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关于RF波中的衰减和自由空间路径损耗

454398 来源:eeweb 作者:Jim Stewart 2021-04-09 10:52 次阅读

我们注意到波长,速度,频率和幅度是波的定义特征,但是我们还对另一件事感兴趣(如果您忘记了这是什么,则可能要回头再看一遍)。重新阅读该专栏)。我们还注意到,每种RF协议都取决于RF波的行为或波力学。在本专栏中,我们将集中讨论衰减和自由空间路径损耗的概念。

每个波都包含固定量的能量,并且随着波的传播,相同量的能量会散布在整个不断增长的波前。就是说,单个波形成了一个不断增长的“壳”,并且像膨胀的气球的橡胶表面一样,能量的传播越来越稀薄。但是,与气球不同,它永远不会弹出,而是永远膨胀。这就是为什么与信号相关的能量随距离而下降,为什么下降1 / r2的原因-波前是表面积。这种插入能量称为衰减,或更准确地说,称为自由空间衰减。信号穿过某物时也会衰减,但此后会进一步衰减。

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(来源:ruckuswireless.com)

发射信号比接收信号强得多的主要原因基本上是几何形状。如果我们的发射天线是典型的偶极天线(棒子,“橡皮鸭”),而我们的接收天线是相同的,那么这些天线必须离得很近以截取甚至1%的发射功率。最终结果是实际上只有很少量的发射能量击中了接收器

撞墙:当波浪撞击物体时

如我们所见,仅在太空中旅行会严重降低接收信号的能量。在使用Wi-Fi的情况下,我们不必停在那里,因为我们还有其他需要担心的问题。我们通常希望Wi-Fi能够通过墙壁,门口或其他充满“东西”的房间工作。这些东西如何影响Wi-Fi信号取决于所考虑的东西。大多数可能性如下:

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(来源:ruckuswireless.com)

传输(带有衰减):波浪撞击墙壁并穿过墙壁,从而降低了信号强度(“损耗”)。这通常是预测性站点调查所建模的:路径穿过的每堵墙都会增加多少路径损耗。通常,在设计Wi-Fi部署时,最重要的因素是找出穿过墙壁的损耗(以及传输损耗)。作为设计经验法则:“视线为最佳;视线为最佳。一堵墙好,两堵墙坏。”但这确实取决于所涉及的材料。

反射:波浪从墙壁反弹。这对于Wi-Fi接入点(AP)和设备的设计非常重要,因为它是多路径的源头,也是多输入/多输出(MIMO)的秘密,其详细信息将在后面的专栏中介绍。但是,如果您设计的是网络而不是AP,那么在大多数情况下,这不会影响Wi-Fi网络的日常运行。如果全反射,则墙壁不允许透射。尽管在故障排除或异常情况下可能会出现部分反射,但实际上它可能会发生在室内几乎所有地方,并且不会影响您的设计。

您谦虚的作者知道一位Ruckus经销商需要在两座建筑物之间建立点对点链接,而这两座建筑物之间有较高的第三座建筑物。由于无法获得视线,该经销商将信号反射出了第四座建筑物–玻璃塔–以“将信号包裹在拐角处”。更常见的情况是,如果您的家庭AP位于房屋的一侧,因为那是您的Internet访问位置,而您又无法绕开电缆进行适当的集中部署,则可以在其后面放置一面镜子来实现“快速而脏”的定向天线。

折射:尽管这对于本次讨论的完整性很重要,但与Wi-Fi设计无关。当电磁波以垂直但不垂直的任何角度撞击表面时,电磁波将在传播时发生弯曲。这就是为什么我们可以看到玻璃,以及为什么控制玻璃的几何形状可以使我们制造镜片的原因。原则上可以构建Wi-Fi镜头,但是反射天线是集中信号的更有效方法。由于Wi-Fi波比可见光大得多(分别为5到12厘米和400到700纳米,可见光)击中了整个墙壁,因此波前的折射根本就没有关系。

尽管传输,反射和折射是不同的效果,但通常三者都在同一堵墙中穿行-一些信号被传输,一些信号被反射,并且传输的信号可能被折射。

衍射:这是通过与海浪撞击相同尺寸的开口发生的。结果,这波浪潮“传播”更多。对于Wi-Fi而言,这种情况并不常见,但是您可能会遇到这样的情况,即使AP客户端的视线仍然不好,开门仍可以更好地接收信号。

吸收:这很简单;信号被完全吸收,没有透射或反射。这些影响可能都不是全部,但是盐水水族馆和树木可能做得很好。

散射:这发生在不规则的反射表面上。您的环境中可能没有足够的迪斯科球,但是高中舞会的装饰可能解释了对Wi-Fi质量的抱怨突然增加。

别再碰自己了:当海浪互相撞击时

当波浪碰撞时,它们最大的优点是它们彼此通过。在撞车之前,撞车之后,他们继续前进,好像什么也没发生。不幸的是,在他们碰到的地方,他们彼此陷入混乱。我们指出这一点是因为冲突波是我们在Wi-Fi中说“干扰”时的意思。

关于干扰,要记住的非常重要的一点是,干扰仅发生在接收器上!我们不在乎载波信号在到达接收器的途中受到了多大的干扰,而只是在接收器上发生了什么。同样,在进行故障排除时,使用协议分析仪或频谱分析仪时,您所看到的是分析仪的接收天线处发生的情况,而不是其他地方,因此请不要让它愚弄您。

我们在RF通信中需要的是具有清晰规则特性的可预测的良好电波,因为这样我们就可以检测出传达信息(“信号”)的那些特性中的变化。这就是干扰使我们付出的代价。

当波浪碰撞时,它们加起来。如果两个波发生碰撞,则所得波的振幅将是振幅的总和。现在,如果原始信号是相似的波(相同的频率和幅度)并且它们是同相的,那么波峰会击中波谷而波谷会击中波谷,那么它们就会相长干涉并且信号实际上会变得更强。相比之下,如果它们完全异相(相差180°),则它们会产生相消干扰,从而使信号降为零。

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(来源:ruckuswireless.com)

这两种情况都是理想的极端情况,除非有人试图使它们发生,否则基本上不会发生。另一方面,由于Wi-Fi中只有这么多的信道,并且由于这些信道可以被其他协议使用,因此非常常见的是,多个发射机发送相同频率的波而没有相位的协调。

编辑:hfy

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