Atténuation en espace libre (FSPL)

L'atténuation en espace libre (FSPL) quantifie l'atténuation de la puissance du signal qui se produit lorsqu'une onde radio se propage dans l'espace libre, sans obstacles, réflexions ni interférences. Elle représente la perte théorique minimale due à l'étalement du front d'onde sur la distance et est essentielle pour estimer la puissance reçue dans les systèmes de communication sans fil.

Formule FSPL

Sous forme linéaire :

FSPL = (4πdf / c)²

En décibels (couramment utilisé) :

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

Ou, avec des unités standard (d en kilomètres, f en MHz) :

FSPL (dB) = 20 log₁₀(d) + 20 log₁₀(f) + 32,45

Où :

• d = Distance entre l'émetteur et le récepteur (km)

• f = Fréquence du signal (MHz)

• c = Vitesse de la lumière (~3 × 10⁸ m/s)

• 32,45 = Constante dérivée des facteurs de conversion d'unités

Exemple de calcul

Pour un signal de 2,4 GHz (2 400 MHz) transmis sur 100 mètres (0,1 km), l'atténuation en espace libre est :

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

Cela correspond à un rapport de puissance de 10⁻⁸, ce qui signifie qu'un cent-millième de la puissance émise atteint le récepteur, en supposant des conditions idéales d'espace libre.

FSPL dans la conception des systèmes sans fil

Le FSPL est utilisé comme perte de base dans les calculs de bilan de liaison sans fil et est particulièrement pertinent dans :

• Les communications par satellite

• Les réseaux cellulaires et Wi-Fi

• Les liaisons micro-ondes point à point

• Les systèmes radar

• La modélisation de la propagation RF

Bien que le FSPL suppose des conditions idéales d'espace libre, il est couramment étendu avec des termes supplémentaires pour tenir compte de facteurs réels tels que :

• L'atténuation atmosphérique

• La fading multipath

• Les obstructions et la diffraction

• Les pertes dues au terrain et aux bâtiments

Applications et utilisation pratique

Les ingénieurs utilisent le FSPL dans :

• La planification du bilan de liaison pour garantir une puissance reçue suffisante

• L'alignement des antennes et le choix du gain

• L'estimation de la couverture pour les systèmes radio fixes et mobiles

• Les essais de conformité impliquant un champ électrique ou une puissance rayonnée minimale requise