Freiraumdämpfung (Free Space Path Loss, FSPL)

Die Freiraumdämpfung beschreibt den theoretischen Verlust an Signalstärke, der beim Ausbreiten einer Funkwelle im freien Raum – also ohne Hindernisse, Reflexionen oder Störungen – auftritt. Sie stellt den minimalen Dämpfungsverlust dar, der allein durch die geometrische Ausbreitung der Wellenfront über eine bestimmte Entfernung entsteht. Die FSPL ist ein grundlegender Bestandteil bei der Abschätzung der Empfangsleistung in drahtlosen Kommunikationssystemen.

Formel zur Berechnung der FSPL

In linearer Form:

FSPL = (4πdf / c)²

In Dezibel (üblich in der Praxis):

FSPL (dB) = 20 log₁₀(d) + 20 log₁₀(f) + 20 log₁₀(4π / c)

Oder in standardisierten Einheiten (d in Kilometern, f in MHz):

FSPL (dB) = 20 log₁₀(d) + 20 log₁₀(f) + 32.45

Dabei gilt:

• d = Entfernung zwischen Sender und Empfänger (in km)

• f = Frequenz des Signals (in MHz)

• c = Lichtgeschwindigkeit (~3 × 10⁸ m/s)

• 32.45 = Konstante, resultierend aus der Umrechnung physikalischer Einheiten

Rechenbeispiel

Für ein Signal mit 2,4 GHz (2400 MHz), das über eine Distanz von 100 m (0,1 km) übertragen wird, ergibt sich:

FSPL ≈ 20 log₁₀(0,1) + 20 log₁₀(2400) + 32,45 ≈ 80 dB

Das entspricht einem Leistungsverhältnis von 10⁻⁸ – also erreicht nur ein Hundertmillionstel der Sendeleistung den Empfänger unter idealen Freiraumbedingungen.

Bedeutung der FSPL in der Funknetzplanung

Die FSPL stellt die Grunddämpfung in Link-Budget-Berechnungen dar und wird insbesondere verwendet bei:

• Satellitenkommunikation

• Mobilfunk- und WLAN-Netzen

• Punkt-zu-Punkt-Richtfunkverbindungen

• Radarsystemen

• HF-Ausbreitungsmodellen

In der Praxis wird die Freiraumdämpfung oft um reale Einflussfaktoren ergänzt, darunter:

• Atmosphärische Dämpfung

• Mehrwegeausbreitung (Fading)

• Hindernisse, Beugung und Geländeprofil

• Gebäude- und Materialverluste

Anwendungen und praktische Nutzung

Ingenieure verwenden die FSPL bei:

• Linkbudget-Planung zur Sicherstellung ausreichender Empfangsleistung

• Auswahl und Ausrichtung von Antennen sowie Verstärkungsdimensionierung

• Reichweitenabschätzungen für stationäre und mobile Funksysteme

• Konformitätsprüfungen im Hinblick auf Mindestfeldstärken oder abgestrahlte Leistung