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En telecomunicaciones, la pérdida de ruta en el espacio libre (FSPL) (también conocida como pérdida de espacio libre, FSL) es la atenuación de la energía de radio entre los puntos de alimentación de dos antenas que resulta de la combinación del área de captura de la antena receptora más el camino libre de obstáculos con línea de vista (LoS) a través del espacio libre (generalmente aire). Las "Definiciones estándar de términos para antenas", IEEE Std 145-1993, define "pérdida de espacio libre" como "La pérdida entre dos radiadores isotrópicos en el espacio libre, expresada como una relación de potencia." No incluye ninguna pérdida de potencia en las propias antenas debido a imperfecciones como la resistencia. La pérdida de espacio libre aumenta con el cuadrado de la distancia entre las antenas porque las ondas de radio se propagan por la ley del inverso del cuadrado y disminuye con el cuadrado de la longitud de onda de las ondas de radio. El FSPL rara vez se usa de forma independiente, sino como parte de la fórmula de transmisión de Friis, que incluye la ganancia de las antenas. Es un factor que debe incluirse en el presupuesto del enlace de potencia de un sistema de comunicación por radio, para garantizar que llegue suficiente potencia de radio al receptor de modo que la señal transmitida se reciba de manera inteligible.
La fórmula de pérdida de ruta libre (FSPL) deriva de la fórmula de transmisión Friis. Esto indica que en un sistema de radio que consiste en una antena de transmisión transmitiendo ondas de radio a una antena receptora, la relación de la potencia de onda de radio recibida Pr{displaystyle P_{r} al poder transmitido Pt{displaystyle P_{t} es:
dónde
La distancia entre las antenas d{displaystyle d} debe ser lo suficientemente grande que las antenas están en el campo lejano del otro d≫ ≫ λ λ {displaystyle dgg lambda }. La pérdida del camino libre-espacial es el factor de pérdida en esta ecuación que se debe a la distancia y longitud de onda, o en otras palabras, la relación de poder transmitido al poder recibido asumiendo que las antenas son isotrópicas y no tienen directividad (Dt=Dr=1{displaystyle D_{t}=D_{r}=1}):
Desde la frecuencia de una onda de radio f{displaystyle f} es igual a la velocidad de la luz c{displaystyle c} dividida por la longitud de onda, la pérdida del camino también se puede escribir en términos de frecuencia:
Además de la suposición de que las antenas no tienen pérdidas, esta fórmula asume que la polarización de las antenas es la misma, que no hay efectos de trayectoria múltiple y que la trayectoria de la onda de radio está lo suficientemente lejos de las obstrucciones como para actuar como si está en el espacio libre. Esta última restricción requiere que un área elipsoidal alrededor de la línea de visión hasta 0,6 de la zona de Fresnel esté libre de obstrucciones. La zona de Fresnel aumenta de diámetro con la longitud de onda de las ondas de radio. A menudo, el concepto de pérdida de ruta en el espacio libre se aplica a los sistemas de radio que no cumplen por completo con estos requisitos, pero estas imperfecciones se pueden explicar mediante pequeños factores de pérdida de potencia constante que se pueden incluir en el presupuesto del enlace.
La pérdida en el espacio libre aumenta con la distancia entre las antenas y disminuye con la longitud de onda de las ondas de radio debido a estos factores:
Las ondas de radio de la antena transmisora se extendieron en una onda esférica. La cantidad de poder que pasa por cualquier esfera centrada en la antena de transmisión es igual. La superficie de una esfera de radio d{displaystyle d} es 4π π d2{displaystyle 4pi d^{2}. Así la intensidad o densidad de potencia de la radiación en cualquier dirección particular de la antena es inversamente proporcional a la plaza de distancia
(El término 4π π d2{displaystyle 4pi d^{2} significa la superficie de una esfera, que tiene un radio d{displaystyle d}. Por favor recuerden que d{displaystyle d} aquí tiene un significado de 'distancia' entre las dos antenas, y no significa el diámetro de la esfera (como notación generalmente utilizada en matemáticas). Para una antena isotrópica que irradia un poder igual en todas las direcciones, la densidad de potencia se distribuye uniformemente sobre la superficie de una esfera centrada en la antena
La cantidad de potencia que recibe la antena receptora de este campo de radiación es
El factor Aeff{displaystyle A_{text{eff}}, llamado el zona eficaz o aperture de la antena receptora, que tiene las unidades de área, se puede considerar como la cantidad de área perpendicular a la dirección de las ondas de radio de las que la antena receptora captura energía. Desde las dimensiones lineales de una escala de antena con la longitud de onda λ λ {displaystyle lambda }, el área transversal de una antena y por lo tanto la abertura escala con el cuadrado de longitud de onda λ λ 2{displaystyle lambda ^{2}. El área efectiva de una antena isotrópica (para una derivación de este ver artículo de la abertura de la antena) es
Combinando lo anterior (1) y (2), para antenas isotrópicas
Una forma conveniente de expresar FSPL es en términos de decibelios (dB):
utilizando unidades SI de metros para d{displaystyle d}Hertz (s−1Para f{displaystyle f}, y metros por segundo (m⋅s)−1Para c{displaystyle c}, (donde c=299 792 458 m/s en vacío, ♥ 300 000 km/s)
Para aplicaciones de radio típicas, es común encontrar d{displaystyle d} medido en kilómetros y f{displaystyle f} en gigahertz, en cuyo caso la ecuación FSPL se convierte
un aumento de 240 dB, porque las unidades aumentan en factores de 103 y 109 respectivamente, entonces:
Para d,f{displaystyle d,f} en kilómetros y MegaHertz (MHz) respectivamente, la constante se convierte 32.45{displaystyle 32.45}.
Para d,f{displaystyle d,f} en metros y MegaHertz (MHz) respectivamente, la constante se convierte − − 27.55{displaystyle {-27.55}.
Para d,f{displaystyle d,f} en metros y kiloHertz (kHz) respectivamente, la constante se convierte − − 87.55{displaystyle {-87.55}.
Para d,f{displaystyle d,f} en kilómetros y GigaHertz (GHz), la constante se convierte 92.45{displaystyle {92.45}.
(Tenga en cuenta que las constantes se vuelven un poco diferentes (en el segundo dígito decimal) cuando la velocidad de la luz se aproxima a 300 000 km/s. Como discutimos sobre las unidades logarítmicas, finalmente no hace una gran diferencia. Por ejemplo, tampoco usamos 94,4 o 92,44 o 92,45 dB en nuestros cálculos, el resultado estará bien ya que los instrumentos de medición promedio no pueden proporcionar resultados más precisos de todos modos. La escala logarítmica se introduce para ver las diferencias importantes (es decir, el orden de las magnitudes), por lo que en la práctica de ingeniería dB los resultados son redondeados).
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