자유공간 경로 손실이란?
자유공간 경로 손실(FSPL, Free Space Path Loss)은 무선 신호가 장애물이나 반사, 대기 흡수가 전혀 없는 깨끗한 가시선(LOS) 경로, 즉 자유공간을 지나는 동안 발생하는 감쇠를 말합니다. 거리가 멀어지고 주파수가 높아질수록 손실이 커지며, Wi-Fi·위성·마이크로웨이브·이동통신·레이더 등 모든 RF 링크 버짓 설계에서 가장 기본이 되는 항목입니다.
계산기 사용 방법
경로 거리를 킬로미터(km)로, 동작 주파수를 메가헤르츠(MHz)로 입력하면 경로 손실이 데시벨(dB)로 표시됩니다. dB 값이 클수록 송신기와 수신기 사이에서 더 많은 신호가 손실된다는 뜻입니다. 수신 전력을 가늠하려면 송신 전력과 안테나 이득을 더한 값에서 FSPL(및 기타 손실)을 빼면 됩니다.
공식 풀이
이 도구는 현장에서 쓰기 편한 다음 공학식을 사용합니다:
$$\text{FSPL}_{\text{dB}} = 20\log_{10}\!\left(\text{Distance (km)}\right) + 20\log_{10}\!\left(\text{Frequency (MHz)}\right) + 32.44$$(\(d\)는 km, \(f\)는 MHz 단위). 32.44라는 상수는 빛의 속도와 단위 환산을 한데 묶은 값으로, 덕분에 km와 MHz를 그대로 넣어 계산할 수 있습니다. 거리나 주파수가 두 배가 될 때마다 손실은 약 6dB씩 늘어납니다.
계산 예시
2.4GHz(2400MHz) Wi-Fi 링크가 1km 떨어져 있다고 가정해 봅시다. \(20\log_{10}(1) = 0\), \(20\log_{10}(2400) \approx 67.60\), 여기에 32.44를 더하면 자유공간 경로 손실은 약 100.04dB가 됩니다.
자주 묻는 질문
FSPL에 장애물이나 날씨가 반영되나요? 아니요. FSPL은 장애물이 전혀 없는 이상적인 경로를 가정합니다. 실제 링크에서는 페이딩, 강우, 수목(식생), 회절로 인한 손실이 여기에 추가로 더해집니다.
주파수가 높을수록 손실이 커지는 이유는? 이 공식은 등방성 안테나를 기준으로 손실을 계산하는데, 이 안테나의 유효 개구 면적이 파장이 짧아질수록 작아지기 때문입니다. 그래서 같은 거리라도 주파수가 높으면 받아들이는 에너지가 줄어듭니다.
미터(m)와 헤르츠(Hz)로 입력해도 되나요? 이 버전은 km와 MHz를 기준으로 합니다. 값을 먼저 환산해 주세요(1000m = 1km, 1,000,000Hz = 1MHz).
