什麼是菲涅耳區?
菲涅耳區(Fresnel zone)是無線電鏈路中,發射端與接收端之間一連串同心的橢球形區域。其中第一菲涅耳區最為關鍵:若有障礙物侵入這個區域,從障礙物反射回來的訊號可能與直達訊號相位相反,造成破壞性干涉,導致訊號衰減。為了確保視線傳播(line-of-sight)鏈路穩定可靠,工程師通常會讓第一菲涅耳區至少保持 60% 的範圍不受樹木、山丘、建築物等障礙物阻擋。
如何使用本計算器
請依序輸入鏈路的頻率(GHz)、區數(規劃時請填 1,代表最重要的第一菲涅耳區),以及從障礙點到兩端天線的兩段距離:d1(到天線 1 的距離)與 d2(到天線 2 的距離),單位皆為公里。半徑在路徑中點(即 d1 等於 d2 之處)達到最大值,因此通常會以中點作為檢查點。計算器會回傳以公尺表示的菲涅耳區半徑、實務上採用的 60% 淨空半徑,以及訊號波長。
公式說明
半徑公式為 $$r = \sqrt{\frac{n \cdot \lambda \cdot d_1 \cdot d_2}{d_1 + d_2}}$$ 式中所有長度單位皆為公尺。波長 \(\lambda\) 等於光速除以頻率。頻率越低、鏈路越長,菲涅耳區就越大,也就意味著訊號路徑需要與地形保持更大的垂直淨空。
實例演算
假設有一條 2.4 GHz 的鏈路,兩端天線相距 2 公里,並以路徑中點為檢查點,因此 \(d_1 = d_2 = 1\) 公里。此時波長約為 0.1249 公尺。第一菲涅耳區半徑為 $$\sqrt{\frac{1 \times 0.1249 \times 1000 \times 1000}{2000}} \approx 7.9 \text{ 公尺}$$ 而建議的 60% 淨空約為 4.74 公尺。
常見問題
為什麼是 60% 淨空?保持第一菲涅耳區 60% 的範圍淨空,幾乎可保留全部的訊號強度,同時在實地施工中也是切合實際、又兼顧成本的目標。
區數該填多少?一般規劃使用 \(n = 1\) 即可。較高的區數通常用於進階的繞射分析。
有考慮地球曲率嗎?沒有,本計算器只提供幾何上的菲涅耳半徑。長距離鏈路還應額外加上地球凸起(earth bulge)所需的淨空。