天線與傳播
自由空間路徑損耗(free-space path loss)
自由空間路徑損耗是無線訊號在傳播時無可避免的「變稀薄」——僅僅因為它隨著前進而散布到愈來愈大的球面上,即使一路上空無一物也是如此。想像往氣球上噴漆:氣球愈吹愈大,同樣的漆得覆蓋更大的表面,顏色就變淡。無線功率同樣變稀薄,隨距離的平方衰減;這就是為什麼在一個房間裡很強的訊號,跨越一座城市後就微弱不堪。
公式之所以著名是因為令人意外:損耗不只隨距離增加,也隨頻率增加,所以較高頻段(如 28 GHz 的 5G 毫米波)衰減得遠比老舊的 700 MHz 覆蓋訊號快——這是毫米波需要許多緊密布建小型基站的原因之一。關鍵是這種損耗是幾何擴散,不是吸收;能量沒被摧毀,只是被稀釋了,這也是為何高增益天線或陣列能藉由重新聚焦波束把大部分損耗討回來。
FSPL(dB) = 20·log10(d) + 20·log10(f) + 32.45 (d in km, f in MHz)
對頻率的依賴其實是記帳方式的小把戲:波本身並不在意頻率,但一支固定尺寸的接收天線在較短波長下擷取到的「切片」較小——這份損耗其實藏在天線的有效孔徑(effective aperture)裡。
又稱
另見