3 подписчика
Дополнительные свойства волн
Поглощение — уменьшение амплитуды волны и превращение её энергии в другие виды (в основном тепло) при прохождении через вещество. Сильнее поглощают: вода/влага (дождь, туман — особенно на высоких частотах), грунт, бетонные стены с арматурой, лес/густая растительность (влага в листве), металл (почти полное отражение/поглощение), атмосфера на высоких частотах (кислород, водяной пар). Инженеры учитывают это при выборе частоты (низкие лучше проникают), расчёте мощности передатчика, размещении антенн и использовании ретрансляторов.
Отражение — изменение направления волнового фронта на границе двух сред с возвратом в исходную среду. Сила отражения зависит от материала (металлы — почти полностью, бетон/кирпич слабее, дерево — ещё слабее), размера препятствия относительно длины волны, угла падения (угол падения = углу отражения), длины волны (короткие отражаются легче). Плюсы: расширение зоны покрытия, усиление сигнала при сложении с прямой волной, основа работы радаров и спутниковых антенн. Минусы: многолучевое распространение, эхо/задержки, искажение сигнала. Учитывается при размещении антенн, выборе поляризации, использовании направленных антенн, моделировании покрытия.
Преломление — изменение направления распространения волны при переходе между средами из-за разницы скоростей. Может улучшать связь (огибание препятствий, загоризонтная связь) или ухудшать (потери, искажения). Проявляется в атмосфере (слои разной температуры/влажности), над морем, в ионосфере (КВ), в городе (переходы воздух-стекло-бетон), при дожде/тумане. Положительные эффекты: дальняя связь без ретрансляторов, фокусировка сигнала. Отрицательные: потеря сигнала, фазовые искажения, нестабильность связи, ошибки в определении координат (GPS, радары).
Закон Снеллиуса: n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂, где n₁, n₂ — показатели преломления сред, θ₁ — угол падения, θ₂ — угол преломления. Если n₂>n₁, то θ₂<θ₁ (луч «прижимается» к перпендикуляру).
Интерференция — сложение волн от когерентных источников (одинаковая частота, стабильная разность фаз), приводящее к усилению или ослаблению сигнала. Возникает при многолучевом распространении. Виды: конструктивная (волны в фазе, амплитуда увеличивается) и деструктивная (волны в противофазе, амплитуды вычитаются — «мёртвая зона»). Встречается в городе (прямой + отражённые сигналы), в помещениях (Wi-Fi), при дальней КВ-связи, в спутниковой связи, в антенных решётках (используется для направленного излучения). Отрицательные эффекты: замирания (фэйдинг), потеря пакетов данных, межсимвольная интерференция, неравномерное покрытие. Положительные: усиление сигнала в антенных решётках, формирование диаграммы направленности, радиоинтерферометрия, фазовые радионавигационные системы. Борьба: MIMO-антенны, разнесённый приём, устойчивые к замираниям модуляции (OFDM), расчёт расстояния между излучателями решётки (λ/4 или λ/2). Пример: на 2,4 ГГц (λ=12,5 см) разность хода 0/12,5/25 см → усиление; 6,25 см (λ/2) → ослабление.
Дифракция — огибание волнами препятствий, отклонение от прямолинейного распространения с проникновением энергии в область тени. Зависит от соотношения длины волны и размера препятствия: чем длиннее волна, тем лучше огибание. Длинные волны (ДВ, СВ, КВ) отлично огибают препятствия и распространяются за горизонт на тысячи км; короткие (УКВ, СВЧ, Wi-Fi) почти не огибают — создают «мёртвые зоны». Если препятствие меньше длины волны — огибается легко; если больше — образуется тень, но часть сигнала проникает. Проявления: связь за горизонтом (дифракция на выпуклости Земли), в городе (узкие переулки), в лесу, в горах, внутри помещений, в спутниковой навигации. Положительные эффекты: связь за горизонтом без ретрансляторов, покрытие в сложных условиях, уменьшение «мёртвых зон». Отрицательные: ослабление сигнала, задержки, многолучевое распространение → интерференция, нестабильность при движении приёмника. Учитывается при выборе диапазона частот, расчёте зон покрытия (модель Окамуры — Хата для городов), размещении базовых станций, высоте антенн, применении направленных антенн.
3 минуты
9 сентября