Зона Френеля
Основная часть энергии электромагнитной волны сосредоточена в эллипсоиде вращения, осью которого является прямая, соединяющая приёмную и передающую антенны. Данная область называется первой зоной Френеля и представлена на рисунке 1. Выделяют несколько зон Френеля, образующих в разрезе концентрические окружности разного диаметра. Далее, по умолчанию, будет рассматриваться только первая зона Френеля, поскольку в ней сосредоточена большая часть энергии сигнала. Как правило, перекрытие зоны Френеля сторонними объектами на 20-40% не является существенной преградой для распространение волны, однако необходимо стремиться к минимизации её перекрытия.
Рисунок 1 - Зона Френеля
При расчёте первой зоны Френеля руководствуются понятием её радиуса, зная который, можно определить наличие в зоне Френеля препятствий:
Рисунок 2 - Расчёт радиуса зоны Френеля
Величина радиуса зоны Френеля в произвольной точке рассчитывается по формуле:
где
· D1 − расстояние от передатчика до точки измерения,
· D2 − расстояние от приёмника до точки измерения,
· R − радиус зоны Френеля,
· λ − длина волны.
В соответствии с перекрытием зоны Френеля, выделяют три случая:
· прямая видимость (LOS) - ситуация, когда перекрытие зоны Френеля не превышает 40%, представлена на рисунке 1;
· ограниченная видимость (nLOS) - ситуация, когда сторонние объекты перекрывают зону Френеля на 40-60%, представлена на рисунке 2;
· отсутствие прямой видимости (NLOS) - ситуация, когда сторонние объекты перекрывают зону Френеля более, чем на 60%, представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Зона Френеля при отсутствии прямой видимости
Поскольку в условиях nLOS часть сигнала из-за физических преград не будет достигать приёмной стороны, то уровень принимаемого сигнала будет ниже, чем при LOS. Таким образом, nLOS накладывает ограничения на максимальную дистанцию беспроводного канала связи в сравнении с распространением сигнала в условиях прямой видимости. Кроме того, как будет показано в следующих уроках (см. урок "Аналоговые и цифровые сигналы. Модуляция"), уровень сигнала косвенно влияет на используемую схему манипуляции и скорость передачи данных. Построение канала связи в условиях NLOS возможно с использованием таких эффектов распространения волн, как отражение, рассеяние и дифракция, которые сильно снижают уровень энергии сигнала на приёмной стороне. Отсюда следует, что при проектировании и дальнейшей реализации проектов с использованием беспроводных каналов связи необходимо стремиться к условиям прямой видимости LOS.
Эффекты при распространении электромагнитных волн
При построении беспроводных каналов связи необходимо учитывать ряд эффектов, которые будут проявляться в зависимости от ряда факторов. Например, используемая локация: распространение радиосигнала в условиях плотной городской застройки и лесного массива будет различаться. Распространение сигнала также зависит от погодных условий.