RF リンクバジェット計算ツール

RF リンクバジェット (送信電力、自由空間パス損失、アンテナゲイン、受信信号レベル) を計算します。リンクマージンと最大範囲を決定します。

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公式

P_r = P_t + G_t + G_r - FSPL - L_{misc}, \quad FSPL = 20\log_{10}\left(\frac{4\pi d f}{c}\right)

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

d — Distance (m)

λ — Wavelength (c/f) (m)

EIRP — Pₜₓ + Gₜₓ − Lₜₓ (dBm)

Pᵣₓ — EIRP − FSPL − Lmisc + Gᵣₓ − Lᵣₓ (dBm)

仕組み

RF リンク・バジェット・カリキュレータは、トランスミッタの電力、アンテナ・ゲイン、パス・ロス、その他のシステム損失を考慮して、無線周波数信号の伝搬を評価します。フリースの送信式は、基本的に、自由空間における送信アンテナと受信アンテナ間の電力伝達を表します。計算の核となるのは、幾何学的拡散、周波数に依存する経路損失、およびアンテナの指向特性を考慮して、送信電力に対する受信信号電力の相対的な計算です。主なパラメータには、送信電力 (Pt)、送信アンテナゲイン (Gt)、受信アンテナゲイン (Gr)、自由空間経路損失 (FSPL)、および総システム損失が含まれます。デシベル計算は指数関数的であるため、個々のパラメータのわずかな変化が信号受信全体に大きな影響を与える可能性があります。これらの相互作用を理解することは、セルラーネットワーク、衛星通信、ポイントツーポイントマイクロ波リンクなどのワイヤレス通信システムを設計するうえで重要です。

計算例

送信電力が 20 dBm、送信アンテナゲインが 3 dBi、受信アンテナゲインが 5 dBi、距離が 100 m の 2.4 GHz WiFi リンクを考えてみます。まず、FSPL = 20·log10 (4π d/λ) を使用してフリースペースのパスロスを計算します。2.4 GHz では、波長は λ 約 0.125 メートルです。FSPL = 20·log10 (4py·100/0.125) = 92.45 dB。システム損失が 3 dB 増加すると仮定すると、受信電力は Pr = 20 + 3 + 5-92.45-3 = -67.45 dBm となります。この受信信号強度は、WiFi 接続には限界はあるものの、使用できる可能性があることを示しています。

実践的なヒント

✓高精度のアンテナゲイン仕様を使用
✓現実的な環境損失係数を含める
✓経験的測定による理論計算の検証

よくある間違い

✗正確なアンテナゲイン測定を怠る
✗環境障害や自由空間の条件を考慮に入れていない
✗温度と大気吸収効果の見落とし

よくある質問

dBM は何を表しているのでしょうか。

dBmは1ミリワットを基準とした電力比で、RF通信では絶対電力レベルを表すのに一般的に使用されます。

周波数はパス損失にどのように影響しますか?

周波数が高くなると経路損失が大きくなるため、有効な通信範囲が短くなります。

この計算ツールはフリースペースではない環境でも使用できますか？

基本計算ツールは理論上の基準値を示しますが、実際の環境では追加の損失係数の調整が必要です。

標準的に許容できる受信信号強度はどれくらいですか？

許容できる信号強度はアプリケーションによって異なりますが、一般的に-70dBm～-30dBmが使用可能な信号範囲を表します。

アンテナゲインはリンクバジェットにどのように影響しますか？

アンテナゲインを高くすると経路損失を補うことができるため、通信範囲が効果的に広がり、信号受信が向上します。

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