Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
основи радіочастот (RF) і антен. - Coggle Diagram
основи радіочастот (RF) і антен.
RF (радіочастота) — це будь-яке електромагнітне випромінювання в діапазоні частот приблизно від 3 кГц до 300 ГГц. Ці частоти використовуються для передавання інформації через радіохвилі.
Основні характеристики RF-сигналу:
Частота (Frequency) — визначає, скільки разів сигнал коливається за секунду (вимірюється в герцах, Гц).
Довжина хвилі (Wavelength) — відстань, яку хвиля проходить за один цикл (λ = c / f, де c — швидкість світла, f — частота).
Амплітуда — визначає потужність сигналу.
Фаза — положення сигналу в часі відносно початку.
Сигнал — це зміна фізичної величини у часі або просторі, яка несе інформацію.
Основні типи сигналів:
Аналоговий Безперервний сигнал, який може приймати будь-яке значення в певному діапазоні (наприклад, звук мови).
фактори, що впливають на якість сигналу
Multipath (мультипромінь) — це явище, коли один і той самий сигнал досягає приймача кількома різними шляхами через відбиття, дифракцію або розсіювання.
Obstructions (перешкоди) — це фізичні об’єкти, які зменшують силу або якість радіосигналу під час його поширення від передавача до приймача.
Fresnel Zone — це область навколо прямої лінії між передавачем і приймачем, у якій перешкоди можуть викликати втрату або спотворення сигналу через дифракцію (огинання хвиль навколо об'єктів).
Погода (
https://futurenow.com.ua/yakyj-vplyv-pogody-na-internet-zv-yazok/
)
Noise Floor — це рівень фонового шуму в системі або середовищі.
Цей шум створюється електронікою, атмосферою, іншими сигналами, перешкодами тощо.
SNR (Signal-to-Noise Ratio) — це співвідношення потужності корисного сигналу до потужності шуму, яке показує, наскільки "чистий" сигнал у порівнянні з фоновими завадами.
VSWR — це коефіцієнт стоячої хвилі напруги.
Він показує, наскільки ефективно передається потужність від передавача до антени, а точніше — наскільки добре узгоджені між собою передавальний кабель і антена.
Цифровий Дискретний сигнал, що складається з чітко визначених рівнів (наприклад, 0 або 1).
Основні властивості сигналу
Довжина хвилі (Wavelength, λ)
Що це? Відстань, яку сигнал проходить за один цикл.
Форма сигналу (Waveform)
Типи сигналів:
Синусоїда (sinusoidal) — гармонічний, чистий сигнал.
Прямокутний (square wave) — використовується в цифрових сигналах.
Трикутний, пилкоподібний (triangular/sawtooth) — у генераторах.
Імпульсний (pulse) — короткі пакети енергії, застосовуються в радарі, УЗД.
Шум (noise) — випадковий сигнал без регулярної форми.
Період (Period, T)
Що це? Час, необхідний для одного повного циклу сигналу.
Модуляція (Modulation)
Процес зміни параметрів сигналу (амплітуди, частоти, фази) для передавання інформації.
Типи модуляції:
AM (амплітудна)
FM (частотна)
PM (фазова)
QAM, PSK — цифрові модуляції.
Фаза (Phase)
Що це? Початкова позиція хвилі у часі відносно іншої хвилі.
Спектр сигналу
це представлення сигналу в частотній області, яке показує, які частоти містяться в сигналі та з якою інтенсивністю (амплітудою).Отримується через перетворення Фур’є (Fourier Transform).
Перетворення Фур’є — це математичний метод, який дозволяє розкласти будь-який складний сигнал (особливо періодичний або майже періодичний) на набір простих синусоїдальних коливань різних частот.
Формула неперервного перетворення Фур’є:
Зворотне перетворення Фур’є:
Частота
Що це? Кількість циклів сигналу за одиницю часу.
Смуга пропускання (Bandwidth)
це діапазон частот, у межах якого система (антена, фільтр, передавач, канал зв’язку) може ефективно передавати або приймати сигнал.
Амплітуда
Що це? Максимальне відхилення сигналу від нульового (середнього) рівня.
Антена — це пристрій, який випромінює або приймає електромагнітні хвилі. Вона є «містком» між електронними схемами й радіохвилями в повітрі або просторі.
три важливі типи антен:
Секторна антена
Секторна антена — це спрямована антена, яка випромінює сигнал в обмеженому секторі
Як вона працює?Антена фокусує електромагнітну енергію в певному напрямку, а не у всі сторони.Це дає краще покриття, сильніший сигнал і менше завад (перешкод) за межами сектора.
спрямована антена
Спрямована антена — це антена, яка фокусує свою енергію випромінювання (або прийому) у вузькому, конкретному напрямку
Як працює спрямована антена?
Вона концентрує електромагнітну хвилю у вигляді вузького променя.
Це дозволяє ефективно передавати сигнал на далекі відстані або створювати точкові з’єднання між двома пристроями.
Часто для цього використовують різні конструкції — параболічні дзеркала (тарілки), решітки (Yagi), щілинні антені тощо.
Omnidirectional (всенаправлені)
Всеспрямована антена — це така антена, яка випромінює або приймає сигнал рівномірно у всіх напрямках по горизонталі (тобто, навколо себе, як по колу).
Як вона працює?Антена створює електромагнітне поле, яке коливається у просторі. Це поле випромінюється однаково в усіх боках по горизонталі (360°).
Основні аспекти антен
Gain (підсилення) антени — це характеристика, яка показує, наскільки ефективно антена фокусує енергiю у певному напрямку порівняно з ідеальним джерелом, що випромінює рівномірно у всі сторони (ізотропна антена).
Поширення сигналу — це процес, під час якого радіохвилі або електромагнітні хвилі рухаються від передавача до приймача через середовище (повітря, простір, будівлі, землю тощо).
Основні типи поширення сигналу:
Прямолінійне (пряме) поширення
Сигнал рухається по прямій лінії від антени до приймача.
Найкраще відбувається у відкритих просторах без перешкод.
Відбиття (Reflection)
Сигнал відбивається від поверхонь (стіни, будівлі, земля).
Це може створювати мультиподорожі (багато шляхів сигналу), що впливає на якість зв’язку.
Поширення за рахунок дифракції (Diffraction)
Сигнал "огинає" перешкоди, наприклад, будівлі або гори.
Завдяки дифракції сигнал може досягати прихованих зон.
Поширення за рахунок розсіювання (Scattering)
Сигнал розсіюється на дрібних об'єктах (листя дерев, дроти, маленькі будівлі).
Впливає на ослаблення і якість сигналу.
Reciprocity (Взаємність)Принцип взаємності говорить, що антена має однакові характеристики передачі та прийому сигналу.
Range (Діапазон зв’язку)Діапазон — це максимальна відстань, на якій антенна система може забезпечити прийнятний рівень сигналу.
Монтаж антени — це спосіб фізичного встановлення та закріплення антени у просторі з урахуванням її типу, напрямку, висоти, кута нахилу та умов навколишнього середовища.
Range / Frequency — Як частота впливає на дальність зв’язку
Частота сигналу — це кількість коливань електромагнітної хвилі за секунду, вимірюється в герцах Діапазон зв’язку залежить від того, як сигнал поширюється на різних частотах.
Довгі хвилі (Long Waves) та Короткі хвилі (Short Waves)
Довгі хвилі (Long Waves):
Добре огинають перешкоди (гори, будівлі)
Поширюються на великі відстані навіть без прямої видимості
Часто відбиваються від іоносфери або проходять по землі
Стійкі до перешкод, використовуються в навігації, аварійних системах
Наприклад: довгохвильове радіо, військовий зв’язок, маяки
Короткі хвилі (Short Waves):
Можуть відбиватися від іоносфери, створюючи глобальне покриття
Застосовуються в міжнародному радіомовленні, радіоаматорах
Якість сигналу залежить від часу доби, сонячної активності
Наприклад: міжнародні радіостанції
основні властивості радіотрансивераосновні властивості радіотрансивера — пристрою, який і передає, і приймає радіосигнали.
Основні властивості радіотрансивера
Частотний діапазон
Діапазон частот, на яких працює трансивер (наприклад, 2.4 ГГц для Wi-Fi, 144–148 МГц для аматорського радіо).
Визначає, з якими частотами пристрій може працювати.
Потужність передавача
Максимальна потужність, з якою радіосигнал випромінюється.
Вимірюється у ватах (Вт) або міліватах (мВт).
Чутливість приймача
Мінімальний рівень сигналу, який приймач може надійно прийняти.
Вимірюється в dBm (наприклад, –100 dBm).
4.Співвідношення сигнал/шум (SNR)
Показує якість прийнятого сигналу відносно шуму.
Вищий SNR означає кращу якість зв’язку.
5.Швидкість передачі даних
Максимальна швидкість, з якою передаються дані (біт/с).
Залежить від стандарту та модуляції.
Тип модуляції
Метод кодування інформації у радіосигнал (AM, FM, QPSK, QAM тощо).
Впливає на швидкість і якість передачі.
Поляризація
Напрямок коливань електромагнітної хвилі.
Може бути вертикальною, горизонтальною, круговою.
8.Імпеданс
Опір на вході/виході (зазвичай 50 Ом).
Важливий для узгодження з антеною і кабелем.
Імпеданс — це загальний опір, який чинить електричне коло змінному струму (AC) Z=R+jX
9.Діапазон дії
Максимальна відстань для надійного зв’язку.
Залежить від потужності, чутливості, частоти, антен.
10.Споживання енергії
Скільки енергії використовує пристрій.
Важливо для портативних пристроїв.
механізми збільшення пропускної здатності (throughput)
Модуляція з високою щільністю
Використання складніших схем модуляції (QPSK → 16-QAM → 64-QAM і вище).
Дозволяє передавати більше бітів за один символ.
Ширша смуга пропускання
Збільшення частоти сигналу або кількості каналів.
Наприклад, з 20 МГц до 40, 80 або 160 МГц у Wi-Fi 5/6.
Множинний доступ з множинними антенами (MIMO)
Використання декількох антен на передавачі та приймачі.
Передача кількох потоків даних одночасно (Spatial Multiplexing).
Кодове розділення
Використання ефективних кодів виправлення помилок (LDPC, Turbo).
Зменшує кількість повторних передач через помилки.
Агрегація пакетів
Об’єднання кількох пакетів у один більший.
Зменшує накладні витрати на заголовки і затримки.
Дуплексні режими
Передача і прийом одночасно на різних частотах (FDD) або в різний час (TDD).
Збільшує ефективність використання каналу.
Кооперативні методи та агрегація каналів
Використання кількох точок доступу або каналів одночасно.
Краща розподіленість навантаження і балансування трафіку.
Оптимізація протоколів
Зменшення затримок, покращення тайм-аутів,
Використання адаптивних механізмів вибору модуляції та кодування.