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Calculateur de budget RF Link

Calculateur de budget de liaison RF gratuit : entrez la puissance Tx, les gains d'antenne, la fréquence et la distance pour obtenir le niveau du signal reçu, la marge de liaison et la portée maximale. Couvre les liaisons par satellite, terrestres et IoT.

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Formule

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)

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

d— Distance (m)
λ— Longueur d'onde (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)

Comment ça marche

L'analyse du budget des liaisons RF calcule la puissance du signal reçu dans les systèmes sans fil. Les ingénieurs en télécommunications, les concepteurs de systèmes satellitaires et les développeurs de l'IoT s'en servent pour déterminer si une liaison radio se fermera avec une marge suffisante. L'équation de transmission de Friis p_Rx = p_TX + G_tx + G_Rx - FSPL - L_misc constitue la base, où FSPL = 20*log10 (4*pi*d*f/c) selon l'UIT-R P.525-4.

La perte de trajet en espace libre augmente de 6 dB par doublement de distance (loi du carré inverse) et de 6 dB par doublement de fréquence. À 2,4 GHz et 1 km, FSPL = 100,0 dB ; à 5,8 GHz et 1 km, FSPL = 107,7 dB. Cela explique pourquoi le WiFi 5 GHz a une portée plus courte que 2,4 GHz avec une puissance de transmission identique. Selon le « Manuel radar » de Skolnik (3e éd.), l'absorption atmosphérique ajoute 0,01 dB/km à 2 GHz mais 0,2 dB/km à 60 GHz (résonance de l'oxygène).

Marge de lien = P_Rx - P_sensitivity représente la zone tampon de sécurité contre la décoloration. L'UIT-R P.530-17 recommande une marge d'atténuation de 25 à 40 dB pour des liaisons hertziennes à disponibilité de 99,999 %. Pour les systèmes mobiles, la décoloration Rayleigh entraîne une variation du signal de 20 à 30 dB. Les systèmes LTE sont conçus pour une marge de 8 à 12 dB avec contrôle de la puissance. Les récepteurs GPS fonctionnent à une sensibilité de -130 dBm avec une marge de liaison de plus de 25 dB pour garantir une couverture mondiale.

Pourquoi les ingénieurs choisissent un calculateur de budget à liens plutôt qu'un logiciel de simulation RF complet

Les environnements de conception RF commerciaux (Keysight ADS, Cadence AWR, Ansys HFSS) excellent dans la simulation électromagnétique 3D et l'analyse de circuits non linéaires, mais un budget de liens est fondamentalement de l'algèbre sur une feuille de calcul. Chaque dB est additif. Le véritable obstacle pour les équipes qui gèrent des budgets de liaisons est la vitesse d'itération : ajuster la distance, la fréquence ou le gain d'antenne et voir la marge s'actualiser immédiatement. Un calculateur basé sur un navigateur avec des scénarios partageables par URL couvre 90 % du travail budgétaire en moins de 10 secondes par itération ; les outils commerciaux sont réservés aux 10 % qui nécessitent une co-simulation avec modulation, codage ou raytracing de propagation.

Quand utiliser cette calculatrice par rapport à un modèle de propagation complet

Cet outil utilise le modèle d'espace libre de Friis (ITU-R P.525-4) ainsi que des termes relatifs à la perte atmosphérique, à la pluie et au pointage fournis par l'utilisateur. C'est le bon choix lorsque vous avez besoin (a) d'un contrôle d'intégrité de premier ordre avant une conception détaillée, (b) d'une comparaison rapide entre les bandes de fréquences ou les gains d'antenne, (c) d'une estimation de la plage par ordre de grandeur pour les déploiements IoT/LPWAN, ou (d) d'enseigner l'équation de Friis. En cas de perte de trajectoire dans des environnements encombrés, superposez Okumura-Hata (150 MHz — 1,5 GHz en milieu urbain), COST-231 Hata (1,5 — 2 GHz) ou UIT-R P.1411 (zone urbaine à courte portée) avant de vous fier au numéro de marge.

Exemple Résolu

Exemple fonctionnel 1 — liaison LoRa 915 MHz, 10 km en zone rurale

Problème : Concevoir une liaison LoRa à 915 MHz pour une portée de 10 km avec une disponibilité de 99 % en terrain rural.

Solution utilisant le modèle en espace libre ITU-R P.525-4 :

  1. Puissance d'émission : 20 dBm (100 mW, limite FCC Part 15.247)
  2. Antenne d'émission : 6 dBi omni (élevée sur la tour)
  3. Antenne de réception : 3 dBi (appareil portable)
  4. Pertes de câble : 2 dB au total (LMR-400 côté émission)
  5. Perte de chemin en espace libre : FSPL = 20*log10 (10000) + 20*log10 (915e6) + 20*log10 (4*pi/3e8) = 111,7 dB
  6. Pertes supplémentaires : 6 dB végétation/diffraction (ITU-R P.833)
  7. Marge de décoloration : 10 dB (pour une disponibilité de 99 % par Okumura-Hata)
  8. P_rx requis : 20 + 6 + 3 - 2 - 111,7 - 6 - 10 = -100,7 dBm
  9. Sensibilité LoRa à SF12/125 kHz : -137 dBm (fiche technique Semtech SX1276)
  10. Marge de liaison : -100,7 - (-137) = 36,3 dB — la liaison se ferme avec une marge importante

À SF7 (sensibilité -123 dBm), la marge chute à 22,3 dB mais le débit de données augmente de 293 bps à 5,5 kbps.

Exemple 2 : CubeSat amateur, liaison descendante UHF 437 MHz

Problème : un CubeSat 3U à 500 km d'altitude envoie des paquets AX.25 à 437 MHz à une station au sol avec un Yagi de 13 dBi.

Entrées :

  1. Puissance d'émission : 27 dBm (0,5 W, balise CubeSat typique)
  2. Antenne d'engin spatial : -3 dBi (schéma unipolaire 1/4 d'onde, hors axe)
  3. Antenne au sol : 13 dBi (Yagi à 5 éléments)
  4. Perte de câble côté terre : 2 dB (30 pieds LMR-400 à 437 MHz)
  5. Inclinaison à 10° d'altitude : ~1 930 km (géométrie à partir de 500 km d'altitude)
  6. FSPL à 437 MHz, 1 930 km : 20*log10 (4*pi*1,93e6/0,686) = 151,0 dB
  7. Perte de polarisation : 3 dB (antenne linéaire au sol, engin spatial tumbling)
  8. Scintillation ionosphérique : 2 dB (basse latitude, maximum solaire)

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

Une radio définie par logiciel typique (RTL-SDR avec LNA) a une sensibilité d'environ -130 dBm sur une bande passante de 10 kHz à 437 MHz. Marge de liaison = -121 - (-130) = 9 dB — marginale sur les bords de passe LEO, forte près du zénith.

Leçon clé : le terme dominant est FSPL à 151 dB. Doubler la puissance d'émission (3 dB) n'aide guère ; le passage d'une antenne monopôle à une antenne patch de 0 dBi (gain de 3 dB) est également utile ; une meilleure antenne au sol (20 dBi contre 13 dBi yagi) ajoute 7 dB directement à la marge.

Exemple 3 concret : diffusion GEO, liaison descendante en bande Ku 12 GHz

Problème : diffusion directe de la télévision par satellite depuis l'orbite géostationnaire (35 786 km) vers une antenne parabolique de 60 cm.

Entrées :

  1. EIRP satellite : 52 dBW = 82 dBm (transpondeur de diffusion GEO Ku typique)
  2. Gain de l'antenne parabolique : ~35 dBi (60 cm à 12 GHz, efficacité 60 %)
  3. facteur de bruit LNB 0,8 dB, traduit par un système G/T ≈ 13 dB/K — nous utilisons ici un modèle de gain effectif
  4. Plage d'inclinaison à 30° d'altitude : ~39 300 km
  5. FSPL à 12 GHz, 39 300 km : 20*log10 (4*pi*3,93e7/0,025) = 205,9 dB
  6. Atténuation due à la pluie (UIT-R P.838-3, zone tempérée, disponibilité de 99,9 %) : 4 dB
  7. Absorption atmosphérique (O2 + H2O niveau de la mer) : 0,5 dB
  8. Perte de pointage (mauvais alignement de la parabole) : 1 dB

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

Sensibilité typique du récepteur DVB-S2 pour QPSK 3/4 à 27,5 mSym/s : ~-102 dBm. Marge de liaison = -94,4 - (-102) = 7,6 dB pour une disponibilité de 99,9 %.

Leçon clé : à partir de la bande Ku, la fonte de la pluie est le moteur du design. Le passage d'une disponibilité de 99,9 % à 99,99 % (9 lignes supplémentaires en cas de panne) entraîne généralement une augmentation de 5 à 8 dB de marge de pluie, souvent obtenue en utilisant un codage adaptatif (DVB-S2X) plutôt que des antennes paraboliques plus grandes.

Conseils Pratiques

  • ✓Conception pour une marge de liaison minimale de 10 à 15 dB pour les réseaux sans fil fixes ; de 20 à 30 dB pour les systèmes mobiles soumis à un affaiblissement par trajets multiples ; de 30 à 40 dB pour les infrastructures critiques (UIT-R P.530)
  • ✓Utiliser des modèles de propagation UIT-R adaptés à l'environnement : P.525 (espace libre), P.1411 (urbain), P.833 (végétation), P.676 (atmosphérique), P.838 (atténuation de la pluie)
  • ✓Validez les prévisions du budget de liaison avec des essais de conduite ou une étude de site : la propagation réelle diffère souvent de 5 à 15 dB par rapport aux modèles en raison du terrain local et des effets de construction
  • ✓Copiez l'URL du scénario (bouton de la barre d'outils) et collez-la dans les notes de révision de la conception : chaque entrée est parcourue pour que les réviseurs effectuent exactement le même calcul
  • ✓Pour les études commerciales itératives, associez cette calculatrice au calculateur Noise Figure Cascade pour voir comment le gain du LNA frontal et le facteur de bruit modifient le nombre de sensibilité effectif

Erreurs Fréquentes

  • ✗Utilisation de la perte de trajectoire en espace libre pour les liaisons terrestres sans corrections environnementales — ajouter 10 à 30 dB pour les environnements urbains (UIT-R P.1411), 6 à 15 dB pour les zones suburbaines, 3 à 6 dB pour les zones rurales avec végétation conformément à l'UIT-R P.833
  • ✗Négliger les pertes de câbles et de connecteurs : un LMR-400 de 30 m fonctionnant à 2,4 GHz perd 3,5 dB ; quatre connecteurs N ajoutent 0,6 dB ; un total de 4,1 dB est souvent omis dans les budgets de liaison
  • ✗Confondre gain d'antenne et EIRP — puissance d'émission + gain d'antenne = EIRP ; les limites réglementaires (FCC Part 15) spécifient généralement l'EIRP, pas uniquement la puissance d'émission
  • ✗Ignorer l'absorption atmosphérique dépendante de la fréquence : négligeable en dessous de 10 GHz mais critique à 60 GHz (15 dB/km) et 24 GHz (0,2 dB/km) conformément à l'UIT-R P.676
  • ✗En utilisant une distance horizontale en ligne droite pour les liaisons par satellite ou élevées, la portée oblique est importante. À une altitude de 30° par rapport à un satellite LEO de 500 km, la distance d'inclinaison est d'environ 900 km, soit près du double de l'altitude. La sous-estimation de la plage d'inclinaison sous-estime le FSPL de 3 à 6 dB.
  • ✗Oubliez la perte de polarisation sur les plateformes mobiles ou à bascule : une antenne au sol linéaire fixe recevant un signal provenant d'un engin spatial avec une orientation arbitraire perd jusqu'à 3 dB en moyenne, et non pas zéro.

Foire Aux Questions

dBm est la puissance référencée à 1 milliwatt : P (dBm) = 10*log10 (P_mW). Valeurs courantes : 0 dBm = 1 mW, 10 dBm = 10 mW, 20 dBm = 100 mW, 30 dBm = 1 W. Les sensibilités des récepteurs sont généralement négatives : -100 dBm = 0,1 pW (WiFi), -130 dBm = 0,1 fW (GPS). L'échelle dBm permet l'arithmétique du budget de liaison par simple addition/soustraction plutôt que par multiplication/division des niveaux de puissance.
La perte de trajet en espace libre augmente de 20*log10 (f2/f1) dB lorsque la fréquence augmente de f1 à f2. Le doublement de la fréquence ajoute une perte de 6 dB. À 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. Cette différence de 22,7 dB entre 433 MHz et 5,8 GHz explique pourquoi les protocoles IoT subGHz (LoRa, Sigfox) atteignent une portée beaucoup plus longue que le WiFi pour une puissance d'émission identique.
Ce calculateur fournit une base de référence théorique en espace libre conformément à l'UIT-R P.525. Pour les environnements réels, ajoutez des facteurs de perte empiriques : bureaux intérieurs : +20 à +40 dB (murs, sols) ; extérieur urbain : +20 à +30 dB (bâtiments, véhicules) ; banlieues : +10 à +20 dB ; zones rurales ouvertes : +3 à +10 dB (végétation, terrain). Pour une modélisation détaillée, utilisez Okumura-Hata (150 MHz-1,5 GHz en milieu urbain), COST-231 (1,5 à 2 GHz) ou le ray-tracing pour des configurations de bâtiments spécifiques.
Cela dépend de la modulation et de la bande passante. WiFi (OFDM, 20 MHz BW) : -65 dBm excellent, -75 dBm bon, -85 dBm marginal. LTE cellulaire : -80 dBm excellent, -100 dBm utilisable. LoRa (SF12, 125 kHz) : sensibilité de -137 dBm. GPS : -130 dBm nominal. Bluetooth : -70 dBm excellent, -90 dBm utilisable. La différence de plus de 60 dB entre la sensibilité WiFi et LoRa explique le compromis entre portée et débit : le LoRa atteint 15 km à 300 bps tandis que le WiFi atteint 100 Mbps à 100 Mbps.
Le gain d'antenne augmente directement le budget de liaison : +3 dBi = double la portée (pour une sensibilité constante) car une perte de trajet de 6 dB équivaut à 2 fois la distance. Une antenne parabolique de 24 dBi fournit un budget de liaison supérieur de 24 dB à celui d'un omni à 0 dBi, ce qui équivaut à réduire la perte de trajet de 1 km à 60 m ou à augmenter la puissance d'émission de 250 fois. Les antennes à gain élevé échangent zone de couverture contre portée : une antenne parabolique de 24 dBi a une largeur de faisceau de 10 degrés nécessitant un alignement précis.
Approche du budget des liens : perte de trajectoire disponible = p_TX + G_TX + G_Rx - P_sensibilité - marge. Exemple : émission de 20 dBm, antennes de 2 dBi de chaque côté, sensibilité de -137 dBm (SF12), marge de 20 dB = 20 + 2 + 2 - (-137) - 20 = 141 dB FSPL autorisé. Résolvez FSPL = 20*log10 (d) + 20*log10 (433e6) - 147,55 = 141 dB pour d = 700 km théorique. Monde réel avec terrain : 10 à 30 km en zone rurale, 2 à 5 km en banlieue, 0,5 à 2 km en zone urbaine. L'avantage du sub-GHz : le même calcul à 2,4 GHz ne donne que 125 km théoriques en raison d'un FSPL supérieur de 15 dB.
L'UIT-R P.530-17 définit les exigences relatives à la marge de décoloration en fonction de la disponibilité : disponibilité de 99,9 % : marge de 15 à 20 dB ; 99,99 % : 25-30 dB ; 99,999 % : 35 à 40 dB. La marge tient compte de la décoloration par trajets multiples, de l'atténuation de la pluie (significative au-dessus de 10 GHz), du vieillissement de l'équipement et des variations atmosphériques. Pour une liaison de 10 km et 18 GHz en climat tempéré : trajets multiples de 15 dB + 8 dB de pluie (dépassement de 0,01 %) + équipement de 3 dB = marge totale de 26 dB pour une disponibilité de 99,99 %.
La hauteur de l'antenne affecte le dégagement de la zone de Fresnel, pas directement la perte d'espace libre. Rayon de la première zone de Fresnel à mi-parcours : r1 = sqrt (lambda * d/4). Pour une liaison de 10 km à 5,8 GHz : r1 = sqrt (0,052 * 5000) = 16 m. Si le terrain obstrue > 40 % de cette zone, ajoutez une perte de diffraction de plus de 6 dB. La hauteur détermine si la zone de Fresnel est dégagée ; un dégagement insuffisant est la cause la plus fréquente de défaillance des liaisons dans les systèmes point à point. Règle générale : la hauteur de l'antenne doit fournir un dégagement r1 au-dessus de tout obstacle à mi-chemin.
Marge de lien = P_received - P_sensitivity (tampon de sécurité total). La marge d'atténuation est la partie réservée aux événements d'atténuation du signal. Exemple : une marge de liaison de 30 dB peut allouer : une marge de fondu de 20 dB (trajets multiples, pluie), une marge d'implémentation de 5 dB (tolérance des composants, vieillissement), une marge d'interférence de 5 dB. La marge de décoloration détermine les statistiques de disponibilité : une marge de fondu de 20 dB associée à une atténuation Rayleigh permet d'obtenir une disponibilité d'environ 99,9 % selon l'UIT-R P.530. La sous-spécification de la marge de fondu est la principale cause de défaillances de liaison intermittentes.
Oui, toutes les fonctionnalités de cette page sont gratuites, s'exécutent dans votre navigateur et ne nécessitent aucune inscription. Les scénarios parcourent les paramètres de l'URL de manière à ce que le partage d'un design avec un collègue soit un simple copier-coller. Les niveaux Pro et API existent pour les scénarios enregistrés dans le cloud, le calcul par lots via REST et les simulations asynchrones avancées (Monte Carlo, export Touchstone), mais le calcul du budget des liens lui-même est toujours gratuit.
Ce calculateur implémente le modèle d'espace libre Friis + ITU-R P.525 avec des termes relatifs aux pertes atmosphériques, à la pluie et au pointage fournis par l'utilisateur, ce qui équivaut à peu près à la feuille de calcul budgétaire de premier passage d'un outil commercial. Les packages commerciaux ajoutent : une géométrie des satellites variable dans le temps (AGI STK Cloud, jusqu'au coucher du soleil en mars 2026), un traçage complet des rayons de propagation avec des bases de données de terrain, des performances de modulation intégrées (courbes BER contre Eb/No) et des rapports de conformité réglementaire. Pour la conception et l'enseignement itératifs, l'approche basée sur un navigateur est plus rapide ; pour la planification de missions opérationnelles, les outils commerciaux sont payants. rftools.io propose également un outil de budget de liaison satellite asynchrone (/tools/sat-link-budget) qui ajoute des orbites prédéfinies, une exportation AMSAT CSV et des modèles de pluie ITU-R P.618 pour l'écart entre les deux catégories.
Oui Chaque calculatrice dispose d'une exportation de carte (PNG 1200x630 partageable avec le scénario intégré) et d'un exportateur CSV/BOM. Pour les formats compatibles avec les paramètres S, utilisez l'outil RF Cascade (/tools/rf-cascade), qui accepte les téléchargements et les exportations Touchstone .s2p combinés au format .s2p par étape. Pour les pipelines Python ou MATLAB, l'API Pro (/docs/api) fournit des résultats JSON au lieu de /api/py/v1/calculate, les mêmes calculs étant automatisables.
La portée maximale suppose ici une propagation en espace libre : pas d'obstacles, pas de trajets multiples, pas d'interférence, pas d'intrusion dans la zone de Fresnel. Les environnements réels introduisent généralement une perte supplémentaire de 10 à 30 dB par rapport au modèle, qui réduit la plage de 3 à 30 fois selon le terrain. Pour des estimations réalistes sur le terrain, soit (a) ajoutez un terme de perte environnementale à « perte atmosphérique » correspondant à votre scénario (voir la FAQ « espace non libre » ci-dessus) soit (b) utilisez un modèle de rebond du sol à deux rayons pour les liaisons terrestres proches du sol.

Méthodologie et références

Références

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

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