📡️ 프리스 경로 손실 계산기

무선 엔지니어가 링크 설계를 시작할 때 가장 먼저 꺼내 드는 도구가 프리스 전송 방정식입니다. 송신 출력, 양쪽 안테나 이득, 주파수, 거리를 알면 수신기에 실제로 도착하는 전력을 예측할 수 있습니다. 데시벨 형태로 표현하면 자유공간 경로 손실은 Lₔ = 20·log₁₀(4πd/λ)이고, 수신 전력은 Pₘ = Pₕ + Gₕ + Gₖ − Lₔ − (케이블·커넥터 손실)입니다.

자유공간 경로 손실은 거리가 10배 늘 때 20dB, 주파수가 10배 오를 때 20dB씩 증가합니다. 같은 거리에서 5GHz 링크가 900MHz 링크보다 손실이 훨씬 큰 이유이고, 밀리미터파 대역에서 고이득 안테나가 필수가 되는 이유이기도 합니다. 실제 환경에서는 장애물, 반사, 강우가 손실을 더 키우지만, 모든 링크 예산의 출발점이 되는 이상적인 기준값은 바로 이 방정식입니다. 국내에서 2.4GHz WiFi 백홀이나 LoRa 링크를 계획한다면 가시거리 계산기와 함께 사용하는 것을 권장합니다.

계산기는 주파수와 거리를 공통 단위로 변환한 뒤 파장 λ = c/f를 구하고 프리스 방정식의 데시벨 형태를 적용합니다. 경로 손실 출력은 항상 자유공간 값입니다. 실제 강우나 고습도는 킬로미터당 추가 손실을 만들지만, 이 계산기는 대기 감쇠를 모델링하지 않습니다. 수신 전력은 송신 출력, 안테나 이득, 총 손실에서 유도되며 사용자가 설정한 수신 감도 대비 링크 마진으로도 표시됩니다.

파생 결과인 링크 마진(수신 전력 - 수신기 감도)은 링크가 성립할지를 판단하는 기준입니다. 대략 10dB 이상이면 강우와 페이딩에 대비한 여유가 확보된 것입니다. 하드웨어를 구매하기 전에 RF 전력 밀도 계산기로 수신 지점의 전력 수준을 확인하고, 안테나 자작 계획은 헬리컬 안테나 계산기를 참고하세요.

1. 동작 주파수를 입력합니다. MHz 또는 GHz 단위를 선택할 수 있습니다.
2. 링크 거리를 입력합니다. km 또는 마일 단위를 선택합니다.
3. 송신 출력(dBm)과 송수신 안테나 이득(dBi)을 입력합니다.
4. 필요하면 끝단당 케이블 손실과 수신기 감도를 추가합니다.
5. 계산 버튼을 눌러 경로 손실, 수신 전력, 링크 마진을 확인합니다.

자유공간 경로 손실이 거리와 주파수 모두 10배당 20dB인 이유는 무엇인가요?

프리스 방정식에서 확산 항 (4πd/λ)은 거리와 파장의 비율입니다. 거리가 2배면 확산도 2배(6dB)가 되고, 주파수가 2배면 파장이 절반이 되어 경로에 들어가는 파장 수가 2배가 되어 다시 6dB가 더해집니다.

안정적인 링크를 위한 링크 마진은 어느 정도인가요?

고정 포인트투포인트 링크는 강우, 수목 흔들림, 장비 드리프트를 감당하기 위해 10~20dB 마진이 표준입니다. 실내 WiFi라면 최소 5~10dB를 목표로 하세요. 마진은 수신 전력과 수신기 감도의 차이입니다.

프리스 방정식이 실내에서도 성립하나요?

상한값으로만 의미가 있습니다. 실내에서는 반사, 벽, 가구가 자유공간 손실 위에 10~30dB를 더합니다. 이 방정식은 옥외 가시거리 링크에 가장 유용하며, 실내 설계는 ITU-R P.1238 같은 모델이나 현장 측정을 사용하세요.

강우 감쇠는 어떻게 반영하나요?

강우 감쇠는 주로 10~12GHz 이상에서 문제가 됩니다. 강우 강도와 주파수에 따라 1km당 약 0.1~1dB의 추가 손실을 더하세요. 이 계산기는 대기 감쇠를 모델링하지 않습니다. 면허 링크는 ITU-R P.838의 전체 방법을 사용해야 합니다.

위성 링크에도 사용할 수 있나요?

사용할 수 있지만 경사 거리(지표면 거리가 아닌)를 입력하고, 저고도각에서의 대기 흡수와 편파 효과를 고려해야 합니다. 정지궤도 위성의 경우 경로 손실만 C/Ku 대역에서 보통 190~210dB입니다.

안테나가 서로를 정확히 바라보지 않으면 어떻게 되나요?

안테나 이득은 보어사이트 정렬을 전제로 합니다. 축이 어긋나면 안테나 패턴에 따라 이득이 떨어지며, 반전력 빔폭 지점에서 보통 3dB 감소합니다. 특히 고이득 접시에서 정렬 불량은 실측 결과가 계산보다 나빠지는 흔한 원인입니다.

어떤 링크든 신뢰하기 전에 60% 프레넬 존 규칙을 적용하세요. 제1 프레넬 존이 나무나 지붕에 가려지면 실제 손실은 자유공간 값을 크게 웃돕니다. 주파수가 2배가 되면 링크 예산이 6dB 줄어든다는 점도 기억하세요. 장거리 IoT에서 서브GHz 대역을 선호하는 이유가 바로 이것입니다. 케이블 손실은 생각보다 큽니다. 2.4GHz에서 가는 동축 10m는 안테나 앞에서 3~4dB를 잡아먹습니다. 커넥터와 낙뢰 보호기는 끝단당 0.5~1dB의 고정 손실로 넣으세요. 간단한 검산 기준으로 1GHz에서 1km 거리의 자유공간 경로 손실은 약 92dB입니다.