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RF 링크 버짓 계산기

무료 RF 링크 버짓 계산기: Tx 전력, 안테나 게인, 주파수 및 거리를 입력하여 수신 신호 레벨, 링크 마진 및 최대 범위를 얻을 수 있습니다.위성, 지상파 및 IoT 링크를 다룹니다.

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공식

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)

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

d— 거리 (m)
λ— 파장 (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)

작동 방식

RF 링크 버짓 분석은 무선 시스템의 수신 신호 전력을 계산합니다. 통신 엔지니어, 위성 시스템 설계자 및 IoT 개발자는 이를 사용하여 무선 링크가 적절한 마진으로 종료되는지 여부를 결정합니다.프리스 투과 방정식 P_rx = P_tX + G_tX + G_rx - FSPL - L_Misc는 ITU-R P.525-4당 FSPL = 20*log10 (4*pi*d*f/c) 의 기초를 형성합니다.

여유 공간 경로 손실은 거리가 두 배로 증가할 때마다 (역제곱 법칙) 6dB, 주파수가 두 배로 증가할 때마다 6dB 증가합니다.2.4GHz 및 1km에서는 FSPL = 100.0dB이고, 5.8GHz 및 1km에서는 FSPL = 107.7dB입니다.이는 동일한 전송 전력에서 5GHz WiFi가 2.4GHz보다 범위가 짧은 이유를 설명합니다.스콜닉의 '레이더 핸드북' (제3판) 에 따르면 대기 흡수율은 2GHz에서는 0.01dB/km이지만 60GHz에서는 0.2dB/km가 증가합니다 (산소 공명).

링크 마진 = P_Rx - P_민감도는 페이딩에 대한 안전 버퍼를 나타냅니다.ITU-R P.530-17은 99.999% 가용성의 마이크로웨이브 링크에 대해 25-40dB 페이드 마진을 권장합니다.모바일 시스템의 경우 레일리 페이딩은 20-30dB 신호 변동을 유발합니다. LTE 시스템은 전력 제어 기능을 갖춘 8-12dB 마진을 위해 설계되었습니다.GPS 수신기는 -130dBm 감도와 25dB 이상의 링크 마진으로 작동하여 글로벌 커버리지를 보장합니다.

엔지니어가 전체 RF 시뮬레이션 소프트웨어보다 링크 버짓 계산기를 선택하는 이유

상용 RF 설계 환경 (키사이트 ADS, Cadence AWR, Ansys HFSS) 은 3D 전자기 시뮬레이션 및 비선형 회로 분석에 탁월하지만 링크 버짓은 기본적으로 스프레드시트에서 보면 대수와 같습니다.모든 dB는 가산식입니다.링크 버짓을 실행하는 팀의 진짜 병목 현상은 반복 속도입니다. 거리, 주파수 또는 안테나 게인을 조정하고 마진 업데이트를 즉시 확인할 수 있기 때문입니다.URL 공유가 가능한 시나리오를 지원하는 브라우저 기반 계산기는 반복당 10초 이내에 예산 책정 작업의 90% 를 처리하지만, 변조, 코딩 또는 전파 레이트레이싱과의 공동 시뮬레이션이 필요한 10% 는 상용 도구만 사용할 수 있습니다.

이 계산기의 사용 시기와 전체 전파 모델 비교

이 도구는 Fris 자유 공간 모델 (ITU-R P.525-4) 과 사용자가 제공한 대기/비/포인팅 손실 항을 사용합니다.(a) 세부 설계 전 1차 온전성 검사, (b) 주파수 대역 또는 안테나 게인 간의 빠른 비교, (c) IoT/LPWAN 배포를 위한 규모 범위 추정, (d) Fris 방정식 교육이 필요한 경우에는 올바른 선택입니다.어수선한 환경에서의 패슬로스의 경우, 마진 수치를 신뢰하기 전에 오쿠무라-하타 (150MHz — 1.5GHz 도심), COST-231 Hata (1.5 — 2GHz) 또는 ITU-R P.1411 (단거리 도시) 을 레이어링하십시오.

계산 예제

작업 예제 1 — 915MHz LoRa 링크, 10km 시골

문제: 시골 지형에서 가용성이 99% 인 10km 범위의 915MHz LoRa 링크를 설계하십시오.

ITU-R P.525-4 여유 공간 모델을 사용한 솔루션: 1.전송 전력: 20dBm (100mW, FCC 부품 15.247 제한) 2.송신 안테나: 6dBi 옴니 (타워에서 올라간 상태) 3.수신 안테나: 3dBi (핸드헬드 장치) 4.케이블 손실: 총 2dB (전송 측 LMR-400) 5.여유 공간 경로 손실: FSPL = 20*log10 (10000) + 20*log10 (915e6) + 20*log10 (4*pi/3e8) = 111.7 dB 6.추가 손실: 6dB 식생/회절 현상 (ITU-R P.833) 7.페이드 마진: 10dB (오쿠무라-하타 기준 99% 가용성) 8.필수 P_rx: 20 + 6 + 3 - 2 - 111.7 - 6 - 10 = -100.7 dBm 9.SF12/125kHz에서의 로라 감도: -137dBm (셈텍 SX1276 데이터시트) 10.링크 여백: -100.7 - (-137) = 36.3dB — 링크가 상당한 여백으로 닫힘

SF7 (감도 -123dBm) 에서는 마진이 22.3dB로 떨어지지만 데이터 속도는 293bps에서 5.5kbps로 증가합니다.

작업 예제 2 — 아마추어 큐브샛, 437MHz UHF 다운링크

문제: 고도 500km의 3U CubeSat은 13dBi Yagi를 탑재한 지상국에 437MHz에서 AX.25 패킷을 비콘으로 비콘으로 전송합니다.

입력: 1.전송 전력: 27dBm (0.5W, 일반 큐브샛 비콘) 2.우주선 안테나: -3dBi (1/4파 모노폴 패턴, 오프액시스) 3.그라운드 안테나: 13dBi (5-엘리먼트 야기) 4.케이블 손실 그라운드 측: 2 데시벨 (30피트 LMR-400 @ 437 메가헤르츠) 5.10° 고도에서의 경사 범위: 약 1,930km (500km 고도에서의 기하학) 6.437MHz, 1,930km에서의 FSPL: 20*log10 (4*pi*1.93e6/0.686) = 151.0 데시벨 7.편광 손실: 3dB (선형 접지 안테나, 텀블링 우주선) 8.전리층 신틸레이션: 2dB (저위도, 태양 최대)

예산: 27 + (-3) + 13 - 2 - 151.0 - 3 - 2 = -121.0 dBm 수신.

일반적인 소프트웨어 정의 라디오 (LNA를 사용하는 RTL-SDR) 는 437MHz의 10kHz 대역폭에서 최대 -130dBm의 감도를 제공합니다.링크 마진 = -121 - (-130) = 9dB — LEO 패스 에지에서는 미미하고 천정 근처에서는 강합니다.

핵심 교훈: 주로 사용되는 용어는 151dB에서의 FSPL입니다.전송 전력 (3dB) 을 두 배로 늘리는 것은 거의 도움이 되지 않습니다. 모노폴에서 0dBi 패치 안테나로 전환 (3dB 게인) 도 마찬가지로 도움이 됩니다. 더 나은 접지 안테나 (20dBi 대 13dBi 야기) 는 마진에 7dB를 직접 추가합니다.

실제 사례 3 — GEO 브로드캐스트, 12GHz Ku 대역 다운링크

문제: 정지 궤도 (35,786km) 에서 60cm 크기의 가정용 주방으로 직접 위성 TV를 방송합니다.

입력: 1.위성 EIRP: 52dBW = 82dBm (일반적인 GEO Ku 브로드캐스트 트랜스폰더) 2.소비자 디쉬 게인: 최대 35dBi (12GHz에서 60cm, 효율성 60%) 3.LNB 노이즈 수치는 0.8dB, G/T ≈ 13dB/k 시스템으로 변환됩니다. 여기서는 유효 게인 모델을 사용합니다. 4.30° 고도에서의 경사 범위: 약 39,300km 5.12GHz, 39,300km에서의 FSPL: 20*log10 (4*pi*3.93e7/0.025) = 205.9 데시벨 6.레인 페이드 (ITU-R P.838-3, 온대 구역, 99.9% 가용성): 4 데시벨 7.대기 흡수율 (O2+H2O 해수면): 0.5 데시벨 8.포인팅 손실 (소비자 접시 정렬 오류): 1dB

예산: 82 + 35 - 205.9 - 4 - 0.5 - 1 = -94.4dBm 수신.

27.5 밀리초/초에서의 QPSK 3/4의 일반적인 DVB-S2 수신기 감도: ~-102dBm.99.9% 가용성에서 링크 마진 = -94.4 - (-102) = 7.6dB.

핵심 교훈: Ku 대역 이상에서는 레인 페이드가 설계 원동력이라는 점을 들 수 있습니다.99.9% 에서 99.99% 의 가용성 (정전 시 9나인 추가) 으로 전환하면 일반적으로 5~8dB 더 많은 레인 마진이 발생합니다. 이는 대형 디쉬 대신 어댑티브 코딩 (DVB-S2X) 을 사용하는 경우가 많습니다.

실용적인 팁

  • ✓고정 무선의 경우 최소 10-15dB 링크 마진, 멀티패스 페이딩이 적용되는 모바일 시스템의 경우 20-30dB, 중요 인프라의 경우 30-40dB에 맞게 설계 (ITU-R P.530)
  • ✓환경에 적합한 ITU-R 전파 모델 사용: P.525 (자유 공간), P.1411 (도시), P.833 (식생), P.676 (대기), P.838 (빗물 감쇠)
  • ✓드라이브 테스트 또는 현장 조사를 통해 링크 버짓 예측을 검증합니다. 실제 전파는 현지 지형 및 건물 효과로 인해 모델과 5~15dB 차이가 나는 경우가 많습니다.
  • ✓시나리오 URL (도구 모음 버튼) 을 복사하여 설계 검토 노트에 붙여넣습니다. 모든 입력이 왕복되므로 검토자가 정확히 동일한 계산을 실행할 수 있습니다.
  • ✓반복적인 거래 연구를 위해 이 계산기를 노이즈 피겨 캐스케이드 계산기와 함께 사용하면 프런트 엔드 LNA 게인과 노이즈 지수가 유효 민감도 수치를 어떻게 변화시키는지 확인할 수 있습니다.

흔한 실수

  • ✗환경 보정 없이 지상파 링크에 여유 공간 경로 손실 사용 — ITU-R P.833에 따라 도시 환경의 경우 10-30dB (ITU-R P.1411), 교외 지역의 경우 6-15dB, 식생이 있는 시골의 경우 3-6dB 추가
  • ✗케이블 및 커넥터 손실 무시 — 2.4GHz에서 30m LMR-400 실행 시 3.5dB 손실이 발생하고 N 커넥터 4개에 0.6dB가 추가되며 총 4.1dB는 링크 버짓에서 생략되는 경우가 많음
  • ✗안테나 게인과 EIRP의 혼동 — 전송 전력+안테나 이득 = EIRP, 규정 제한 (FCC Part 15) 에는 일반적으로 EIRP가 명시되며 송신 전력만 있는 것은 아닙니다.
  • ✗주파수에 따른 대기 흡수율 무시 — ITU-R P.676에 따르면 10GHz 미만에서는 무시할 수 있지만 60GHz (15dB/km) 및 24GHz (0.2dB/km) 에서는 매우 중요합니다.
  • ✗위성 또는 고가 링크의 경우 직선 수평 거리 사용 — 기울어진 범위가 중요합니다.500km LEO 위성의 고도 30°에서 기울기 범위는 약 900km로 고도의 거의 두 배에 달합니다.경사 범위를 과소평가하면 FSPL의 추정치가 3~6dB 낮아집니다.
  • ✗이동식 플랫폼이나 텀블링 플랫폼에서의 편파 손실은 잊어버리세요. 임의의 방향으로 우주선에서 수신한 고정 선형 접지 안테나의 평균 손실은 0이 아니라 최대 3dB까지 손실됩니다.

자주 묻는 질문

dBm은 1밀리와트를 기준으로 한 전력입니다. P (dBm) = 10*log10 (p_mW).일반적인 값: 0dBm = 1mW, 10dBm = 10mW, 20dBm = 100mW, 30dBm = 1 와트. 수신기 감도는 일반적으로 음수입니다. -100dBm = 0.1pW (WiFi), -130dBm = 0.1fW (GPS).dBm 스케일을 사용하면 전력 레벨의 곱셈/나눗셈이 아닌 간단한 더하기/빼기를 통해 링크 버짓을 산술할 수 있습니다.
주파수가 f1에서 f2로 증가하면 여유 공간 경로 손실이 20*log10 (f2/f1) dB 증가합니다.주파수를 두 배로 늘리면 6dB의 손실이 발생합니다.1km 시: 433메가헤르츠 = 92.5 데시벨 FSPL, 915 메가헤르츠 = 99.2 데시벨, 2.4 기가헤르츠 = 107.6 데시벨, 5.8 기가헤르츠 = 115.2 데시벨.433MHz와 5.8GHz 간의 22.7dB 차이는 동일한 전송 전력에서 서브GHz IoT 프로토콜 (LoRa, Sigfox) 이 WiFi보다 훨씬 더 긴 범위를 달성하는 이유를 설명합니다.
이 계산기는 ITU-R P.525에 따른 이론적 여유 공간 기준선을 제공합니다.실제 환경의 경우 경험적 손실 요인을 추가하십시오. 실내 사무실: +20 ~ +40dB (벽, 바닥), 도시 실외: +20 ~ +30dB (건물, 차량), 교외 지역: +10 ~ +20dB, 농촌 지역: +3 ~ +10dB (식생, 지형).세부 모델링을 위해 특정 건물 레이아웃에는 오쿠무라-하타 (150MHz-1.5GHz 도시), COST-231 (1.5-2GHz) 또는 레이 트레이싱을 사용하십시오.
변조 및 대역폭에 따라 다릅니다.와이파이 (OFDM, 20메가헤르츠 대역폭): -65dBm 우수, -75dBm 양호, -85dBm 한계.셀룰러 LTE: -80dBm의 우수함, -100dBm 사용 가능.로라 (SF12, 125 킬로헤르츠): -137dBm 감도.GPS: 공칭 -130dBm.블루투스: -70dBm 우수함, -90dBm 사용 가능.WiFi와 LoRa 감도 간의 60dB 이상의 차이는 범위/처리량 간의 장단점을 설명합니다. LoRa는 300bps에서 15km를 달성하고 WiFi는 100Mbps의 속도로 100m에 도달합니다.
안테나 게인은 링크 버짓에 직접적으로 추가됩니다. +3dBi = 범위가 두 배로 늘어납니다 (고정 감도의 경우). 6dB 경로 손실은 거리의 2배에 해당하기 때문입니다.24dBi 파라볼릭 디시는 0dBi 옴니보다 24dB 더 많은 링크 버짓을 제공합니다. 이는 경로 손실을 1km에서 60m로 줄이거나 전송 전력을 250배 높이는 것과 같습니다.하이 게인 안테나는 커버리지 면적을 범위와 교환합니다. 24dBi 접시는 10도의 빔폭을 가지고 있어 정밀한 정렬이 필요합니다.
링크 버짓 접근법: 사용 가능한 경로 손실 = p_tX + G_tX + G_rx - p_민감도 - 마진.예: 20dBm 전송, 양쪽에 각각 2개의 dBi 안테나, -137dBm 감도 (SF12), 20dB 마진 = 20 + 2 + 2 - (-137) - 20 = 141dB 허용 가능한 FSPL.이론적으로 FSPL = 20*log10 (d) + 20*log10 (d) + 20*log10 (433e6) - 147.55 = 141dB를 풀면 d = 700km에 해당합니다.지형이 있는 현실 세계: 시골 10-30km, 교외 2-5km, 도시 0.5-2kmGHz 미만의 이점: 2.4GHz에서 동일한 계산을 수행해도 FSPL이 15dB 더 높기 때문에 이론상 125km만 주행할 수 있습니다.
ITU-R P.530-17은 가용성에 따라 페이드 마진 요구 사항을 정의합니다. 가용성은 99.9% 가용성: 15-20dB 마진, 99.99%: 25-30dB, 99.999%: 35-40dB입니다.마진은 다중 경로 페이딩, 빗물 감쇠 (10GHz 이상에서 크게 발생), 장비 노후화, 대기 변화 등을 초래합니다.온화한 기후에서 10km의 경우 18GHz 링크: 15dB 멀티패스 + 8dB 비 (0.01% 초과) + 3dB 장비 = 99.99% 의 가용성을 위한 총 마진 26dB.
안테나 높이는 프레넬 영역 클리어런스에 영향을 미치며 여유 공간 손실에 직접적인 영향을 주지 않습니다.중간 경로의 첫 번째 프레넬 영역 반경: r1 = sqrt (람다* d/4).5.8GHz에서 10km 링크의 경우: r1 = 제곱미터 (0.052* 5000) = 16m.지형이 이 영역의 40% 이상을 가로막는 경우 6dB 이상의 회절 손실을 추가하십시오.높이에 따라 프레넬 영역이 깨끗한지 여부가 결정됩니다. 포인트-투-포인트 시스템에서 링크 실패의 가장 일반적인 원인은 클리어런스가 충분하지 않기 때문입니다.경험상 안테나 높이는 중간 경로의 모든 장애물보다 r1의 여유 공간을 확보해야 합니다.
링크 마진 = P_수신 - P_민감도 (전체 안전 버퍼)페이드 마진은 신호 페이딩 이벤트에 사용할 수 있는 부분입니다.예: 30dB 링크 여백이 할당될 수 있습니다: 20dB 페이드 마진 (멀티패스, 레인), 5dB 구현 마진 (구성 요소 허용 오차, 에이징), 5dB 간섭 마진.페이드 마진은 가용성 통계를 결정합니다. 레일리 페이딩을 사용한 20dB 페이드 마진은 ITU-R P.530당 약 99.9% 의 가용성을 제공합니다.페이드 마진을 제대로 지정하지 않는 것이 간헐적인 링크 실패의 주요 원인입니다.
예. 이 페이지의 모든 기능은 무료이며 브라우저에서 실행되며 가입이 필요 없습니다.시나리오는 URL 매개변수를 왕복하므로 동료와 디자인을 공유할 때 복사하여 붙여넣기만 하면 됩니다.클라우드 저장 시나리오, REST를 통한 배치 계산, 고급 비동기 시뮬레이션 (Monte Carlo, Touchstone 내보내기) 을 위한 Pro 및 API 티어가 존재하지만 링크 버짓 계산 자체는 항상 무료입니다.
이 계산기는 사용자가 제공한 대기/비/포인팅 손실 항을 사용하여 Friis + ITU-R P.525 여유 공간 모델을 구현합니다. 이는 상용 도구의 1차 예산 워크시트와 거의 같습니다.상용 패키지에는 시간이 변하는 위성 지오메트리 (AGI STK Cloud, 2026년 3월 일몰까지), 지형 데이터베이스를 사용한 전체 전파 레이트레이싱, 통합 변조 성능 (BER 대 Eb/No 곡선) 및 규정 준수 보고가 추가됩니다.반복적인 설계 및 교육의 경우 브라우저 기반 접근 방식이 더 빠르며, 운영 임무 계획의 경우 상용 도구에 라이선스 비용이 발생합니다. rftools.io는 또한 두 범주 간의 격차에 대해 사전 설정된 궤도, AMSAT CSV 내보내기 및 ITU-R P.618 레인 모델을 추가하는 비동기 위성 링크 예산 도구 (/tools/sat-link-budget) 를 제공합니다.
네.모든 계산기에는 카드 내보내기 (시나리오가 포함된 1200x630 PNG 공유 가능) 및 CSV/BOM 내보내기 기능이 있습니다.S-파라미터 호환 형식의 경우 단계별 터치스톤 .s2p 업로드를 허용하고 결합된.SNP를 내보내는 RF 캐스케이드 도구 (/tools/rf-cascade) 를 사용하십시오.파이썬 또는 MATLAB 파이프라인의 경우 Pro API (/docs/api) 는 /api/py/v1/culate를 통해 JSON 결과를 제공합니다. 수학이 동일하고 자동화가 가능합니다.
여기서 최대 범위는 장애물, 다중 경로, 간섭, 프레넬 영역 침입이 없는 자유 공간 전파를 전제로 합니다.실제 환경에서는 일반적으로 모델에 비해 10~30dB의 추가 손실이 발생하며, 지형에 따라 범위가 3-30배 줄어듭니다.실제 현장 추정치를 보려면 (a) 시나리오에 맞는 '대기 손실'에 환경 손실 항을 추가하거나 (위의 '비자유 공간' FAQ 참조), (b) 지상 링크에 대해 2선 지상파 모델을 사용하십시오.

방법론 및 참고문헌

참고문헌

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

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