Teoria anteny - widmo i transmisja

W atmosferze ziemskiej propagacja fali zależy nie tylko od jej właściwości, ale także od skutków środowiskowych i warstw atmosfery ziemskiej. Wszystkie z nich należy zbadać, aby stworzyć pojęcie o tym, jak fala rozchodzi się w środowisku.

Spójrzmy na frequency spectrumprzez które odbywa się transmisja lub odbiór sygnału. Produkowane są różne typy anten w zależności od zakresu częstotliwości, w którym są używane.

Widmo elektromagnetyczne

Komunikacja bezprzewodowa opiera się na zasadzie nadawania i odbioru fal elektromagnetycznych. Fale te można scharakteryzować za pomocą ich częstotliwości (f) i długości fali (λ) lambda.

Obrazowe przedstawienie widma elektromagnetycznego przedstawiono na poniższym rysunku.

Pasma niskiej częstotliwości

Pasma niskiej częstotliwości składają się z części widma radiowej, mikrofalowej, podczerwieni i widzialnej. Mogą być używane do przesyłania informacji poprzez modulację amplitudy, częstotliwości lub fazy fal.

Pasma wysokiej częstotliwości

Pasma wysokiej częstotliwości składają się z promieni rentgenowskich i promieni gamma. Teoretycznie fale te są lepsze do propagacji informacji. Jednak te fale nie są używane praktycznie z powodu trudności w modulacji i są szkodliwe dla istot żywych. Ponadto fale o wysokiej częstotliwości nie rozchodzą się dobrze w budynkach.

Pasma częstotliwości i ich zastosowania

Poniższa tabela przedstawia pasma częstotliwości i ich zastosowania -

Nazwa zespołu Częstotliwość Długość fali Aplikacje
Ekstremalnie niska częstotliwość (ELF) 30 Hz do 300 Hz 10 000 do 1000 KM Częstotliwości linii energetycznej
Częstotliwość głosu (VF) 300 Hz do 3 KHz 1000 do 100 km Komunikacja telefoniczna
Bardzo niska częstotliwość (VLF) 3 kHz do 30 kHz 100 do 10 km Komunikacja morska
Niska częstotliwość (LF) 30 kHz do 300 kHz 10 do 1 km Komunikacja morska
Średnia częstotliwość (MF) 300 KHz do 3 MHz 1000 do 100 m Transmisja AM
Wysoka częstotliwość (HF) 3 MHz do 30 MHz 100 do 10 m Komunikacja między samolotami i statkami na duże odległości
Bardzo wysoka częstotliwość (VHF) 30 MHz do 300 MHz Od 10 do 1 m Transmisja FM
Ultra wysoka częstotliwość (UHF) 300 MHz do 3 GHz 100 do 10 cm Telefon komórkowy
Super wysoka częstotliwość (SHF) Od 3 GHz do 30 GHz 10 do 1 cm Łączność satelitarna, łącza mikrofalowe
Ekstremalnie wysoka częstotliwość (EHF) 30 GHz do 300 GHz 10 do 1 mm Bezprzewodowa pętla lokalna
Podczerwień 300 GHz do 400 THz 1 mm do 770 nm Elektroniki użytkowej
Widzialne światło 400 THz do 900 THz 770 nm do 330 nm Komunikacja optyczna

Alokacja widma

Ponieważ widmo elektromagnetyczne jest powszechnym zasobem, do którego każdy może mieć dostęp, sporządzono kilka krajowych i międzynarodowych porozumień dotyczących wykorzystania różnych pasm częstotliwości w ramach widma. Poszczególne rządy krajowe przydzielają widmo do zastosowań takich jak nadawanie radiowe AM / FM, nadawanie programów telewizyjnych, telefonia komórkowa, komunikacja wojskowa i użytkowanie rządowe.

Na całym świecie agencja Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego Radio Communication (ITU-R) Biuro o nazwie Światowa Administracyjna Konferencja Radiowa (WARC) stara się koordynować przydział widma przez różne rządy krajowe, aby można było produkować urządzenia komunikacyjne, które mogą działać w wielu krajach.

Ograniczenia transmisji

Cztery rodzaje ograniczeń wpływających na transmisję fal elektromagnetycznych to:

Osłabienie

Zgodnie ze standardową definicją „Spadek jakości i siły sygnału jest znany jako attenuation. ”

Siła sygnału spada wraz z odległością od medium transmisyjnego. Stopień tłumienia jest funkcją odległości, medium transmisyjnego, a także częstotliwości podstawowej transmisji. Nawet w wolnej przestrzeni, bez innych zakłóceń, przesyłany sygnał osłabia się wraz z odległością, po prostu dlatego, że jest on rozpraszany na coraz większym obszarze.

Zniekształcenie

Zgodnie ze standardową definicją „Każda zmiana, która zmienia podstawową zależność między składowymi częstotliwościowymi sygnału lub poziomami amplitudy sygnału, jest znana jako distortion. ”

Zniekształcenie sygnału to proces, który powoduje zaburzenie właściwości sygnału, dodanie niepożądanych składowych, co wpływa na jakość sygnału. Zwykle dzieje się tak w odbiorniku FM, gdzie odbierany sygnał jest czasami całkowicie zakłócany, dając brzęczący dźwięk jako wyjście.

Dyspersja

Zgodnie ze standardową definicją „Dispersion jest zjawiskiem, w którym prędkość propagacji fali elektromagnetycznej jest zależna od długości fali ”.

Dispersionjest zjawiskiem rozprzestrzeniania się wyrzutu energii elektromagnetycznej podczas propagacji. Jest to szczególnie rozpowszechnione w transmisjach przewodowych, takich jak światłowód. Serie danych przesyłane w krótkich odstępach czasu mają tendencję do łączenia się w wyniku rozproszenia. Im dłuższa długość drutu, tym silniejszy jest efekt dyspersji. Efektem dyspersji jest ograniczenie iloczynu R i L. Gdzie‘R’ jest data rate i ‘L’ jest distance.

Hałas

Zgodnie ze standardową definicją „Każda niepożądana forma energii, która ma tendencję do zakłócania prawidłowego i łatwego odbioru i odtwarzania pożądanych sygnałów, nazywana jest szumem”.

Najbardziej rozpowszechnioną formą hałasu jest thermal noise. Często jest modelowany za pomocą addytywnego modelu Gaussa. Szum termiczny jest spowodowany termicznym wzburzeniem elektronów i jest równomiernie rozłożony w całym spektrum częstotliwości.

Inne formy hałasu obejmują -

  • Inter modulation noise - Spowodowane przez sygnały wytwarzane na częstotliwościach, które są sumami lub różnicami częstotliwości nośnych.

  • Crosstalk - Zakłócenia między dwoma sygnałami.

  • Impulse noise- Nieregularne impulsy o dużej energii spowodowane zewnętrznymi zaburzeniami elektromagnetycznymi. Szum impulsowy może nie mieć znaczącego wpływu na dane analogowe. Ma jednak zauważalny wpływ na dane cyfrowe, powodując błędy seryjne.