
要开始推导弗林斯传输公式,我们考虑两个在自由空间中的天线(附近没有障碍物),它们之间的距离为“R”。假设第一个天线的增益为“GT”,第二个天线的增益为“GR”,工作频率为“f”或波长为“λ”。
假设传递到发射天线的功率等于:PT。同时假设发射天线是全向的,没有损失,接收天线在远场发射天线。接收天线接收到的平面波功率[“P”]:

如果发射天线在由接收天线的方向的增益Gr,那么上述功率方程变为:

考虑真正的天线的方向性和损失等长期因素。假设现在接收天线有效孔径AER。

这种天线接收功率(PR)由下式给出:

由于任何天线的有效孔径也可以表示为:

接收功率则可写成方程 [1]:

这是被称为弗林斯传输公式。
这个等式关系自由空间路径损耗,天线增益和波长接收和发射功率。这是一个基本在天线理论方程,是我们应该记住的(以及上述推导)。
不过,弗林斯传输方程的另一种有用的形式,即方程[2]:

其中,波长λ和频率f与光速C相关。
方程[2]显示,信号在更高的频率下会有更大的损耗。这是弗林斯传输方程的一个基本结果。
这意味着,对于特定增益的天线来说,在较低频率下能量传输效率最高。接收到的功率与发射功率之间的差异被称为“路径损耗”,这与信号传输有关。换言之,弗林斯传输方程告诉我们,路径损耗会随着频率的升高而增加。
弗林斯传输方程的重要性不容忽视。这就是为什么手机通常不会在2GHz以上的频率下工作。虽然在更高的频率可能有更多的频谱资源,但相关的路径损耗会降低信号质量,影响通信效果。
进一步来说,如果你考虑60 GHz的天线,你会发现这个频率非常高,路径损耗会使得远距离通信变得非常困难。在非常高的频率(如60 GHz的毫米波频段,有时也被称为),路径损耗非常大,因此通常只能进行点对点的通信。这种情况通常发生在接收器和发射器位于同一房间内,并且相互面对时。
作为弗林斯传输方程的进一步推论,这也是为什么移动电信运营商对LTE(4G)频段在700MHz的工作频率比较喜爱。因为这样一个比传统天线操作更低的频率,根据公式[2],我们可以得到路径损耗会更低,那么我们可以更有效地进行信号覆盖。
最后,如果天线的极化不匹配,上述接收功率需要乘以极化损耗因子,以适当地考虑这种不匹配。方程[2]可以被修改为下面的形式,称之为包含极化失配的广义弗林斯传输方程。
