Распространение электромагнитных волн

Перечислим некоторые общие закономерности распространения электромагнитных волн, связанные с частотой излучения.

· Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации,

· Чем выше частота, тем хуже проникает сигнал через препятствии. Низкочастотные радиоволны АМ-диапазонов Легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной антенной. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны; И наконец инфракрасный и видимый свет не проходят через стены, ограничивая передачу прямой видимостью(LineOfSight, LOS)

· Чем выше частота, тем быстрее убывает анергия сигнала с расстояниям от источника. При распространении электромагнитных волн в свободном пространстве (без отражений) затухание мощности сигнала пропорционально произведению квадрата расстояния ' от источника сигнала на квадрат частоты сигнала.

· Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдрпь поверхности земли. Именно поэтому сигналы АМ-радио могут передаваться на расстояния в сотни километров.

· Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой земли, поэтому они могут распространяться даже на более значительные расстояния, в несколько тысяч километров (при достаточной мощности передатчика)

· Сигналы в диапазоне выше 30 МГц распространяются только по прямой, то есть являются сигналами прямой видимости. При частоте свыше 4 ГГц их подстерегает неприятность — они начинают поглощаться водой, а это означает, что не только дождь, но и туман может стать причиной резкого ухудшения качества передачи микроволновых систем, Недаром испытания лазерных систем передачи данных часто проводят в Сиэтле, городе, который известен своими туманами.

Потребность в скоростной передаче информации является превалирующей, по­этому все современные системы беспроводной передачи информации работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны благодаря распространению сигнала вдоль поверхности земли или отражения от ионосферы.

Для успешного использования микроволнового диапазона необходимо также учитывать дополнительные проблемы, связанные с поведением сигналов, распространяющихся в режиме прямой видимости и встречающих на своем пути препятствия.

На рис. 51 показано, что сигнал, встретившись с препятствием, может распространяться в соответствии с тремя механизмами: отражением, дифракцией и рассеиванием.

Когда сигнал встречается с препятствием, которое частично прозрачно для данной длины волны и в то же время размеры которого намного превышают длину волны, то часть энергии сигнала отражается от такого препятствия. Волны микроволнового диапазона имеют длину несколько сантиметров, поэтому они частично отражаются от стен домов при передаче сигналов в городе. Если сигнал встречает непроницаемое для него препятствие (например, металлическую пластину) также намного большего размера, чем длина волны, то происходит дифракция— сигнал как бы огибает препятствие, так что такой сигнал можно по­лучить, даже не находясь в зоне прямой видимости. И наконец, при встречес препятствием, размеры которого соизмеримы с длиной волны, сигнал рассеи­вается, распространяясь под различными углами.

Рис. 51. Распространение электромагнитной волны

В результате подобных явлений, которые повсеместно встречаются при беспро­водной связи в городе, приемник может получить несколько копий одного и того же сигнала. Такой эффект называется многолучевым распространением сигнала.Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отрицательным, поскольку один из сигналов может прийти с обратной фазой и подавить основной сигнал.

Так как время распространения сигнала вдоль различных путей будет в общем случае различным, то может также наблюдаться и межсимвольная интерференция,ситуация, когда в результате задержки сигналы, кодирующие соседние биты данных, доходят до приемника одновременно.

Искажения из-за многолучевого распространения приводят к ослаблению сигна­ла, этот эффект называется многолучевым замиранием.В городах многолучевое замирание приводит к тому, что ослабление сигнала становится пропорциональ­ным не квадрату расстояния, а его кубу или даже четвертой степени!

Все эти искажения сигнала складываются с внешними электромагнитными помехами, которых в городе довольно много. Достаточно сказать, что в диапазоне 2,4 ГГц работают микроволновые печи.