Perda de caminho no espaço livre ou FSPL que é a sigla em inglês para “Perda de caminho de espaço livre”. É um conceito fundamental na teoria das comunicações sem fio e refere-se à atenuação do sinal eletromagnético à medida que ele se propaga através do espaço livre desobstruído, como o ar ou o vácuo.
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A dispersão e a divergência natural são dois fenômenos que contribuem para a perda do caminho no espaço livre quando se trata de propagação de sinal. Esses fenômenos são importantes para entender por que a intensidade do sinal diminui à medida que você se afasta da fonte de transmissão.
Dispersão
- A dispersão refere-se à propagação do sinal em diferentes direções devido às características naturais das ondas eletromagnéticas.
- Quando um sinal é emitido em uma direção específica por uma antena ou transmissor, parte da energia é dispersa em várias direções à medida que se afasta do ponto de origem.
- Isso significa que o sinal se espalha por vários ângulos à medida que se propaga, resultando em uma distribuição mais ampla de energia no espaço.
- A dispersão faz com que a intensidade do sinal diminua com a distância, à medida que a mesma quantidade de energia é distribuída por uma área cada vez maior.
Divergência Natural
- A divergência natural é o fenômeno pelo qual as ondas eletromagnéticas se expandem à medida que viajam pelo espaço livre.
- Isso significa que o sinal “abre” ou “alarga” à medida que se afasta do transmissor.
- A divergência natural se deve à natureza das ondas eletromagnéticas e à expansão tridimensional do espaço.
- Como resultado da divergência natural, a densidade de energia do sinal diminui com a distância, resultando numa perda de intensidade do sinal.
Juntas, a dispersão e a divergência natural contribuem para a perda no caminho do espaço livre (FSPL) de um sinal.
À medida que o sinal se propaga, parte da sua energia se dispersa em diferentes direções e se expande no espaço, o que significa que a intensidade do sinal diminui com a distância de acordo com a fórmula FSPL.
Esses fenômenos são essenciais para entender por que é necessário levar em conta o FSPL ao projetar e planejar sistemas de comunicação sem fio e calcular a potência de transmissão necessária para atingir um nível de sinal aceitável no receptor a uma determinada distância.
Determinação da perda de caminho no espaço livre
A perda de caminho de espaço livre (FSPL) em um link sem fio é determinada usando a fórmula mencionada anteriormente.
Para calcular o FSPL em um link sem fio, siga estas etapas:
1. Reúna as informações necessárias:
Antes de calcular o FSPL, você precisa saber algumas informações importantes:
- Distância (d): A distância entre o transmissor e o receptor, medida em metros (m).
- Frequência do sinal (f): A frequência do sinal que está sendo transmitido, medida em hertz (Hz).
- Velocidade da luz (c): A velocidade da luz no vácuo, que é aproximadamente 3×10∧8 metros por segundo (m/s).
- Constante de espaço livre:
, que é um valor constante usado na fórmula para levar em conta as propriedades do espaço livre e a frequência do sinal.
2. Aplique a fórmula FSPL:
Use a seguinte fórmula para calcular o FSPL em decibéis (dB):
- Substitua na fórmula os valores coletados nas etapas anteriores.
- Calcule cada termo e depois some todos os valores.
3. Obtenha o resultado:
O resultado do cálculo lhe dará o FSPL em decibéis (dB). Este valor representa a atenuação ou perda de sinal esperada no link sem fio devido à propagação no espaço livre.
4. Interprete o resultado:
Quanto maior o valor FSPL, maior será a perda de sinal no link sem fio. Um valor FSPL mais alto significa que o sinal será mais fraco no receptor e, portanto, pode ser necessária uma potência de transmissão mais alta para manter a qualidade do sinal adequada.
É importante lembrar que o FSPL é uma simplificação que não leva em consideração obstáculos, reflexões ou outras interferências no caminho do sinal.
Portanto, é uma estimativa teórica da perda de sinal sob condições ideais de espaço livre e, na prática, outros fatores podem influenciar a qualidade do sinal em um enlace sem fio real.
Exemplos de cálculo de perda de caminho em espaço livre
Abaixo estão alguns exemplos de cálculo de perda de caminho de espaço livre (FSPL) em links sem fio. Usaremos a fórmula FSPL que você mencionou anteriormente:
Onde:
- “D” é a distância em metros (m) entre o transmissor e o receptor.
- "F" é a frequência em hertz (Hz) do sinal.
- "vs" é a velocidade da luz em metros por segundo (3×10∧8 m/s).
Exemplo 1:
Suponha que estejamos calculando o FSPL para um sinal sem fio operando a uma frequência de 2.4 GHz (2,400,000,000 Hz) e propagando uma distância de 100 metros em um link sem fio em espaço livre.
Calculando cada termo:
FSPL(dB)=20 x 2+20 x 9.33+20 x 0.3401
FSPL(dB)=40+187.6+6.802
Adicionando os valores:
FSPL (dB) = 234.402 dB
Portanto, a perda no caminho do espaço livre neste link sem fio é de aproximadamente 234.402 dB.
Exemplo 2:
Agora, suponha que estejamos calculando o FSPL para um sinal sem fio operando a uma frequência de 900 MHz (900,000,000 Hz) e propagando uma distância de 1 quilômetro (1,000 metros).
Calculando cada termo:
FSPL(dB)=20 x 3+20 x 8.95+20 x 0.3401
FSPL(dB)=60+179+6.802
Adicionando os valores:
FSPL (dB) = 245.802 dB
A perda de espaço livre neste link sem fio é de aproximadamente 245.802 dB.
Esses exemplos ilustram como você pode calcular o FSPL em links sem fio usando a fórmula fornecida, levando em consideração a distância e a frequência do sinal. O FSPL é um fator importante a ser considerado ao projetar sistemas de comunicação sem fio para garantir que o sinal seja forte o suficiente no receptor.
Resumo
O conceito de “FSPL” ou “Free Space Path Loss” é essencial no planejamento e projeto de sistemas sem fio, como Wi-Fi e telefonia móvel, para garantir um sinal adequado no receptor.
À medida que o sinal viaja, parte de sua energia se dispersa em diferentes direções e se expande no espaço, levando a uma perda de intensidade do sinal com a distância.
É importante ressaltar que o FSPL não considera obstáculos ou interferências, portanto é uma estimativa teórica da perda em condições ideais de espaço livre. Na prática, outros fatores podem afetar a qualidade do sinal em implantações sem fio reais.
O FSPL é uma fórmula utilizada para calcular a perda de sinal em comunicações sem fio em condições ideais de espaço livre, sem obstáculos ou reflexos.
Ele ajuda engenheiros e projetistas a estimar quanta energia do sinal será perdida à medida que o sinal viaja do transmissor ao receptor com base na distância e na frequência do sinal.
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