RF リンク・バジェット分析:ステップ・バイ・ステップ・エンジニアリング・ガイド
RF リンクバジェット分析をゼロから実行する方法を学びましょう。自由空間パス損失、アンテナゲイン、ケーブル損失、レシーバー感度、リンクマージンの計算について、実際の例を交えて説明します。
リンクバジェットとは
リンクバジェットとは、トランスミッタからレシーバまでの信号が受けるすべての利得と損失を考慮したものです。受信電力が受信機の感度を (十分な余裕をもって) 超えていれば、リンクは機能します。そうでない場合は、ゲインを増やすか、損失を減らすか、アンテナを近づける必要があります。
基本方程式
「マスブロック_0」
すべての値は dBm 単位または dB 単位です。結果は受信電力 (dBm) です。
リンクマージン = P_Rx − センシティ_Rxマージンが正の場合は、リンクが機能していることを意味します。標準ターゲット: -屋内無線LAN: 10～15デシベルのマージン -屋外でのポイント・ツー・ポイント:15 ～ 20 dB のマージン -衛星リンク:3～6 dB (1 dB ごとに費用がかかります)
自由空間経路損失
FSPL はすべてのワイヤレスリンクを支配します。これは物理的な意味での損失ではなく、波面の幾何学的な広がりによるものです。
「マスブロック_1」
簡単な暗算の場合:FSPL ≈20log (f_GHz) + 20log (d_km) + 92.4 dB
例: -2.4 GHz、100m: 80 デシベル -2.4 GHz、1 km: 100 dB -28 GHz (5G ミリ波)、100m: 同じ範囲で 2.4 GHz よりも 101 dB — 21 dB 高い
レシーバー感度
感度はノイズフロアと必要な SNR によって決まります。
「MATHBLOCK_2」
どこ: --174 dBm/Hz は室温での熱ノイズ (kT) -帯域幅は受信機の帯域幅 (Hz) -NF はレシーバのノイズ指数 (dB) -SNR_min は復調時の最小 SNR です（たとえば、BPSK の場合は 10 dB、64 QAM の場合は 25 dB）
帯域幅が 20 MHz の一般的な 802.11n レシーバで、NF が 7 dB、SNR_min が 10 dB の場合: s_Min = −174 + 73 + 7 + 10 = −84 dBm
動作例:900 MHz IoT リンク
目標:範囲500m、屋外、LoRaスタイルのシステム。
| パラメーター | 値 |
|---|---|
| 送信電力 | +20 dBm (100 ミリワット) |
| 送信アンテナゲイン | 2 dBi (シンプルダイポール) |
| 送信ケーブル損失 | -0.5 dB |
| FSPL @ 915 MHz、500m | −85.7 dB |
| 環境損失 | -5 dB (樹木、建物) |
| RX アンテナゲイン | 2 dBi |
| RX ケーブル損失 | -0.5 デシベル |
| 受信電力 | −67.7 dBm |
| RX 感度 (LoRa SF7) | −123 dBm |
| リンク・マージン | +55.3 dB |
よくある間違い
偏波損失を忘れる アンテナの位置がずれていると、3 ～ 20 dB の損失が発生する可能性があります。2 本のリニアアンテナが 90 度になると、最大 20 dB 低下します。 インピーダンスのミスマッチは無視します 2:1 のVSWRでは 0.5 dB のミスマッチ損失が発生します。忘れがちですが、厳しい予算では回復が困難です。 全方向にピークアンテナゲインを使用する アンテナゲインは指向性です。10 dBi のディッシュでは、ボアサイト方向に 10 dBi しか供給できません。オフアクシスでは -10 ～ -30 dB になることがあります。 フェージングマージンは考慮されていません 実際のワイヤレスチャネルはフェードします。マルチパス環境でのレイリーフェージングには 5 ～ 15 dB のマージンを追加してください。当社の [RF リンクバジェット計算ツール] (/calculators/rf/rf-link-budget) を使用して、受信電力と距離のプロットを含めてシステムをモデル化してください。