即使是经验丰富的业余无线电爱好者，也不总是能够正确地制定出更改无线电通信中应用频率范围时发生的变化。 一方面，弗里斯转移公式非常简单，似乎没有什么可讨论的。 另一方面，在该公式中，除了明确提及波长λ之外，它还隐含在其他系数中。 有许多指控，说明和文章指出，频率越高，无线电链路的能量越差，关于“揭秘神话”的文章也就越少-没什么说更高的频率更糟了，学习装备。
两种说法都是正确的，而第三种也是正确的-随着频率的增加，链接的能量学可以大大提高。 这完全取决于应用程序场景（施加的限制）。
不仅使用无线电波，而且任何其他波（更高频率的声波，EM波-即光，引力波）的任何信息传输都可能在以下三种情况下发生：
- 全向辐射和全向能量接收。
- 定向（扇区，窄波束）辐射和全向接收
- 定向发射和定向接收
在第一种情况下，任何一方都不知道第二方空间中的位置，或者没有将其天线指向对方的装置。
这种情况包括几乎所有类型的对讲机（军用，民用，航空），家用电器（WiFi，蓝牙，无绳电话，IoT，无线传感器，远程信息处理，钥匙锁），下降探针与其空间站之间的连接。 两个移动通讯员的天线必须是全向的（各向同性的）或靠近它们。
在第二种情况下 ，如果一侧固定不动，而移动通讯员的可能位置受到某个空间范围的限制，则可以在固定侧使用定向天线，该定向天线将能量集中在选定的方向上，从而形成波束。 订户是移动的，他既不知道他的位置也不知道基站的位置（或者没有天线指向装置）。
当固定基站为移动用户服务时（蜂窝通信，军事或民用无线电中继器，向移动用户广播，与移动用户进行卫星通信，为高度移动空间探测器提供服务的地面空间通信站），此方案包括所有类型的服务。 基站的天线具有适度的焦点，并形成波束以服务于所需的空间区域。 理想情况下，在服务区域中距基座相同距离R的任何点处，将具有相同的能量通量密度W / m2。 移动通讯员的天线必须是全向的（各向同性）。
在第三种情况下 ，如果双方都知道另一侧的位置并能够将天线发送到另一侧，则由于波束在空间中的集中，您可以以相同的能源成本显着节省能源或提高通信速度。
这种情况包括所有固定的点对点线路：无线电中继，WiFi点对点，两个用户之间使用定向天线的业余无线电通信； 移动速度较慢的用户，能够将天线准确地定位到对应的位置（具有定向天线伺服器的地面空间通信站和空间站，或者具有刚性安装的定向天线的整个站的定位引擎;有前途的5G mmWave或StarLink调制解调器Ilona掩模，可通过有源相控阵AFAR进行自动波束调谐;透视图大规模MIMO调制解调器和使用大量天线（如AFAR）的4G / 5G基站）
其中r（接收器）和t（发射器）是指接收和发射天线，Pr / Pt是接收天线端子处的功率与发射处的功率之比（更好），d是与λ相同单位的距离（例如以米为单位）
天线A的孔径（与“有效/有效面积”相同）与天线的辐射方向图（LN）及其方向性增益（D =方向性）相关：
对于处于接收模式的天线，有效天线面积（也使用有效天线表面一词）表征了天线收集（拦截）入射在其上的电磁辐射功率通量并将此功率通量转换为负载功率的能力。
无论天线的类型和设计如何，其孔径A和方向性D在波长上都在数学上相关 。
全向（各向同性）天线的D = 1（0 dBi）。 实际上没有理想的各向同性辐射器，最接近的模拟物是通常的半波偶极子，其D〜1.64（2.15 dBi）
让我们比较一个半波偶极子（或其类似物，一个带有配重的四分之一波引脚）的孔径，其中KND = 2.15 dBi
所有范围内的发射天线都形成相同的接近球形的辐射方向图。 来自所有源的相同距离R的功率通量密度W / m 2将相同。
但是，由于接收（也是全向）天线的孔径相差一个数量级，因此从相同通量密度收集的能量数量将有很大不同。
采取一个抽象的通信通道，其中发射器功率为TX = 1W，接收器灵敏度为-101 dBm（在50欧姆负载下为2μV）。 在开放空间中（此处不考虑障碍，吸收，反射，干扰），通信范围为：
在开放空间（范围不受可见度限制）中，将频率提高2倍将发射器的功率要求提高4倍。 在相同的发射器功率下，将频率增加2倍，范围也会减少2倍。
解释以下原因的主要因素是：
- CDMA / LTE-450对于GSM-900是远程的，而GSM-1800是远程的。
- 落后于WiFi-5400的WiFi-2400
- 对讲机27-40 MHz远距离为144-174，而远距离为433-470
在方案2中 ，如果在一侧允许使用单向（扇区）天线，则情况与方案1中的情况完全相同，只有发射机功率可以通过基站的天线增益降低。 由于所需的服务扇区不取决于频率，因此BS天线的方向是相同的（BS的天线孔径在不同的频带上肯定会有所不同）。 BS方向性为12 dBi（10 dB或比2 dBi偶极子天线大10倍）-功率增益将为10 dB（10倍），到移动用户的通信范围可以与上表相同，但已经达到TX = 0.1W。 对于5400 MHz，它将再次为25.7公里，对于27 MHz-5142公里。
在方案3中 ，解决方案的不同组合是可能的。
如果我们放弃设计约束和困难，则在两个天线的面积（孔径）相等的情况下，两个天线D r和D t的方向性与频率的平方成正比。 因此，接收天线的效率将保持不变（无论频率如何，都将从相同的密度流W / m 2中提取端子处的相同功率，而与频率无关），并且发射天线的方向性将与频率的平方成比例地增加。 通过将频率增加2倍，光束将变薄4倍，在用户方向上的通量密度W / m 2将增加4倍。
在天线的尺寸/重量受到相同限制的情况下，更高的频率在能量上更有益处。
实际上，实现这种基本优势并不是那么简单。
具有与频率无关的固定孔径的天线仅包括镜面抛物面天线。 这种反射镜收集的能量与频率无关，并且辐射图案的光束随着频率的增加而变细。
但是制造给定直径的抛物面天线的困难不仅取决于直径。 频率越高，对反射镜表面的精度的要求越高，对定位精度以及整个结构的刚性的要求也越高。
使用其他非镜面天线，情况要复杂得多。 这种天线的所有设计都可以用与频率无关的尺寸（以λ为单位）来描述，并且具有这种天线固有的固定辐射方向图，该辐射方向图不取决于所选的设计频率。 换句话说，例如，一个7要素的波道天线（Uda-Yagi）将具有相同的辐射方向图，并获得〜10 dBi的增益，而不管它可以在30 MHz或3000 MHz处计算出什么频率。 在第二种情况下，其孔径将缩小10,000倍。 那样，不可能采取并增加某种天线的尺寸来增加孔径。 添加任何无源（寄生）结构会稍微增加方向性（与尺寸增加相比），并且只会增加约16 dBi（40倍）的较小值。
仅在头灯（相控阵）中连接许多天线，才可能进一步增加孔径，这实际上对应于大于16 dBi的方向性。 从理论上讲，将晶格中的元素数量加倍可以使孔径增加2倍，即 形成2倍细的光束，增益为+3 dB。 但是实际上，这种前照灯的构造非常困难：来自单个光源的信号必须通过波导与阵列的N个元件同相匹配（就波阻而言）。
对于少量元素，例如2x2、2x4、3x3，此问题是可以解决的；对于大量元素，它是如此复杂，以至于它总是会丢失于抛物面镜天线，从而很容易产生20-40 dBi的方向性，在大型项目中（如地面站）长距离空间通信）达到70 dBi（在5885 MHz频率下放大直径为70米的抛物面天线）。
例如，我们计算了点对点线的通信范围，其中TX = 1W，灵敏度为-101 dBm，直径为D = 1米，孔径效率k = 60％的一对抛物线天线（对于现代镜面辐射器而言是典型值）
要计算抛物面镜的方向性系数，我们使用以下公式：
将频率增加2倍可将范围增加2倍，或者允许您使用一侧孔径小于2倍的天线，或者将天线直径减小为SQRT（2）〜每侧1.4倍。
对波束导引精度的要求（每个用户的天线对准）也与频率的平方成比例增长。
在本文中，我们一般不考虑其他问题，例如反射，衍射，折射，气体吸收，障碍物，大气，电离层，噪声和噪声环境
结论
取决于应用场景（技术规范），增加无线电通信的频率既可以带来优势，也可以带来劣势。
在移动非调谐通信的情况下，低频更有利可图，因为 全向天线孔径与波长的平方成正比。 波长增加2倍会使天线孔径增加4倍。 在所有其他条件相同的情况下，这可以将范围增加2倍（在可见性条件下，并根据能量预算限制通信范围），也可以将发射机功率减少4倍。
由于这个原因，军用背包，汽车和坦克无线电继续被设计到VHF范围的最底部-从27 MHz到50 MHz，而民用和商业通信正在无情地掌握越来越高的频率。
较大频率下的半波偶极子（或带平衡的四分之一波针）更大，一方面是一个缺点。 另一方面，正是这种缺陷使我们能够从太空中收集更多的能量。
在点对点线路中，除使用具有固定孔径的抛物面天线外，低频在所有情况下也都更加有益。 对于方向性相同的天线，孔径与频率增加的平方成比例地减小。 随着频率增加2倍，相同类型的天线的尺寸减小2倍（每次测量即体积减小8倍），但是这样做的回报是这种天线的孔径减小4倍。
相反，在带抛物线天线的点对点线路中，切换到更高的频率可以使相同的反射镜直径将能量预算提高4倍，而频率增加2倍。 频率增加2倍，您可以：
- ceteris paribus将可见度范围扩大了2倍
- 在相同范围内，将辐射功率降低4倍
- ceteris paribus将生产线速度提高4倍
这种增加的回报是对精密制造的需求增加，包括天线本身以及对用户的引导（调整）机制。