Чому хвилі високої частоти мають кращу проникність?

У вільному просторі сигнали нижчої частоти, здається, йдуть далі, тому що сигнал або дифракціюється землею, або відбивається верхніми шарами атмосфери, завдяки чому насправді йде далі.

У міських умовах, де нам потрібно проникнути через стіни, чи 2,4 ГГц рухається далі, ніж радіо 433 МГц?

Чи мають гамма-і рентгенівські промені в електромагнітному спектрі гарне проникнення, оскільки вони мають високу частоту?

Неправда, що більш високі частоти завжди проникають далі, ніж нижчі. Графік прозорості різних матеріалів як функції довжини хвилі може бути досить грубим. Подумайте про кольорові фільтри, і вони стосуються лише вузької октави довжин хвиль, яку ми називаємо видимим світлом.

Те, про що ви, мабуть, думаєте, - це довжини хвиль настільки короткі, що енергія дуже велика, як рентгенівські випромінювання та гамма-промені. Вони йдуть через речі виключно завдяки високій енергії. При менших енергіях (більша довжина хвилі) хвилі взаємодіють з матеріалом різними способами, щоб вони могли поглинатися, заломлюватися, відбиватися та повторно випромінюватися. Ці ефекти відрізняються немонотонними способами як функція довжини хвилі, глибини матеріалу, його опору, щільності та інших властивостей.

Основна перевага високих частот полягає в тому, що їм потрібні коротші антени для гідної якості прийому, і це важливо для мобільних пристроїв. Вони також дозволяють ширший діапазон для модуляції сигналів, тому ви можете отримати передачу більш високої частоти.

Але високі частоти більш чутливі до відображення, тому їм буде важче проходити крізь стіни та перешкоди загалом. У той же час вони легше просочуються через отвори: велике правило полягає в тому, що якщо у вас є отвір розміром з довжину хвилі, сигнал може просочитися через нього. Але в той же час ви не можете розраховувати на це для гарної передачі: тому я б сказав, що межа досить нечіткий.

Для подальшого розуміння подивіться на розповсюдження прямолінійного зору : мікрохвильову частоту можна заломлювати меншим об'єктом, ніж нижчу радіочастоту, оскільки це сильно залежить від довжини хвилі. Порівняння виникає через те, що мікрохвилі мають спектр, схожий на довжину оптичної хвилі, тому вони будуть страждати від деяких явищ, які є оптимальними.

Насправді більш високі частоти мають гірші можливості проникнення. Якщо розглядати суто теоретичну модель, так звану глибину шкіри , яка дає товщину шару провідника, до якого здатна проникати електромагнітна хвиля заданої частоти, ви побачите, що глибина шкіри обернено пропорційна з квадратним коренем частоти:

$\delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}$

$\rho$$\mu$

Це також призводить до того, що струми змінного струму не використовують весь поперечний переріз дроту (і правильно спроектований порожнистий виконає таку ж роботу), і це (частково) чому менша антена зробить для правильної передачі.

Але насправді справи набагато складніші за це. Бездротове відео HD - це серйозна інженерна проблема (частково), оскільки сигнали високої частоти, необхідні для забезпечення відповідної смуги пропускання, мають тенденцію відскакувати від стін. На дійсно високих частотах (тобто ~ 60 ГГц), необхідних для таких застосувань, інші явища поглинання / відбиття можуть поставити під загрозу передачу: наприклад, поглинання киснем (у повітрі). Це дуже залежить від середовища, через який повинна пройти ваша хвиля.

Отже, коротка відповідь - ні, більш високі частоти не можуть пройти краще через стіни, ніж низькі частоти.

"Закони фізики можуть бути зігнуті, але ніколи не порушені".

Те, як сигнали поширюються через атмосферу / простір, потрапляють і проходять через них, поглинаються і підстрибують вздовж відбитого шляху, як висловлюється дискусія, є складним. На нижчих частотах довжина хвилі довша, що ускладнює проектування антен для розміщення в невеликих пристроях. Сигнали подорожують далі, що робить покриття простішим і дешевшим. Однак це також спричиняє перешкоди для сигналів, якщо сигнали, що перетинаються в загальну зону / простір, не відрізняються певним чином, щоб інтерференційні сигнали можна було фільтрувати за допомогою аналогових засобів або цифрової обробки сигналів.

На більш високих частотах довжина хвилі стає коротшою, що робить завдання упаковки антен у невеликі пристрої менш складним і дозволяє захоплювати сигнал більш високого рівня, що доходить до антени. Однак сигнали також більше поглинаються звичайними будівельними матеріалами, листям та іншими предметами. Сигнали, як правило, більше відскакують, внаслідок чого в областях, де сигнал є нелінійним зором (NLOS), виникає багаторазове відбиття сигналів. Це визначні дизайнерські міркування серед інших.

Бездротові технології, що включають обробку сигналу та конструкцію антени дробової хвилі, все частіше використовуються для протидії негативним впливам поширення сигналу, щоб стати практичними для комунікацій. негативні впливи, такі як багаторазове поширення сигналів, використовуються при обробці сигналів, так що сигнали поєднуються для підняття прийнятого сигналу до більш високого коефіцієнта SNR, сигнал / шум порівняно з аналоговими методами, які можуть намагатися відфільтрувати всі, крім тим сильніший сигнал. Замість того, щоб використовувати вузькосмугові антени, наприклад, MIMO, багатовхідні, багатовихідні, сигнальні методи отримують багатопотокові сигнали та диференціюють їх у часовому просторі, аналоговій функції, оцифровують їх та використовують обробку сигналів для вирівнювання для диференціація часу, викликана ходом сигналу.

Питання про те, як подорожують сигнали, є складним і його часто потрібно обмежувати випадком використання, щоб зважувати удари, інакше він стає непростим. Однак необхідно враховувати широке заземлення як теоретичних моделей, так і розвиваються методів для протидії або використання переваг того, як сигнали рухаються, як поглинання зменшує перешкоди, а також перешкоджає прийому сигналу, і як відбиття може примножувати пропускну здатність на багаторазове використання повторного використання.

Внесення цього розуміння у світ додатків вимагає практичних міркувань щодо компонентів (антен, мікросхем тощо), доступності пристрою та обладнання та вартості щодо альтернатив. І, нарешті, використання методів сигналізації декількох частот-носіїв для підвищення надійності та комбінованої пропускної здатності бездротових комунікацій та те, як це впливає на рівняння вартості, слід враховувати в конкурентному середовищі додатків.

Спосіб взаємодії сигналів із перешкодами складніший за обчислення базової лінії: Спосіб утворення стінок або інших матеріалів може унеможливлювати сигнали більшою / меншою мірою залежно від довжини хвилі. На більш високих частотах довжина хвилі зменшується таким чином, що вони можуть проходити через отвори або структури решітчастого типу, тоді як сигнали нижчої частоти можуть поглинатися або відбиватися. З іншого боку, молекули або компоненти компонентів матеріалів можуть бути резонансними для певних частот: наприклад, молекули води є резонансними в первинних вузлах поблизу 2,4 ГГц, 3,1 ГГц. Ось чому мікрохвильові печі зазвичай працюють в межах 2,4 ГГц. Це вводить специфічний діапазон перешкод через наявність води в листяні, дощу та снігопаду тощо. Деякі можуть мати досвід із цим, знають вони це чи ні:

Кілька років тому MIMO виходив із попереднього використання в оборонних та аерокосмічних радарах і комунікаціях для виготовлення напівпровідників, що використовуються в WiFi та мобільному зв’язку. До цього багато топ-інженерів-дизайнерів скептично ставились до його переваг порівняно з витратами та практичністю. Підполе бездротового зв’язку з'явилося з великою користю для бездротового зв'язку, комерційних радарів та інших програм. Більш високі смуги частот отримали найбільшу користь через менше розсіювання, більш пряма лінія зору забезпечує кращу дискримінацію / ізоляцію сигналу. Це більше може призвести до полегшення та покращення властивостей багатоканальної сигналізації порівняно з діапазонами нижчої частоти.

Однак вік, у якому ми зараз живемо, - це вік багаточастотних смугових комунікацій, в якому найкраща смуга є найбільш опортуністичною і підходить до потреб додатків (ив).

Три речі трапляються з випромінюванням ЕМ, коли воно стикається з бар'єром. Він може підстрибувати (відбиття або розсіювання), проходити через (коефіцієнт пропускання) або просто просту зупинку (поглинання).

Інтенсивність випромінюваного випромінювання залежить від кількох речей: Довжина хвилі випромінювання Інтенсивність випромінювання, що потрапляє на бар'єр, Хімічний склад бар'єра Фізична мікроструктура бар'єру Товщина бар'єру

З різних технічних причин порівняння нижчих (середній діапазон 433 МГц) і більш високих частот 2,4 ГГц) порівнюється так: Сигнали з нижчою частотою рухаються далі, ніж тому, що енергія вища і сконцентрована за один постійний спосіб, який не поглинається як легко повітрям, який складається з великої кількості вологи. Більш висока частота на частоті 2,4 ГГц здатна прорізати шлях через молекулярну структуру багатьох матеріалів, але це торгівля полягає в тому, що волога у вільному повітрі має тенденцію до послаблення сигналу. Ману-передавачі високої частоти також розроблені з певним стрибком та шифруванням. Він може знайти шлях через часткові перешкоди легше, ніж нижча частота, великі хвилі можуть.