自由空間伝搬損失(FSPL)とは?
自由空間伝搬損失(FSPL:Free Space Path Loss)とは、電波が自由空間(障害物・反射・大気吸収のない、見通し(LOS)の確保された経路)を伝わる際に生じる減衰のことです。距離と周波数の両方が大きくなるほど損失も増加します。Wi-Fi、衛星通信、マイクロ波、携帯電話、レーダーなど、あらゆる無線システムのRFリンクバジェット(電力収支計算)の出発点となる基本要素です。
この計算ツールの使い方
伝搬距離をキロメートル(km)、運用周波数をメガヘルツ(MHz)で入力すると、伝搬損失がデシベル(dB)で表示されます。dBの値が大きいほど、送信側と受信側のあいだで失われる信号が多いことを意味します。受信電力を見積もるには、送信電力にアンテナ利得を加えた値から、FSPL(およびその他の損失)を差し引きます。
計算式の解説
本ツールでは、現場で扱いやすいエンジニアリング向けの式を採用しています:
$$\text{FSPL}_{\text{dB}} = 20\log_{10}\!\left(\text{Distance (km)}\right) + 20\log_{10}\!\left(\text{Frequency (MHz)}\right) + 32.44$$ここで \(d\) はキロメートル(km)、\(f\) はメガヘルツ(MHz)です。定数 32.44 には光速や単位換算がまとめて織り込まれているため、km と MHz の値をそのまま使って計算できます。距離または周波数のいずれかが2倍になると、損失はおよそ6dB増加します。
計算例
2.4GHz(2400MHz)のWi-Fiリンクで距離1kmの場合:\(20\cdot\log_{10}(1) = 0\)、\(20\cdot\log_{10}(2400) \approx 67.60\)、これに 32.44 を加えると、自由空間伝搬損失はおよそ 100.04dB となります。
よくある質問(FAQ)
FSPLには障害物や天候の影響も含まれますか? いいえ。FSPLは障害物のない理想的な経路を前提としています。実際の回線では、これに加えてフェージング、降雨、樹木、回折などによる損失が上乗せされます。
なぜ周波数が高いほど損失が増えるのですか? この式は、等方性アンテナを基準に損失をモデル化しています。等方性アンテナの実効開口面積は波長が短くなるほど小さくなるため、同じ距離でも周波数が高いほど受け取れるエネルギーが少なくなるのです。
メートルやHzで入力できますか? 本バージョンは km と MHz を前提としています。あらかじめ値を換算してください(1000m = 1km、1,000,000Hz = 1MHz)。