Характеристики электромагнитных волн

Беспроводные сети

Беспроводная связь уже достаточно давно используется для передачи данных. В основе работы беспроводных линий связи лежит применение электромагнитных волн. Данное явление было предсказано британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1865 г. Первый эксперимент, при котором их можно было наблюдать, поставил немецкий физик Генрих Герц в 1887 г. Применение электромагнитных волн для телекоммуникаций имеет уже столетнюю историю (Попов, итальянский физик Гуэльмо Маркони в 1901 г.).

При передаче данных с помощью электромагнитных волн широко используется модуляция. Необходимость в модуляции возникает, когда нужно передать низкочастотный сигнал, через канал, работающий в высокочастотной области спектра. Для решения этой проблемы одну из характеристик высокочастотного сигнала изменяют (модулируют) в соответствии с изменением низкочастотного сигнала.

a = A sin (ω t + φ), где ω=2π f – угловая частота колебания

Модуляции: A = A (t) – амплитудная, f = f (t) – частотная, φ= φ(t) – фазовая.

Частоту высокочастотного сигнала называют несущей частотой.

Антенны могут быть всенаправленные и узконаправленные. Направленность распространения волн зависит от типа антенны. Параболические антенны обеспечивают направленный сигнал. Изотропные антенны – всенаправленный. Изотропная антенна представляет собой вертикальный проводник длинной в четверть волны излучения.

Характеристики электромагнитных волн

Основными характеристиками электромагнитных волн являются частота f и длина волны λ: c = f * λ, где с = 3*10⁸ м/c – скорость света в вакууме.

Основные эффекты при распространении радиоволн:

· дифракция (огибание препятствий)

· отражение

· рассеивание

· интерференция (наложение волн, пришедших в некоторую точку различными путями)

Строение атмосферы Земли.

Электромагнитные волны с длинной волны более 1 мм называют радиоволнами, а диапазон частот ниже 300 ГГц – радиодиапазоном.

Для передачи информации на коротких, средних и длинных волнах (KB, CB и ДВ) используется метод амплитудной модуляции (AM). Обеспечивается дальняя связь, но при невысокой скорости передачи данных.

Для передачи информации в диапазонах ультракоротких волн (УКВ) используются частотная и фазовая модуляции (ЧМ и ФМ). Эти каналы являются более скоростными, но работают на сравнительно небольших расстояниях.

Основные закономерности распространения электромагнитных волн.

· Чем выше частота, тем хуже сигнал проникает через препятствия. Низкочастотные волны АМ–диапазонов легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной антенной. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны. Наконец, инфракрасный и видимый свет не проходят сквозь стены, ограничивая передачу прямой видимостью.

· Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации. Потребность в скоростной передаче информации является превалирующей, поэтому все современные системы беспроводной передачи работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны по распространению сигнала.

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

Заметную роль в поглощении радиоволн играет вода. При частоте свыше 4 ГГц радиоволны начинают поглощаться водой, а это означает, что дождь, туман, град или снег могут стать причиной резкого ухудшения качества передачи. Поглощение в атмосфере ограничивает использование частот более 30 ГГц. Атмосферные шумы, связанные в основном с грозовыми разрядами, доминируют при низких частотах вплоть до 2 МГц.

Принципы построения беспроводных систем связи:

1. Двухточечная связь (радиорелейная).

2. С базовой станцией.

3. Каждый с каждым.