В основе всех современных технологий: радио- и мобильной связи, эфирного ТВ и радио, Wi-Fi и широкополосного интернета, лежит принцип перемещения радиоволн. Они являются одной из форм электромагнитного излучения и имеют три базовых характеристики: это длина, скорость, с которой радиосигнал распространяется, а также его амплитуда.
Характеристики радиоволн
Скорость радиоволнового излучения, в том числе и света, очень большая: 300 000 км/с! Если отправить такой луч с Земли до Луны, то его путь займёт менее двух секунд. Длиной волны называют расстояние между двумя её гребнями, а амплитудой — их «высоту». Световая волна с высокой амплитудой более интенсивна и даёт более яркий свет.
Частоту волны легко рассчитать на основе длины и скорости её распространения. Частоту измеряют в Герцах, а этот параметр означает количество гребней, проходящих за одну секунду.
Все эти характеристики радиоволн играют важную роль в современных технологиях, позволяя нам передавать информацию на большие расстояния и обеспечивая нас доступом к высокоскоростному интернету и другим важным услугам связи.
Радиоволны обладают дополнительной характеристикой, которая называется поляризация. Но о ней позже. Некоторые радиоволны можно даже увидеть — ведь свет также является формой радиоизлучения, но его длина волны существенно больше, а частота гораздо выше и составляет тысячную долю миллиметра.
Наглядно рассмотрим основные особенности распространения радиоволн на примере светового излучения:
- Распространение света происходит прямолинейно. Поэтому позади возникшей на его пути преграды возникает тень. Однако если размер преграды равен или меньше, чем длина волны, то свет через неё пройдёт, несколько изменившись.
- Стекло снижает яркость и интенсивность света, в некоторых случаях довольно сильно.
- Если поставить линзу под лучи солнца, то в месте их фокусировки возникнет яркая точка, а сконцентрированной энергии хватит на то, чтобы поджечь бумагу или дерево.
Радиоволны обладает аналогичными свойствами, хотя длина волны у них больше. Они также распространяются прямолинейно и не всегда могут обойти преграды.
В современных телекоммуникационных системах применяют волны следующих частот (длины):
- для телевидения выделен частотный диапазон 50–600 МГц (6-0,5 м);
- мобильная связь GSM900 работает на частоте 900 МГц (33 см);
- для стандарта сотовой связи GSM1800 выделена частота 1800 МГц (17 см);
- мобильная связь 3G интернет работает на частоте 2000 МГц (15 см);
- для беспроводной связи Wi-Fi выделены частоты 2450 МГц (12 см) и 5750 МГц (5 см).
Преграды размером до одного метра, стоящие на пути таких радиоволн, практически не меняют силу сигнала. Но более крупные преграды (многоэтажные дома или горы, леса) способны его существенно ослабить. На практике даже оконное стекло снижает силу усиления сигнала, хоть и не так сильно.
Принцип работы антенн
Рассмотрим спутниковую антенну: она аналогично линзе улавливает радиосигнал, собирая и проецируя в одну точку. Либо наоборот, фокусирует радиосигнал, преобразуя его в пучок направленного радиоизлучения.
При попадании на любую антенну радиоволновое излучение вызывает её электромагнитные колебания. В результате по радиокабелю в приёмник передаётся электрический ток с определённой информацией (аудио-, видео- сигналом или данными), где преобразуется. При подаче на антенну тока определённой частоты она начнёт излучать в аналогичном частотном диапазоне.
Все антенны могут как принимать, так и передавать радиосигнал в поддерживаемом ими частотном диапазоне.
Что такое коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления (КУ) антенны описывает её способность фокусировать радиосигнал, а не увеличивать его мощность, как может показаться. Рассмотрим на примере лампы мощностью 1 Вт: чтобы осветить всю комнату, её мощности будет недостаточно. Если перед ней поставить зеркала, то часть комнаты будет лучше освещена за счёт отражённого света, а если использовать отражатель от фонарика, то будет сформирован яркий световой пучок, в пределах которого всё будет хорошо видно.
Антенны тоже усилить сигнал физически не могут, а лишь концентрируют его. КУ антенны измеряют в децибелах (дБ) — логарифмической величине, которую ввели, чтобы упростить расчёты. Она показывает, насколько мощным будет сфокусированное антенной излучение в идеальных условиях по сравнению с мощностью изначального радиосигнала. Чтобы перевести мощности в децибелы, достаточно воспользоваться специальной таблицей.
Поскольку КУ является логарифмическим значением, то при сравнении двух антенн с КУ 10 Дб и 13 Дб получится, что мощность второй почти двукратно превышает мощность первой. Если сравнить две антенны похожей конфигурации и с равным КУ, то гораздо компактнее окажется модель, принимающая радиоволны меньшей длины, но при условии, что у обеих антенн аналогичный КУ и похожая конструкция.
Например, если сравнивать WiFi антенну на 20 дБ частотой 5500 МГц, имеющую размеры 18х18 см, с антенной на 20 дБ для частоты 1800 МГц, то габариты последней будут 60х60 см.
Что такое поляризация антенны
Это параметр указывает направленность колебаний вектора напряжённости полей: магнитных, электромагнитных и электрических. Она делится на:
- линейную, направление которой перпендикулярно распространению волны;
- круговую, с правым и левым направлением;
- эллиптическую, представляющую собой нечто среднее между рассмотренными выше вариантами.
Рассмотрим, что это такое на примере верёвки. Если привязать один её конец, а второй энергично перемещать по вертикали вверх-вниз, то на ней появятся вертикально поляризованные волны. Если перемещать её по сторонам, то они будут поляризованы по горизонтали.
Антенна хорошо принимает только радиоволны с совпадающей поляризацией. Узнать, как правильно поляризовать антенну, можно по специальному обозначению — стрелке, которую наносят на производстве. Дальше остаётся только правильно установить антенну, ориентируюсь по стрелочке, задавая ей тем самым вертикальную или горизонтальную поляризацию.
Этот параметр очень важно учитывать, так как несовпадение поляризации антенны и радиосигнала не сможет обеспечить устойчивую радиосвязь.
