2008/03/10

Free Space Loss(draft)

好吧, 我承認想不通Free Space Loss的物理機制, 所以寫不下去...

這個看似很合乎物理直覺的方程式, 其實是違反物理直覺的, 因為它的結論是越高頻的電磁波在離開Tx相同距離時Rx的path loss越大.

先說說為何合乎物理直覺?
1. 無論重力或電力, 真空中都與距離平方成反比, 這是基礎物理定律.
2. 在地球上我們經驗到高頻的電磁波或聲波都無法傳太遠, 只有低頻的波可以長傳, 這是常識.

可是Free Space Loss不是在地球上, 它假設Tx以點的型態與Rx以小平面的型態放在真空中, 兩者四周沒有任何障礙物與反射物, 在這樣的條件下, 電磁波應該是可以毫無損耗地傳遞到理論上-無窮遠處, 根本不會有任何衰降.

再說違反物理直覺之處, 如果Free Space Loss是正確的, 那表示恆星所發出的白光(由各種波長所構成)將無法傳遞到遙遠的宇宙角落, 因為短波長(高頻)的紫光走不遠, 只有長波長(低頻)的紅光可以橫越宇宙, 如此一來我們夜晚的天空都將是紅色的星光, 不會像現在所觀察到的以白色星光居多.

這是我不懂Free Space Loss的部分, 請網路上的高手賜教.


...draft...
一個好用的Free space loss計算機: http://www.comsearch.com/satellite/tools_fsl.jsp

(PS.由於Wikipedia的解釋不夠好,所以自己來寫這個項目,不引用維基的解釋。)
這是自由空間的電波損耗,又稱為Friis Equation (H.T. Friis, 1946),或是Friis transmission equation,這是通信界少數以人命名的方程式。Friis, H. T. (Harald Trap), 1893-1976.丹麥人,後來移民美國,1925年起在Bell電話實驗室任職,是很具原創性的工程師。

080310r3

3 則留言:

匿名 提到...

剛好過路看到

一點意見

1.可是Free Space Loss不是在地球上, 它假設Tx以點的型態與Rx以小平面的型態放在真空中, 兩者四周沒有任何障礙物與反射物, 在這樣的條件下, 電磁波應該是可以毫無損耗地傳遞到理論上-無窮遠處, 根本不會有任何衰降.

reply: 點狀的電磁波源 是以3D的方向 四面八方發散的喔, 所以除了雷射這樣的同相位的的源 才不會發散 音因有點忘了

既然是發散的 那麼上電的算法應該是 點到點的電磁波公式 去做面的積分

2.再說違反物理直覺之處, 如果Free Space Loss是正確的, 那表示恆星所發出的白光(由各種波長所構成)將無法傳遞到遙遠的宇宙角落, 因為短波長(高頻)的紫光走不遠, 只有長波長(低頻)的紅光可以橫越宇宙, 如此一來我們夜晚的天空都將是紅色的星光, 不會像現在所觀察到的以白色星光居多.

reply: 我想各波長雖然衰減程度不同 但這個的關鍵應該是距離, 因為距離太太太大
各波長都被衰減到極微弱了 等於差不多弱
所以我們還是看到白光 :P

不好意思 公式忘光 只有概念還在 :Q

Majustin 提到...

Dear 匿名高手,

1. 沒錯, "點狀的電磁波源 是以3D的方向 四面八方發散的", 在這種情況下作球面積分, 是不會有高低頻的差異的, 亦即在半徑3km處作積分, 高頻與低頻應該得到相同的數值, 此數值都與距離點波源很近之處所做的數值相同, 這是因為沒有傳遞損耗的關係.

2. 也許恆星到地球的距離對您而言是大大大大..., 但是恆星表面的溫度對我而言也是大大大大大..., 我實在不知道幾萬光年的距離對上幾萬度的高溫會不會造成恆星光源的足夠損耗呢, 還有, 如果高低頻兩者都損耗光了, 我們地球上應該看不見這些漂亮的星星吧 ? :P

匿名 提到...

Power and power density is independent of frequency when calculating path loss. However, the "effective aperture" of the receive antenna is not. Part of the Friis equation is come from the effective aperture of the antenna, You may refer to this

http://www.kyes.com/antenna/navy/basics/antennas.htm

hong