在自由空間中,低頻信號似乎走得更遠,因為該信號要么被地面繞射,要么被高層大氣層反射,從而使其實際上走得更遠。
在需要穿透牆壁的城市條件下,2.4GHz的傳輸距離比433MHz的無線電傳輸距離遠嗎?
在電磁光譜中,伽馬射線和X射線是否具有良好的穿透性,因為它們具有很高的頻率?
在自由空間中,低頻信號似乎走得更遠,因為該信號要么被地面繞射,要么被高層大氣層反射,從而使其實際上走得更遠。
在需要穿透牆壁的城市條件下,2.4GHz的傳輸距離比433MHz的無線電傳輸距離遠嗎?
在電磁光譜中,伽馬射線和X射線是否具有良好的穿透性,因為它們具有很高的頻率?
並非總是如此,高頻總是比低頻穿透得更深。各種材料的透明度隨波長變化的曲線圖可能非常不完整。想想彩色濾光片,它們僅適用於狹窄的八度波長,我們稱之為可見光。
您顯然在想的是波長如此之短,以至於能量非常高,例如X射線和伽馬射線。這些都是因為它們的高能量而通過。在較低的能量(較長的波長)下,波以各種方式與材料相互作用,因此它們可以被吸收,折射,反射和重新發射。這些效應以非單調方式隨波長,材料深度,電阻率,密度和其他屬性而變化。
較高的頻率的主要優點是,它們需要較短的天線才能獲得良好的接收質量,這對於移動設備非常重要。它們還允許調製信號的頻帶更寬,因此可以獲得更高的頻率傳輸。
但是高頻對反射更敏感,因此它們穿過壁壘和障礙物的時間通常會更困難。同時,它們將更容易通過孔洩漏:經驗法則是,如果您有一個波長大小的孔,信號可能會通過它洩漏。但是同時,您不能依靠它來進行良好的傳輸:因此我想說這個限制是很模糊的。
更多的見解,請參見 line-of-視線傳播:微波頻率可以由比低頻無線信號更小的物體折射,因為微波強烈依賴於波長。之所以進行比較,是因為微波的光譜與光波長更相似,因此它們將遭受某些光學現象的困擾。
實際上,更高的頻率具有更差的滲透能力。如果您考慮一個純粹的理論模型,即所謂的集膚深度,它給出了導體層的厚度,給定頻率的電磁波能夠穿透該導體層,您將看到趨膚深度與頻率的平方根成反比:
\ $ \ delta = \ sqrt {\ frac {2 \ rho} {\ omega \ mu}} \ $
(\ $ \ rho \ $是電阻率,\ $ \ mu \ $是材料的磁導率)。
這也導致交流電流不能使用整個交叉點導線的橫截面(適當設計的空心導線可以完成相同的工作),這(部分)就是為什麼較小的天線可以正常傳輸的原因。
實際上,事情要復雜得多。無線高清視頻是一項嚴峻的工程挑戰(部分),因為提供適當帶寬所需的高頻信號往往會彈起牆。在此類應用所需的非常高的頻率(約60 GHz)下,其他吸收/反射現象可能會影響傳輸:被氧氣(空氣中)吸收。
因此,簡短的答案是沒有,更高的頻率無法比低頻更好地穿過牆壁。
“物理定律可以彎曲,但永不破裂。”
正如討論所揭示的那樣,信號在大氣/空間中傳播,撞擊和通過,被吸收以及沿著反射路徑反彈的方式非常複雜。在較低頻率下,波長更長,這使得設計天線以適合小型設備的難度更大。信號傳播得更遠,使覆蓋範圍更容易,成本更低。但是,這還導致信號干擾,除非以某種方式區分進入公共區域/空間的信號,以便可以通過使用模擬方式或數字信號處理來過濾乾擾信號。在更高的頻率下,波長變得更短,這使得將天線打包到小型設備中的工作面臨的挑戰越來越小,並且可以捕獲到達天線的更高電平的信號。但是,信號也被普通的建築材料,樹葉和其他物體吸收得更多。信號趨向於更多地反彈,從而導致多個反射信號出現在非視線(NLOS)區域。這些是其他方面的突出設計注意事項。
包括信號處理和分數波長天線設計在內的無線技術正越來越多地用於抵消信號傳播的負面影響,從而變得切實可行。與可能嘗試濾除所有信號的模擬方法相比,通過信號處理可充分利用諸如信號的多徑傳播之類的負面影響,以便將信號合併以將接收信號提高到更高的SNR(信噪比)更強的信號。 MIMO方法不是使用窄帶天線,而是使用MIMO,多輸入,多輸出的信令方法來接收多徑信號,並在時空中對其進行區分,這是一種模擬功能,將其數字化並使用信號處理來針對由信號傳播引起的時間差異。
信號如何傳播的問題很複雜,通常必須限制在用例中,以權衡影響,否則將變得笨拙。但是,必須考慮在理論模型和不斷發展的方法上都有廣泛的基礎,以應對或利用信號的傳播方式,吸收如何減少干擾以及阻礙信號接收,以及反射如何通過多個頻率復用來增加帶寬。/ p>
將這種理解帶入應用領域需要對組件(天線,芯片等),設備和設備的可用性以及相對於替代產品的成本進行實際考慮。最後,在競爭性應用環境中,必須考慮使用多頻載波信令方法來提高無線通信的可靠性和組合帶寬,以及這如何影響成本等式。
信號與障礙物相互作用的方式比基線計算更為複雜:根據波長的不同,牆壁或其他材料的形成方式可能會在更大程度上影響信號。在較高的頻率處,波長被減小,使得它們可以穿過開口或晶格型結構,而較低的信號可以被吸收或反射。另一方面,材料的分子或組分結構可能會諧振到特定頻率:例如,水分子會在2.4 GHz,3.1 GHz附近的主節點處諧振。這就是為什麼微波爐通常在2.4 GHz左右運行的原因。由於樹葉,雨水和降雪等中存在水,這會引入特定範圍的干擾。無論是否知道,有些人可能對此有經驗:WiFi信號可能會在較短範圍內傳播到建築物外正在下雨,因為信號被濕潤的樹葉,牆壁和空氣空間吸收。
幾年前,MIMO已經從國防和航空雷達以及通信中的先前使用發展成為製造到WiFi和移動通信中使用的半導體。在此之前,許多頂級設計工程師都對它的優勢,成本和實用性表示懷疑。無線子領域已經出現,極大地有益於無線通信,商業雷達和其他應用。較高的頻段因散射少而受益最大,更直的視線可提供更好的信號識別/隔離。與較低的頻段相比,更多的功能可以帶來更好的多路徑信令性能。
但是,我們現在所處的時代是多頻帶通信的時代,其中最佳的頻段是最有利的機會,並且適合於應用程序的需求。
EM輻射遇到障礙時會發生三件事。它可以反射(反射或散射),通過(透射)或僅停止(吸收)。
傳輸的輻射強度取決於幾件事: 輻射波長 輻射到達屏障的強度 屏障的化學成分 屏障的物理微觀結構 障礙物的厚度
出於各種技術原因,比較低頻(中頻433MHz)和高頻2.4GHz)的比較是這樣的:低頻信號傳播的距離比能量更高,而且以單一穩定方式集中更多,這是因為它很容易被空氣吸收,空氣中含有大量的水分。 2.4 GHz的較高頻率能夠為許多材料的分子結構開闢一條道路,但必須權衡的是,自由空氣中的水分會削弱信號。 Manu更高頻率的發射機還設計有跳頻和某種加密功能。它比低頻大波更容易找到通過局部障礙物的路徑。