フレネルゾーンとは?
フレネルゾーンとは、無線リンクにおいて送信機と受信機の間に同心円状に広がる、楕円体の領域群のことです。なかでも最も重要なのが第1フレネルゾーンです。この領域内に障害物が入り込むと、そこで反射した電波が直接波と逆位相で届き、打ち消し合う干渉(破壊的干渉)を引き起こすおそれがあります。安定した見通し(LOS)リンクを確保するため、技術者は樹木・丘・建物などの障害物から第1フレネルゾーンの少なくとも60%をクリアに保つことを目標とします。
この計算機の使い方
リンクの周波数をGHzで、ゾーン番号(最も重要な第1ゾーンの場合は1を指定)を入力し、さらに障害物地点からの2つの距離、つまりd1(アンテナ1までの距離)とd2(アンテナ2までの距離)をいずれもキロメートル単位で入力します。半径は経路の中点、すなわちd1とd2が等しくなる地点で最大となるため、通常はこの点を確認します。計算結果として、フレネルゾーン半径(メートル)、実用上の60%クリアランス半径、信号の波長が表示されます。
計算式の解説
半径は$$r = \sqrt{\dfrac{n\,\lambda\,d_1\,d_2}{d_1 + d_2}}$$で求められます(すべての長さはメートル単位)。波長\(\lambda\)は光速を周波数で割った値です。周波数が低いほど、またリンク距離が長いほどフレネルゾーンは大きくなり、その分だけ地形上空により大きなクリアランス(垂直方向の余裕)が必要になります。
計算例
アンテナ間の距離が2km、周波数2.4GHzのリンクで、中点(\(d_1 = d_2 = 1\,\text{km}\))を確認する場合を考えます。波長は約0.1249mです。第1ゾーンの半径は$$\sqrt{\dfrac{1 \times 0.1249 \times 1000 \times 1000}{2000}} \approx 7.9\,\text{m}$$となり、推奨される60%クリアランスは約4.74mです。
よくある質問
なぜ60%クリアランスなのですか? 第1フレネルゾーンの60%をクリアに保てば、信号強度をほぼ最大限に維持できます。現場での実用性とコストのバランスがとれた目標値です。
ゾーン番号はいくつを使えばよいですか? 通常の設計では\(n = 1\)を使用します。それより高次のゾーンは、高度な回折解析で用いられます。
地球の曲率は考慮されますか? いいえ。この計算は幾何学的なフレネル半径のみを求めるものです。長距離リンクでは、地球の膨らみ(アースバルジ)によるクリアランスも別途加算する必要があります。