Yüksek frekans dalgaları neden daha iyi nüfuz eder?

Boş alanda, daha düşük frekanslı sinyaller daha ileri gitmektedir, çünkü sinyal ya toprak tarafından kırılır ya da üst atmosfer katmanları tarafından yansıtılır, bu da onu daha da ileriye götürür.

Duvarlara girmemiz gereken kentsel koşullarda, 2.4GHz 433MHz telsizden daha fazla mı seyahat ediyor?

Elektromanyetik spektrumda, Gama ışınları ve X-ışınları, yüksek frekansa sahip oldukları için iyi penetrasyona sahip mi?

Yüksek frekansların daima düşük frekanslardan daha fazla nüfuz ettiği doğru değildir. Dalgaboyunun bir fonksiyonu olarak çeşitli malzemelerin şeffaflık grafiği oldukça topaklı olabilir. Renkli filtreleri düşünün ve bunlar yalnızca görünür ışık dediğimiz dalga boylarının dar bir oktavı için geçerlidir.

Görünüşte düşündüğünüz şey, dalga boyları o kadar kısa ki, enerji xrays ve gama ışınları gibi çok yüksek. Bunlar sadece yüksek enerjileri nedeniyle işlere gider. Daha düşük enerjilerde (daha uzun dalga boyları), dalgalar malzeme ile çeşitli şekillerde etkileşime girer, böylece emilebilir, kırılabilir, yansıtılabilir ve yeniden yayılabilirler. Bu etki, dalga boyunun, malzemenin derinliğinin, direnç, yoğunluk ve diğer özelliklerin bir fonksiyonu olarak monotonik olmayan yollarla değişir.

Daha yüksek frekansların ana avantajı, iyi alım kalitesi için daha kısa antenlere ihtiyaç duymalarıdır ve bu, mobil cihazlar için önemlidir. Ayrıca sinyalleri modüle etmek için daha geniş bir banda izin verir, böylece daha yüksek frekanslı iletim elde edebilirsiniz.

Ancak yüksek frekanslar yansımaya daha duyarlıdır, bu nedenle genel olarak duvarlardan ve engellerden geçmek için daha zor zamanlar olacaktır. Aynı zamanda, deliklerden daha kolay sızarlar: bir başparmak kuralı, dalga boyunun büyüklüğünde bir delik varsa, sinyalin içinden sızabileceğidir. Ama aynı zamanda, iyi bir iletim için ona güvenemezsiniz: bu yüzden sınırın oldukça bulanık olduğunu söyleyebilirim.

Daha fazla bilgi için, görüş hattı yayılımına bakın : mikrodalga frekansı, dalga boyuna güçlü bir şekilde bağlı olduğu için düşük radyo frekansından daha küçük bir nesne tarafından kırılabilir. Karşılaştırma, mikrodalgaların optik dalga boylarına daha benzer bir spektruma sahip olmasından kaynaklanmaktadır, bu nedenle optik için bazı fenomenlerden muzdarip olacaklardır.

Aslında daha yüksek frekanslar daha kötü penetrasyon özelliklerine sahiptir. Belirli bir frekanstaki elektromanyetik dalganın nüfuz edebildiği bir iletken katmanının kalınlığını veren tamamen teorik bir model olan cilt derinliği olarak düşünürseniz, cilt derinliğinin ters orantılı olduğunu göreceksiniz. frekansın kare kökü ile:

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

$\rho$$\mu$

Bunun bir sonucu olarak, AC akımları bir telin tüm kesitini kullanmaz (ve uygun şekilde tasarlanmış içi boş bir aynı işi yapar) ve bu da (kısmen) düzgün iletim için daha küçük bir anten yapacaktır.

Ancak gerçekte işler bundan çok daha karmaşıktır. Kablosuz HD video (kısmen) ciddi bir mühendislik sorunudur, çünkü uygun bant genişliğini sağlamak için gereken yüksek frekans sinyalleri duvarlardan sekme eğilimindedir. Bu tür uygulamalar için gerekli olan gerçekten yüksek frekanslarda (yani ~ 60 GHz) diğer emilim / yansıma olayları iletimi tehlikeye atabilir: örneğin, oksijenle (havada) emilim. Bu büyük ölçüde dalganızın içinden geçmesi gereken ortama bağlıdır.

Yani, kısa cevap hayır, yüksek frekanslar duvarlardan düşük frekanslardan daha iyi geçemez.

"Fizik yasaları bükülebilir ancak asla kırılamaz."

Sinyallerin atmosferde / uzayda yayılma, vurulma ve geçme, soğurulması ve tartışmanın ortaya koyduğu gibi yansıyan bir yol boyunca sekme şekli karmaşıktır. Düşük frekanslarda dalga boyu daha uzundur, bu da antenlerin küçük cihazlara sığacak şekilde tasarlanmasını zorlaştırır. Sinyaller daha uzağa gider ve kapsama alanını daha kolay ve daha az maliyetli hale getirir. Bununla birlikte, bu aynı zamanda, ortak bir alana / boşluğa geçen sinyaller bir şekilde farklılaşmadıkça sinyallerin karışmasına neden olur, böylece karışan sinyaller analog araçlar veya dijital sinyal işleme kullanılarak filtrelenebilir.

Daha yüksek frekanslarda, dalga boyları kısalır, bu da antenleri küçük cihazlara paketleme işini daha az zorlaştırır ve antene ulaşan daha yüksek bir sinyalin yakalanmasını sağlar. Bununla birlikte, sinyaller aynı zamanda yaygın yapı malzemelerinde, yeşilliklerde ve diğer nesnelerde daha fazla emilir. Sinyaller daha fazla sekmeye meyillidir ve sinyalin görüş açısı olmayan alanlarda (NLOS) birden fazla yansıyan sinyalin oluşmasına neden olur. Bunlar diğerleri arasında öne çıkan tasarım unsurlarıdır.

Sinyal işleme ve kesirli dalga boyu anten tasarımı gibi kablosuz teknolojiler, iletişim için pratik hale gelmek amacıyla sinyal yayılımının olumsuz etkilerine karşı koymak için giderek daha fazla kullanılmaktadır. sinyallerin çok yollu yayılımı gibi olumsuz etkiler, sinyal işleme yoluyla yararlanır, böylece sinyaller, alınan sinyali, tümünü filtrelemeye çalışabilecek analog yöntemlere kıyasla daha yüksek bir SNR'ye, sinyal-gürültü oranına yükseltmek için birleştirilir. daha güçlü sinyal. Dar bantlı antenler kullanmak yerine, örneğin, MIMO, çok girişli, çok çıkışlı, sinyalleme yöntemleri çok yollu sinyalleri alır ve zaman uzayında, analog bir fonksiyonda ayırt eder, sayısallaştırır ve hizalamak için sinyal işleme kullanır sinyal hareketinin neden olduğu zaman farklılaşması.

Sinyallerin nasıl seyahat ettiği konusu karmaşıktır ve etkileri tartmak için genellikle bir kullanım senaryosuyla sınırlandırılmalıdır, aksi takdirde uygunsuz hale gelir. Bununla birlikte, hem teorik modellerde hem de sinyallerin nasıl seyahat ettiğine, emilimin parazitleri nasıl azalttığı ve sinyal alımını nasıl engellediğine ve yansımanın birden fazla frekansla bant genişliğini nasıl yeniden kullanabileceğine karşı koymak veya bunlardan yararlanmak için gelişen yöntemlerde geniş bir topraklama düşünülmelidir.

Bu anlayışı uygulama dünyasına getirmek, bileşenlere (antenler, çipler, vb.), Cihazlara ve ekipmanın kullanılabilirliğine ve alternatiflere göre maliyet konusunda pratik hususlar gerektirir. Son olarak, kablosuz iletişimin güvenilirliğini ve kombine bant genişliğini ve bunun maliyet denklemlerini nasıl etkilediğini artırmak için çoklu frekans taşıyıcılı sinyal yöntemlerinin kullanılması, rekabetçi bir uygulama ortamında dikkate alınmalıdır.

Sinyallerin engellerle etkileşimi, temel hesaplamalardan daha karmaşıktır: Duvarların veya diğer malzemelerin oluşturulma şekli, dalga boyuna bağlı olarak sinyalleri daha büyük / daha az ölçüde engelleyebilir. Daha yüksek frekanslarda, dalga boyları açıklıklardan veya kafes tipi yapılardan geçebilecekleri şekilde azaltılırken, daha düşük frekans sinyalleri emilebilir veya yansıtılabilir. Öte yandan, malzemelerin molekülleri veya bileşen yapısı belirli frekanslara rezonant olabilir: örneğin, su molekülleri 2,4 GHz, 3,1 GHz yakınındaki birincil düğümlerde rezonanttır. Bu nedenle mikrodalga fırınlar genellikle 2,4 GHz civarında çalışır. Bu, yeşillik, yağmur ve kar yağışı vb. Suların varlığından dolayı belirli bir müdahale aralığı sunar. Bazıları, bunu bilmeseler de bilmeseler de bu konuda deneyime sahip olabilir:

Birkaç yıl önce, MIMO, savunma ve havacılık radarlarında önceki kullanımdan ve WiFi ve mobil iletişimde kullanılan yarı iletkenlere yapılan iletişimden ortaya çıkıyordu. Bundan önce, birçok üst düzey tasarım mühendisi maliyet ve pratikliğe karşı faydalarından şüpheliydi. Kablosuz alt alanı, kablosuz iletişim, ticari radarlar ve diğer uygulamalardan büyük fayda sağlayacak şekilde ortaya çıkmıştır. Daha yüksek frekans bantları, daha az saçılma nedeniyle en çok fayda sağladı, daha düz görüş hattı daha iyi sinyal ayrımcılığı / izolasyonu sağlar. Bu daha fazlası, düşük frekans bantlarına kıyasla kolaylık ve daha iyi çok yollu sinyalleme özellikleri ile sonuçlanabilir.

Bununla birlikte, şu anda içinde yaşadığımız yaş, en iyi bandın en fırsatçı olduğu ve uygulamaların ihtiyaçlarına uygun olduğu çok frekanslı bant iletişiminin yaşıdır.

Bir engelle karşılaştığında EM radyasyonuna üç şey olur. Sıçrayabilir (yansıma veya saçılma), içinden geçme (geçirme) veya sadece düz durma (absorbans).

İletilen radyasyonun şiddeti birkaç şeye bağlıdır: Radyasyonun dalga boyu Bariyere çarpan radyasyonun yoğunluğu Bariyerin kimyasal bileşimi Bariyerin fiziksel mikro yapısı

Çeşitli teknik nedenlerle, daha düşük (orta aralık 433MHz) ve daha yüksek frekanslı 2.4GHz karşılaştırması şu şekilde karşılaştırılır: Düşük frekans sinyalleri, enerjinin daha yüksek ve daha fazla emilmediği tek bir sabit şekilde konsantre olmasından daha fazla yol alır. hava ile kolayca, hangi nem iyi oluşur. 2,4 GHz'deki daha yüksek frekans, birçok malzemenin moleküler yapısında bir yolu kesebilir, ancak serbest havadaki nemin sinyali azaltma eğiliminde olmasıdır. Manu yüksek frekanslı vericiler ayrıca frekans atlaması ve bir çeşit şifreleme ile tasarlanmıştır. Kısmi engellerden daha düşük frekanstan daha kolay bir yol bulabilir, büyük dalgalar olabilir.