Теория антенн - спектр и передача
В атмосфере Земли распространение волны зависит не только от свойств волны, но также от эффектов окружающей среды и слоев земной атмосферы. Все это необходимо изучить, чтобы составить представление о том, как волна распространяется в окружающей среде.
Давайте посмотрим на frequency spectrumпо которому происходит передача или прием сигнала. В зависимости от диапазона частот, в котором они работают, производятся разные типы антенн.
Электромагнитный спектр
Беспроводная связь основана на принципе передачи и приема электромагнитных волн. Эти волны можно охарактеризовать по их частоте (f) и длине волны (λ) лямбда.
Наглядное представление электромагнитного спектра дано на следующем рисунке.
Полосы низких частот
Низкочастотные диапазоны включают радио, микроволновую, инфракрасную и видимую части спектра. Их можно использовать для передачи информации путем модуляции амплитуды, частоты или фазы волн.
Диапазоны высоких частот
Высокочастотные диапазоны включают рентгеновское и гамма-излучение. Теоретически эти волны лучше подходят для распространения информации. Однако эти волны практически не используются из-за сложности модуляции и вредности для живых существ. Кроме того, высокочастотные волны плохо распространяются через здания.
Полосы частот и их использование
В следующей таблице показаны диапазоны частот и их использование -
Название группы | Частота | Длина волны | Приложения |
---|---|---|---|
Чрезвычайно низкая частота (ELF) | От 30 Гц до 300 Гц | От 10000 до 1000 км | Частоты линии электропередачи |
Частота голоса (VF) | От 300 Гц до 3 кГц | От 1000 до 100 км | Телефонная связь |
Очень низкая частота (VLF) | От 3 кГц до 30 кГц | От 100 до 10 км | Морские коммуникации |
Низкая частота (НЧ) | От 30 кГц до 300 кГц | От 10 до 1 км | Морские коммуникации |
Средняя частота (MF) | От 300 кГц до 3 МГц | От 1000 до 100 м | AM вещание |
Высокая частота (HF) | От 3 МГц до 30 МГц | От 100 до 10 м | Связь между самолетами и кораблями |
Очень высокая частота (VHF) | От 30 МГц до 300 МГц | От 10 до 1 м | FM-вещание |
Ультравысокая частота (УВЧ) | От 300 МГц до 3 ГГц | От 100 до 10 см | Сотовый телефон |
Сверхвысокая частота (СВЧ) | От 3 ГГц до 30 ГГц | От 10 до 1 см | Спутниковая связь, микроволновая связь |
Чрезвычайно высокая частота (КВЧ) | От 30 ГГц до 300 ГГц | От 10 до 1 мм | Беспроводная локальная линия |
Инфракрасный | От 300 ГГц до 400 ТГц | От 1 мм до 770 нм | Бытовая электроника |
Видимый свет | От 400 ТГц до 900 ТГц | От 770 нм до 330 нм | Оптические коммуникации |
Распределение спектра
Поскольку электромагнитный спектр является общим ресурсом, к которому может получить доступ любой человек, было заключено несколько национальных и международных соглашений относительно использования различных частотных диапазонов в пределах спектра. Правительства отдельных стран распределяют спектр для таких приложений, как радиовещание в диапазонах AM / FM, телевещание, мобильная телефония, военная связь и использование правительством.
Worldwide, агентство радиосвязи Международного союза электросвязи (ITU-R) Бюро созвало Всемирную административную радиоконференцию (WARC) пытается координировать распределение спектра правительствами различных стран, чтобы можно было производить устройства связи, которые могут работать в нескольких странах.
Ограничения передачи
Четыре типа ограничений, которые влияют на передачу электромагнитных волн:
Затухание
Согласно стандартному определению, «снижение качества и силы сигнала называется attenuation. »
Сила сигнала падает с увеличением расстояния до среды передачи. Степень затухания является функцией расстояния, среды передачи, а также частоты базовой передачи. Даже в свободном пространстве, без каких-либо других искажений, передаваемый сигнал затухает с увеличением расстояния просто потому, что сигнал распространяется на все большую и большую площадь.
Искажение
Согласно стандартному определению, «любое изменение, которое изменяет базовое соотношение между частотными компонентами сигнала или уровнями амплитуды сигнала, известно как distortion. »
Искажение сигнала - это процесс, который вызывает нарушение свойств сигнала, добавляя некоторые нежелательные компоненты, что влияет на качество сигнала. Обычно это происходит в FM-приемнике, где принимаемый сигнал иногда полностью искажается, давая на выходе жужжащий звук.
Дисперсия
Согласно стандартному определению, «Dispersion это явление, при котором скорость распространения электромагнитной волны зависит от длины волны ».
Dispersionэто явление распространения всплеска электромагнитной энергии во время распространения. Это особенно распространено в проводных передачах, таких как оптическое волокно. Пакеты данных, отправляемые в быстрой последовательности, имеют тенденцию сливаться из-за разброса. Чем больше длина проволоки, тем сильнее эффект рассеивания. Эффект диспергирования ограничивает произведение R и L.‘R’ это data rate и ‘L’ является distance.
Шум
Согласно стандартному определению, «любая нежелательная форма энергии, имеющая тенденцию мешать правильному и легкому приему и воспроизведению полезных сигналов, известна как шум».
Самая распространенная форма шума - это thermal noise. Это часто моделируется с использованием аддитивной гауссовой модели. Тепловой шум возникает из-за теплового возбуждения электронов и равномерно распределен по частотному спектру.
Другие формы шума включают:
Inter modulation noise - Вызываются сигналами, генерируемыми на частотах, которые являются суммой или разностью несущих частот.
Crosstalk - Помехи между двумя сигналами.
Impulse noise- Нерегулярные импульсы высокой энергии, вызванные внешними электромагнитными помехами. Импульсный шум может не оказывать существенного влияния на аналоговые данные. Однако это оказывает заметное влияние на цифровые данные, вызывая пакетные ошибки.