ทฤษฎีเสาอากาศ - สเปกตรัมและการส่งสัญญาณ

ในชั้นบรรยากาศของโลกการแพร่กระจายของคลื่นไม่เพียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของคลื่นเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับผลกระทบของสิ่งแวดล้อมและชั้นบรรยากาศของโลกด้วย สิ่งเหล่านี้ต้องได้รับการศึกษาเพื่อสร้างแนวคิดว่าคลื่นแพร่กระจายไปในสิ่งแวดล้อมอย่างไร

ให้เราดูที่ไฟล์ frequency spectrumซึ่งการส่งสัญญาณหรือการรับเกิดขึ้น เสาอากาศประเภทต่างๆได้รับการผลิตขึ้นอยู่กับช่วงความถี่ที่ใช้งาน

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

การสื่อสารแบบไร้สายเป็นไปตามหลักการของการออกอากาศและการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นเหล่านี้สามารถจำแนกได้ด้วยความถี่ (f) และความยาวคลื่น (λ) แลมด้า

การแสดงภาพของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามีให้ในรูปต่อไปนี้

คลื่นความถี่ต่ำ

คลื่นความถี่ต่ำประกอบด้วยวิทยุไมโครเวฟอินฟราเรดและส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม สามารถใช้สำหรับการส่งข้อมูลโดยปรับแอมพลิจูดความถี่หรือเฟสของคลื่น

คลื่นความถี่สูง

แถบความถี่สูงประกอบด้วยรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ในทางทฤษฎีคลื่นเหล่านี้ดีกว่าสำหรับการเผยแพร่ข้อมูล อย่างไรก็ตามคลื่นเหล่านี้ไม่ได้ใช้จริงเนื่องจากความยากในการมอดูเลตและคลื่นเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้คลื่นความถี่สูงยังแพร่กระจายผ่านอาคารได้ไม่ดี

ย่านความถี่และการใช้งาน

ตารางต่อไปนี้แสดงแถบความถี่และการใช้งาน -

ชื่อวง	ความถี่	ความยาวคลื่น	การใช้งาน
ความถี่ต่ำมาก (ELF)	30 Hz ถึง 300 Hz	10,000 ถึง 1,000 กม	ความถี่ของสายไฟ
ความถี่เสียง (VF)	300 Hz ถึง 3 KHz	1,000 ถึง 100 กม	การสื่อสารทางโทรศัพท์
ความถี่ต่ำมาก (VLF)	3 KHz ถึง 30 KHz	100 ถึง 10 กม	การสื่อสารทางทะเล
ความถี่ต่ำ (LF)	30 KHz ถึง 300 KHz	10 ถึง 1 กม	การสื่อสารทางทะเล
ความถี่ปานกลาง (MF)	300 KHz ถึง 3 MHz	1,000 ถึง 100 ม	การออกอากาศ AM
ความถี่สูง (HF)	3 MHz ถึง 30 MHz	100 ถึง 10 ม	การสื่อสารทางเครื่องบิน / เรือทางไกล
ความถี่สูงมาก (VHF)	30 MHz ถึง 300 MHz	10 ถึง 1 ม	การแพร่ภาพ FM
ความถี่สูงพิเศษ (UHF)	300 MHz ถึง 3 GHz	100 ถึง 10 ซม	โทรศัพท์เคลื่อนที่
ความถี่สูงพิเศษ (SHF)	3 GHz ถึง 30 GHz	10 ถึง 1 ซม	การสื่อสารผ่านดาวเทียมลิงค์ไมโครเวฟ
ความถี่สูงมาก (EHF)	30 GHz ถึง 300 GHz	10 ถึง 1 มม	ลูปท้องถิ่นไร้สาย
อินฟราเรด	300 GHz ถึง 400 THz	1 มม. ถึง 770 นาโนเมตร	เครื่องใช้ไฟฟ้า
แสงที่มองเห็น	400 THz ถึง 900 THz	770 นาโนเมตรถึง 330 นาโนเมตร	การสื่อสารด้วยแสง

การจัดสรรสเปกตรัม

เนื่องจากสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นทรัพยากรทั่วไปซึ่งเปิดให้ทุกคนเข้าถึงได้จึงมีการร่างข้อตกลงระดับชาติและระดับนานาชาติหลายฉบับเกี่ยวกับการใช้คลื่นความถี่ต่างๆภายในสเปกตรัม รัฐบาลแต่ละประเทศจะจัดสรรคลื่นความถี่สำหรับแอปพลิเคชันเช่นการกระจายเสียงวิทยุ AM / FM การแพร่ภาพโทรทัศน์โทรศัพท์มือถือการสื่อสารทางทหารและการใช้งานของรัฐบาล

Worldwide ซึ่งเป็นหน่วยงานของ International Telecommunications Union Radio Communication (ITU-R) สำนักเรียกว่า World Administrative Radio Conference (WARC) พยายามประสานการจัดสรรคลื่นความถี่โดยรัฐบาลของประเทศต่างๆเพื่อให้สามารถผลิตอุปกรณ์สื่อสารที่สามารถทำงานได้ในหลายประเทศ

ข้อ จำกัด ในการส่ง

ข้อ จำกัด สี่ประเภทที่มีผลต่อการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ -

การลดทอน

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ การลดลงของคุณภาพและความแรงของสัญญาณเรียกว่า attenuation.”

ความแรงของสัญญาณลดลงตามระยะทางเหนือสื่อส่ง ขอบเขตของการลดทอนเป็นฟังก์ชันของระยะทางตัวกลางในการส่งและความถี่ของการส่งข้อมูลพื้นฐาน แม้จะอยู่ในพื้นที่ว่างโดยไม่มีการด้อยค่าอื่น ๆ สัญญาณที่ส่งจะลดทอนลงในระยะทางเนื่องจากสัญญาณกำลังกระจายไปในพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นและมากขึ้น

การบิดเบือน

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“ การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างส่วนประกอบความถี่ของสัญญาณหรือระดับแอมพลิจูดของสัญญาณเรียกว่า distortion.”

การบิดเบือนสัญญาณเป็นกระบวนการที่ก่อให้เกิดการรบกวนคุณสมบัติของสัญญาณการเพิ่มส่วนประกอบที่ไม่ต้องการบางอย่างซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ โดยปกติจะอยู่ในเครื่องรับ FM ซึ่งสัญญาณที่ได้รับบางครั้งอาจถูกรบกวนอย่างสมบูรณ์ทำให้เกิดเสียงหึ่งเป็นเอาต์พุต

การกระจายตัว

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน“Dispersion คือปรากฏการณ์ที่ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น”

Dispersionคือปรากฏการณ์ของการแพร่กระจายของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างการแพร่กระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการส่งสัญญาณแบบมีสายเช่นใยแก้วนำแสง ข้อมูลจำนวนมากที่ส่งต่อเนื่องกันอย่างรวดเร็วมักจะรวมเข้าด้วยกันเนื่องจากการกระจายตัว ยิ่งลวดมีความยาวมากเท่าไหร่ผลของการกระจายก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น ผลของการกระจายคือการ จำกัด ผลิตภัณฑ์ของ R และ L โดยที่‘R’ คือ data rate และ ‘L’ คือ distance.

เสียงรบกวน

ตามคำจำกัดความมาตรฐาน "พลังงานรูปแบบใด ๆ ที่ไม่ต้องการซึ่งมีแนวโน้มที่จะรบกวนการรับและการสร้างสัญญาณที่ต้องการอย่างเหมาะสมและง่ายดายเรียกว่าสัญญาณรบกวน"

รูปแบบของเสียงที่แพร่หลายที่สุดคือ thermal noise. มักสร้างแบบจำลองโดยใช้แบบจำลอง Gaussian แบบเติมแต่ง สัญญาณรบกวนความร้อนเกิดจากการกวนด้วยความร้อนของอิเล็กตรอนและมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วสเปกตรัมความถี่

เสียงรบกวนในรูปแบบอื่น ๆ ได้แก่ -

• Inter modulation noise - เกิดจากสัญญาณที่ผลิตในความถี่ที่เป็นผลรวมหรือความแตกต่างของความถี่พาหะ

• Crosstalk - สัญญาณรบกวนระหว่างสองสัญญาณ

• Impulse noise- พัลส์พลังงานสูงผิดปกติซึ่งเกิดจากการรบกวนของแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก เสียงอิมพัลส์อาจไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อข้อมูลอนาล็อก อย่างไรก็ตามมีผลอย่างเห็นได้ชัดกับข้อมูลดิจิทัลทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการถ่ายภาพต่อเนื่อง