garantizar una cobertura global.

Por qué los ingenieros eligen una calculadora de presupuesto de enlaces en lugar de un software completo de simulación de RF

Los entornos comerciales de diseño de radiofrecuencia (Keysight ADS, Cadence AWR y Ansys HFSS) son excelentes para la simulación electromagnética 3D y el análisis de circuitos no lineales, pero el presupuesto de enlaces es básicamente álgebra en una hoja de cálculo. Cada dB es aditivo. El verdadero obstáculo para los equipos que tienen presupuestos de enlaces es la velocidad de iteración: ajustar la distancia, la frecuencia o la ganancia de la antena y ver cómo el margen se actualiza de inmediato. Una calculadora basada en un navegador con escenarios que se pueden compartir mediante URL cubre el 90% del trabajo presupuestario en menos de 10 segundos por iteración; las herramientas comerciales están reservadas para el 10% que requiere la simulación conjunta con el trazado de rayos de modulación, codificación o propagación.

Cuándo usar esta calculadora en comparación con un modelo de propagación completo

Esta herramienta utiliza el modelo de espacio libre de Friis (ITU-R P.525-4) más los términos de pérdida atmosférica/pluviométrica o puntual proporcionados por el usuario. Es la opción correcta cuando se necesita: a) comprobar primero el estado físico antes de realizar un diseño detallado, (b) comparar rápidamente las bandas de frecuencia o las ganancias de la antena, (c) estimar el rango por orden de magnitud para los despliegues de IoT y LPWAN, o (d) enseñar la ecuación de Friis. Para perder el recorrido en entornos desordenados, coloca Okumura-Hata (150 MHz — 1,5 GHz en zonas urbanas), COST-231 Hata (1,5 — 2 GHz) o ITU-R P.1411 (zona urbana de corto alcance) antes de confiar en el número de margen.

Ejemplo Resuelto

Ejemplo resuelto 1: enlace LoRa de 915 MHz, 10 km en zonas rurales

Problema: Diseñe un enlace LoRa de 915 MHz para un alcance de 10 km con una disponibilidad del 99% en terrenos rurales.

Solución utilizando el modelo de espacio libre ITU-R P.525-4:

  1. Potencia de transmisión: 20 dBm (100 mW, límite de la parte 15.247 de la FCC)
  2. Antena transmisora: omnidireccional de 6 dBi (elevada en torre)
  3. Antena receptora: 3 dBi (dispositivo portátil)
  4. Pérdidas de cable: 2 dB en total (lado de transmisión LMR-400)
  5. Pérdida de ruta por espacio libre: FSPL = 20*log10 (10000) + 20*log10 (915e6) + 20*log10 (4*pi/3e8) = 111,7 dB
  6. Pérdidas adicionales: 6 dB de vegetación/difracción (ITU-R P.833)
  7. Margen de atenuación: 10 dB (para una disponibilidad del 99% por Okumura-Hata)
  8. P_rx requerido: 20 + 6 + 3 - 2 - 111,7 - 6 - 10 = -100,7 dBm
  9. Sensibilidad LoRa a SF12/125 kHz: -137 dBm (hoja de datos de Semtech SX1276)
  10. Margen de enlace: -100,7 - (-137) = 36,3 dB — el enlace se cierra con un margen sustancial

En SF7 (sensibilidad -123 dBm), el margen cae a 22,3 dB, pero la velocidad de datos aumenta de 293 bps a 5,5 kbps.

Ejemplo resuelto 2: Amateur CubeSat, enlace descendente UHF de 437 MHz

Problema: un CubeSat 3U a 500 km de altitud envía paquetes AX.25 a 437 MHz a una estación terrestre con un Yagi de 13 dBi.

Entradas:

  1. Potencia de transmisión: 27 dBm (0,5 W, baliza CubeSat típica)
  2. Antena para nave espacial: -3 dBi (patrón monopolo de 1/4 de onda, fuera del eje)
  3. Antena de tierra: 13 dBi (Yagi de 5 elementos)
  4. Pérdida de cable en el lado del suelo: 2 dB (LMR-400 de 30 pies a 437 MHz)
  5. Rango de inclinación a una elevación de 10°: ~1.930 km (geometría a partir de 500 km de altitud)
  6. FSPL a 437 MHz, 1.930 km: 20*log10 (4*pi*1,93e6/0,686) = 151,0 dB
  7. Pérdida de polarización: 3 dB (antena terrestre lineal, nave espacial que cae)
  8. Centelleo ionosférico: 2 dB (latitud baja, máximo solar)

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

Una radio definida por software típica (RTL-SDR con LNA) tiene una sensibilidad de aproximadamente -130 dBm en un ancho de banda de 10 kHz a 437 MHz. Margen de enlace = -121 - (-130) = 9 dB: marginal en los bordes de paso de LEO, fuerte cerca del cenit.

Lección clave: el término dominante es FSPL a 151 dB. Duplicar la potencia de transmisión (3 dB) apenas ayuda; cambiar de una antena unipolar a una antena tipo parche de 0 dBi (ganancia de 3 dB) también ayuda; una antena terrestre mejor (20 dBi frente a una antena tipo Yagi de 13 dBi) añade 7 dB directamente al margen.

Ejemplo resuelto 3: transmisión GEO, enlace descendente en banda Ku de 12 GHz

Problema: transmisión directa de televisión por satélite desde una órbita geoestacionaria (35.786 km) a una antena parabólica de 60 cm.

Entradas:

  1. EIRP satelital: 52 dBW = 82 dBm (transpondedor de transmisión GEO Ku típico)
  2. Ganancia parabólica para el consumidor: ~35 dBi (60 cm a 12 GHz, eficiencia del 60%)
  3. La cifra de ruido del LNB es de 0,8 dB, lo que se traduce en un sistema G/T ≈ 13 dB/K; aquí utilizamos un modelo de ganancia efectiva
  4. Rango de inclinación a 30° de elevación: ~39.300 km
  5. FSPL a 12 GHz, 39.300 km: 20*log10 (4*pi*3,93e7/0,025) = 205,9 dB
  6. Desvanecimiento por lluvia (ITU-R P.838-3, zona templada, disponibilidad del 99,9%): 4 dB
  7. Absorción atmosférica (O2 + H2O a nivel del mar): 0,5 dB
  8. Pérdida de puntería (desalineación de la antena parabólica del consumidor): 1 dB

Presupuesto: 82 + 35 - 205,9 - 4 - 0,5 - 1 = -94,4 dBm recibidos.

Sensibilidad típica de un receptor DVB-S2 para QPSK 3/4 a 27,5 Msym/s: ~-102 dBm. Margen de enlace = -94,4 - (-102) = 7,6 dB con una disponibilidad del 99,9%.

Lección clave: en la banda Ku y superiores, la lluvia desvanecida es *el impulsor del diseño. Pasar del 99,9% al 99,99% de disponibilidad (9 nueves adicionales en caso de un apagón) suele costar entre 5 y 8 dB más de margen de lluvia, lo que suele lograrse mediante el uso de codificación adaptativa (DVB-S2X) en lugar de platos más grandes.

Consejos Prácticos

  • ✓Diseño para un margen de enlace mínimo de 10 a 15 dB para redes inalámbricas fijas; de 20 a 30 dB para sistemas móviles sujetos a atenuación por rutas múltiples; de 30 a 40 dB para infraestructuras críticas (ITU-R P.530)
  • ✓Utilice modelos de propagación de la UIT-R adecuados al medio ambiente: P.525 (espacio libre), P.1411 (urbano), P.833 (vegetación), P.676 (atmosférico), P.838 (atenuación de la lluvia)
  • ✓Valide las predicciones presupuestarias de los enlaces con pruebas de conducción o estudios del sitio: la propagación real a menudo difiere entre 5 y 15 dB de la de los modelos debido a los efectos locales del terreno y de la construcción
  • ✓Copie la URL del escenario (botón de la barra de herramientas) y péguela en las notas de revisión del diseño: recorre todas las entradas para que los revisores ejecuten exactamente el mismo cálculo
  • ✓Para estudios comerciales iterativos, combine esta calculadora con la calculadora Noise Figure Cascade para ver cómo la ganancia del LNA frontal y la cifra de ruido cambian el número de sensibilidad efectivo

Errores Comunes

  • ✗Uso de la pérdida de trayectoria en el espacio libre para enlaces terrestres sin correcciones ambientales: añada de 10 a 30 dB para entornos urbanos (ITU-R P.1411), de 6 a 15 dB para suburbanos y de 3 a 6 dB para entornos rurales con vegetación según ITU-R P.833
  • ✗Sin tener en cuenta las pérdidas de cable y conector: un LMR-400 de 30 m a 2,4 GHz pierde 3,5 dB; los cuatro conectores N añaden 0,6 dB; un total de 4,1 dB a menudo se omite en los presupuestos de enlaces
  • ✗Confundir la ganancia de antena con el EIRP: potencia de transmisión + ganancia de antena = EIRP; los límites reglamentarios (parte 15 de la FCC) suelen especificar el EIRP, no solo la potencia de transmisión
  • ✗Ignorando la absorción atmosférica dependiente de la frecuencia: insignificante por debajo de 10 GHz, pero crítica a 60 GHz (15 dB/km) y 24 GHz (0,2 dB/km) según ITU-R P.676
  • ✗Uso de una distancia horizontal en línea recta para enlaces satelitales o elevados: el rango inclinado es importante. A una elevación de 30° con respecto a un satélite LEO de 500 km, el rango de inclinación es de unos 900 km, casi el doble de la altitud. La subestimación del rango de inclinación subestima el FSPL entre 3 y 6 dB.
  • ✗Olvídese de la pérdida de polarización en plataformas móviles o en caída: una antena terrestre lineal fija que recibe desde una nave espacial con una orientación arbitraria pierde hasta 3 dB en promedio, no cero

Preguntas Frecuentes

dBm es la potencia referenciada a 1 milivatio: P (dBm) = 10*log10 (p_mW). Valores comunes: 0 dBm = 1 mW, 10 dBm = 10 mW, 20 dBm = 100 mW, 30 dBm = 1 W. La sensibilidad del receptor suele ser negativa: -100 dBm = 0,1 pW (WiFi), -130 dBm = 0,1 fW (GPS). La escala de dBm permite vincular la aritmética del presupuesto mediante una simple suma o resta en lugar de mediante la multiplicación o división de los niveles de potencia.
La pérdida de trayectoria en el espacio libre aumenta 20*log10 (f2/f1) dB cuando la frecuencia aumenta de f1 a f2. La duplicación de la frecuencia añade una pérdida de 6 dB. A 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. Esta diferencia de 22,7 dB entre 433 MHz y 5,8 GHz explica por qué los protocolos de IoT subGHz (LoRa, Sigfox) ofrecen un alcance mucho mayor que el WiFi para la misma potencia de transmisión.
Esta calculadora proporciona una línea base teórica de espacio libre según el ITU-R P.525. Para entornos reales, añada factores de pérdida empíricos: oficinas interiores: de +20 a +40 dB (paredes, suelos); exteriores urbanos: de +20 a +30 dB (edificios, vehículos); zonas suburbanas: de +10 a +20 dB; zonas rurales abiertas: de +3 a +10 dB (vegetación, terreno). Para un modelado detallado, utilice Okumura-Hata (150 MHz-1,5 GHz urbano), COST-231 (1,5-2 GHz) o el trazado de rayos para diseños de edificios específicos.
Depende de la modulación y el ancho de banda. WiFi (OFDM, ancho de banda de 20 MHz): -65 dBm excelente, -75 dBm bueno, -85 dBm marginal. LTE celular: -80 dBm excelente, -100 dBm utilizables. LoRa (SF12, 125 kHz): sensibilidad de -137 dBm. GPS: -130 dBm nominal. Bluetooth: -70 dBm excelente, -90 dBm utilizables. La diferencia de más de 60 dB entre la sensibilidad de WiFi y LoRa explica el equilibrio entre alcance y rendimiento: LoRa alcanza los 15 km a 300 bps, mientras que el WiFi alcanza los 100 m a 100 Mbps.
La ganancia de la antena aumenta directamente el presupuesto del enlace: +3 dBi = duplica el alcance (para una sensibilidad constante) porque una pérdida de ruta de 6 dB equivale a 2 veces la distancia. Una antena parabólica de 24 dBi proporciona 24 dB más de capacidad de enlace que una antena parabólica de 0 dBi, lo que equivale a reducir la pérdida de ruta de 1 km a 60 m o a aumentar la potencia de transmisión 250 veces. Las antenas de alta ganancia cambian el área de cobertura por el alcance: una antena parabólica de 24 dBi tiene un ancho de haz de 10 grados y requiere una alineación precisa.
Enfoque de presupuesto de enlaces: pérdida de ruta disponible = p_TX + G_tx + g_Rx - P_sensitivity - margin. Ejemplo: transmisión de 20 dBm, antenas de 2 dBi en cada lado, sensibilidad de -137 dBm (SF12), margen de 20 dB = 20 + 2 + 2 - (-137) - 20 = 141 dB de FSPL permitido. Resuelva FSPL = 20*log10 (d) + 20*log10 (433e6) - 147,55 = 141 dB para d = 700 km teóricos. Mundo real con terreno: de 10 a 30 km en zonas rurales, de 2 a 5 km en zonas suburbanas, de 0,5 a 2 km en zonas urbanas. La ventaja de los niveles inferiores a los de GHz: el mismo cálculo a 2,4 GHz arroja solo 125 km en teoría, debido a un FSPL 15 dB más alto.
La ITU-R P.530-17 define los requisitos de margen de atenuación según la disponibilidad: disponibilidad del 99,9%: margen de 15-20 dB; 99,99%: 25-30 dB; 99,999%: 35-40 dB. El margen tiene en cuenta la atenuación por trayectoria múltiple, la atenuación por lluvia (muy por encima de los 10 GHz), el envejecimiento de los equipos y las variaciones atmosféricas. Para un enlace de 10 km y 18 GHz en climas templados: recorrido múltiple de 15 dB más 8 dB de lluvia (superación del 0,01%) +equipo de 3 dB = 26 dB de margen total para una disponibilidad del 99,99%.
La altura de la antena afecta directamente a la holgura de la zona de Fresnel, no a la pérdida de espacio libre. Radio de la primera zona de Fresnel a mitad de la trayectoria: r1 = sqrt (lambda * d/4). Para un enlace de 10 km a 5,8 GHz: r1 = sqrt (0,052 * 5000) = 16 m. Si el terreno obstruye más del 40% de esta zona, añada una pérdida de difracción de más de 6 dB. La altura determina si la zona de Fresnel está despejada; la causa más común de fallos en los enlaces en los sistemas punto a punto es la falta de espacio libre. Regla empírica: la altura de la antena debe dejar una distancia de 1 m por encima de cualquier obstáculo que se encuentre a mitad de camino.
Margen de enlace = p_Received - P_sensitivity (búfer de seguridad total). El margen de atenuación es la parte reservada para los eventos de atenuación de la señal. Ejemplo: un margen de enlace de 30 dB podría asignar: un margen de atenuación de 20 dB (trayecto múltiple, lluvia), un margen de implementación de 5 dB (tolerancia de los componentes, envejecimiento) y un margen de interferencia de 5 dB. El margen de atenuación determina las estadísticas de disponibilidad: un margen de atenuación de 20 dB con la atenuación de Rayleigh produce una disponibilidad de aproximadamente el 99,9% según la ITU-R P.530. La principal causa de fallos intermitentes en los enlaces es la subespecificación del margen de atenuación.
Sí, todas las funciones de esta página son gratuitas, se ejecutan en tu navegador y no es necesario registrarse. Los escenarios van de la mano a los parámetros de la URL, por lo que compartir un diseño con un colega basta con copiar y pegar. Existen niveles Pro y API para escenarios guardados en la nube, cálculos por lotes mediante REST y simulaciones asincrónicas avanzadas (Montecarlo, exportación mediante Touchstone), pero el cálculo del presupuesto por enlaces siempre es gratuito.
Esta calculadora implementa el modelo de espacio libre Friis + ITU-R P.525 con términos de pérdidas atmosféricas, lluvias/puntuales proporcionados por el usuario, aproximadamente equivalentes a la hoja de trabajo presupuestaria de primera pasada de una herramienta comercial. Los paquetes comerciales incluyen: la geometría de los satélites que varía en el tiempo (AGI STK Cloud, hasta la puesta de sol de marzo de 2026), el trazado de rayos de propagación completo con bases de datos del terreno, el rendimiento de modulación integrado (curvas BER frente a Eb/Sin curvas) y la elaboración de informes de cumplimiento normativo. Para el diseño y la enseñanza iterativos, el enfoque basado en el navegador es más rápido; para la planificación de misiones operativas, las herramientas comerciales se pagan el costo de la licencia. rftools.io también incluye una herramienta asíncrona de presupuestación de enlaces por satélite (/tools/sat-link-budget) que añade órbitas preestablecidas, exportación a CSV de AMSAT y modelos de lluvia ITU-R P.618 para cubrir la brecha entre las dos categorías.
Sí. Todas las calculadoras tienen un exportador de tarjetas (PNG de 1200 x 630 que se puede compartir con el escenario incorporado) y un exportador de CSV/BOM. Para formatos compatibles con el parámetro S, utilice la herramienta RF Cascade (/tools/rf-cascade), que permite subir y exportar archivos con archivos Touchstone .s2p combinados por etapa. En el caso de las canalizaciones de Python o MATLAB, la API Pro (/docs/api) muestra los resultados de JSON en /api/py/v1/calculate (el mismo cálculo matemático, que se puede automatizar).
En este caso, el alcance máximo presupone la propagación en el espacio libre: sin obstrucciones, sin rutas múltiples, sin interferencias ni intrusiones en la zona de Fresnel. Los entornos reales suelen presentar una pérdida adicional de 10 a 30 dB en comparación con el modelo, que reduce el alcance entre 3 y 30 veces según el terreno. Para realizar estimaciones de campo realistas, puede (a) añadir un término de pérdida ambiental a la expresión «pérdida atmosférica» que se ajuste a su escenario (consulte las preguntas frecuentes sobre «espacio no libre» más arriba) o (b) utilizar un modelo de rebote terrestre de dos rayos para los enlaces terrestres cercanos al suelo.

Metodología y referencias

Referencias

  • 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 enlace
  • ITU-R P.618-13 — Rain and atmospheric attenuation for Earth-space links enlace
  • Microwave Engineering, 4th ed. — David M. Pozar (2011), Chapter 14 — Wireless Communication Systems

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