Распространение и затухание радиоволн

Время чтения 3 минут

Обновлено - Май 11, 2023

Тема WLAN, радиационного облучения и экранирования поднимается снова и снова. Понимание распространения и затухания радиоволн также помогает в работе с радиотехнологиями. По этой причине ниже приводится более подробная информация, хотя для начала требуется базовое понимание. Итак, для начала немного сухой теории.

История

В 1886 году Генрих Герц, в честь которого была названа единица измерения частоты (Гц), первым экспериментально доказал существование электромагнитных (радио) волн, предсказанных в теории Джеймсом Клерком Максвеллом в 1867 году.

Никола Тесла получил свой первый патент на беспроводную передачу энергии, радиотехнологию, 20 марта 1900 года.

Браун и Маркони - другие имена, связанные с развитием телеграфии, которая с помощью электромагнитного телеграфа и алфавита Морзе, изобретенного Сэмюэлем Финли Бризом Морзе еще в 1837 году, передавала сообщения на расстояния до 3600 километров.

Спред

Распространение электромагнитных волн зависит от частоты, топологических и атмосферных условий.

Слои ионосферы (средняя высота около 1 000 км), которые следуют за тропосферой (высота 17 ... 17 км) и стратосферой (высота 8 ... 50 км) вблизи Земли, могут отражать электромагнитные волны благодаря степени ионизации, которая зависит от солнечной активности. В экстремальных случаях только что переданный сигнал может быть снова принят в том же месте путем многократного отражения вокруг земного шара (окружность около 40 000 км) с задержкой на время прохождения (300 000 км/с).

На частотах выше 60 МГц радиоволны распространяются подобно свету. Они могут отклоняться и отражаться от препятствий. В частности, выше 100 МГц распространение радиоволн все больше нарушается из-за отражений. В самом неблагоприятном случае гребни и впадины волн могут аннулировать друг друга.

Демпфирование

Затухание - это ослабление сигнала. Затухание измеряется в децибелах (дБ) или децибелах-милливаттах (дБм), а для более высоких уровней мощности - в децибелах-ваттах (дБВт) в логарифмической форме, чтобы можно было наглядно представить более высокие уровни на практике.

Важно различать показатели затухания в процентах и дБ, в случае со звуком db(A), "A" означает адаптированный к кривой человеческого слуха (с учетом того, что высокие и низкие звуки воспринимаются по-разному при одинаковой громкости).

Децибел обычно обозначает усиление, т.е. величина положительная. Отрицательный знак, следовательно, характеризует ослабление.
100 дБ означает 100 000-кратное превышение звукового давления 0 дБ или звуковое давление в 2 па (паскаля).

Шум	db(A)	Экранирование (дБ)	%
Циркулярная пила	90	10	90
Дни на автостраде	80	20	99
Главная улица в дневное время	70	30	99,9
Главная дорога ночью	60	40	99,99
Боковая улица в дневное время	50	50	99,999
Боковая дорога ночью	40	60	99,999.9
Вышивка часов	30	70	99,999.99
Шум листьев	20	80	99,999.999
Звук дыхания	10	90	99,999.999.9
Тишина	0	100	99,999.999.99

Чтобы получить представление о том, насколько высока способность материала к затуханию радиоволн, можно сравнить потолок здания толщиной <30 см (70%) с проволочной сеткой толщиной менее 1 мм (100%) или гипсокартонной перегородкой толщиной менее 10 см (10%).

Кабель / разъем / потери на затухание

Если радиоволны проходят через кабели, штекеры, муфты и т. д., например, на пути от радиоприемника к антенне, потери на затухание возникают и здесь. Тип и длина используемого антенного кабеля, а также штекерные соединения определяют величину общих потерь на затухание.

Как правило, сумма потерь на затухание не должна превышать коэффициент усиления антенны. Отдельные компоненты должны быть подобраны соответствующим образом.

Тип кабеля, многожильный или жесткий проводник, экранирование, конструкция оболочки, длина и используемая частота также являются критериями, которые необходимо учитывать при выборе антенного кабеля. Конструктивное применение также имеет решающее значение: галогенные кабели являются термостойкими и огнестойкими, щелевые кабели используются для прокладки в туннелях.

WLAN / радиорелейная связь

Для WLAN доступны частоты 2,4 ГГц, 5 и 6 ГГц, а также 24 и 60 ГГц. Если вам нужен большой радиус действия через стены и потолки, выбирайте самые низкие частоты, то есть 2,4 ГГц. Они обеспечивают радиус действия в пределах отдельно стоящего дома. Если речь идет о двухквартирных домах, имейте в виду, что этого достаточно и для соседей. Если вам нужна высокая скорость передачи данных на коротких расстояниях, используйте 5 ГГц, так как он почти не проникает сквозь пол или потолок. То же самое относится и к диапазону 6 ГГц.
24 и 60 ГГц, с другой стороны, позволяют работать на расстояниях 200 ... 1.000 m. Необходимым условием здесь является прямая видимость. Дождь, дымка, снегопад и т. д. могут привести к потерям в пропускной способности, которые можно частично компенсировать техническими мерами предосторожности.

Напряженность радиополя

Напряженность радиополя электроустановок составляет 1 ... 2 мВт, радиосвязь - около 10 мВт, WLAN на частоте 2,4 ГГц - 100 мВт, на частоте 5 ГГц - 200 мВт, микроволновая печь - 800 мВт, мобильный телефон - 2000 мВт.

В целом, для высокочастотных электромагнитных полей действуют предельные значения, которые описывают так называемый SAR (Specific Absorption Rate), при котором потребляемая человеческими тканями мощность является допустимой.

В среднем для всего человеческого тела указывается 0,08 Вт/кг, а для отдельных участков, например, головы (мобильный телефон) - 2 Вт/кг.

Мобильный телефон у уха уже подвергает организм максимально допустимой нагрузке.

У чувствительных людей последствия воздействия электромагнитного излучения могут включать дисрегуляцию кровяного давления, депрессию, гормональные нарушения, подавление иммунитета, нарушение концентрации внимания, головные боли, усталость, нарушения сна, головокружение, тошноту и беспокойство.

Защитные меры

1. Выберите местоположение маршрутизатора WLAN как можно дальше от рабочего места.
2. Используйте частотный диапазон в соответствии с реальными требованиями.
3. Отключите WLAN, если она не используется.

Если вы хотите защитить себя от внешнего воздействия электромагнитного излучения, вы можете оформить свой дом в виде клетки Фарадея. В этом случае листы тонкой металлической сетки, медной фольги или, при необходимости, алюминиевой фольги помещаются под обои или специальные ЭМС-обои с металлическим покрытием. Важно, чтобы каждый лист имел электрический контакт с соседним листом, чтобы оконные стекла также были металлизированными и чтобы этот слой также был соединен с экранированием стен.
Вся установка должна быть подключена к системе выравнивания потенциалов здания для обеспечения надлежащего заземления.

Таким образом, эта комната защищена от внешних электромагнитных воздействий; и наоборот, радиотрафик WLAN-маршрутизатора в этой комнате будет защищен от внешних подслушивающих устройств.

Тема электросмога и технологии экранирования обсуждается в этом Взнос рассматриваются отдельно.

Все работы с электрическими системами должны выполняться только квалифицированным персоналом!