射頻(RF)是Radio Frequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率范圍從300kHz~300GHz之間。
目前射頻技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)遍及通信、測試與測量儀器儀表、工業(yè)以及航空航天等等諸多場景。
隨著5G的大面積應(yīng)用,這一概念逐漸被人熟知,那么這些概念你都懂嗎?
以下將用最通俗的比喻讓你輕松搞懂這些概念!
一、電磁波
電磁波是能量的一種,凡是高于絕對(duì)零度的物體,都會(huì)釋出電磁波。
電與磁可說是一體兩面,電流會(huì)產(chǎn)生磁場,變動(dòng)的磁場則會(huì)產(chǎn)生電流。
變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場。
在低頻的電振蕩中,磁電之間的相互變化比較緩慢,其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去;
在高頻率的電振蕩中,磁電互變甚快,能量不可能全部返回原振蕩電路,
于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。
二、直射波
類比:在桌球這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中,很多規(guī)律很像電磁波的規(guī)律。
假若直接撞擊球中心打出去的時(shí)候假使沒有任何阻擋,球?qū)⒀刂本€運(yùn)行,好比直射波。
由發(fā)射天線沿直線到達(dá)接收點(diǎn)的無線電波,被稱為直射波。
自由空間電波傳播是電波在真空中的傳播,是一種理想傳播條件。
電波在自由空間傳播時(shí),可以認(rèn)為是直射波傳播,其能量既不會(huì)被障礙物吸收,也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。
三、反射波
類比:我們還以桌球運(yùn)動(dòng)為例,如果打出的球碰到的桌邊,它就按照反射角等入射角的規(guī)律運(yùn)行,好比反射波。
應(yīng)用:在高速鐵路無線覆蓋選站的時(shí)候,要關(guān)注無線電波的入射角問題。
備選站址不能太遠(yuǎn),否則入射角太大,進(jìn)入車廂內(nèi)的折射能力就減少,一般會(huì)選取離鐵路100米左右的站址。
無線信號(hào)是通過地面或其他障礙物反射到達(dá)接收點(diǎn)的,稱為反射波。
反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面。
反射波是在兩種密度不同的傳播媒介的分界面中才會(huì)發(fā)生,分界面媒質(zhì)密度差越大,波的反射量越大,折射量越小。
波的入射角越小,反射量越小,折射量越大。
四、繞射波
類比:再以桌球運(yùn)動(dòng)為例,假如在擊球之后,母球和另一個(gè)球相切,根據(jù)力度和方向
它可以繞過視距內(nèi)球,就很像繞射;
當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí),無線電波繞過障礙物而傳播的現(xiàn)象稱為繞射。
繞射時(shí),波的路徑發(fā)生了改變或彎曲。
由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間,甚至于阻擋體的背面。繞射損耗是各種障礙物對(duì)無線電波傳輸所引起的損耗。
五、散射波
類比:還是以打桌球?yàn)槔?,假設(shè)在一個(gè)范圍內(nèi)的很多球的彼此間距不超過一個(gè)球,當(dāng)母球打到這些球中間,會(huì)激起很多球向不同方向運(yùn)動(dòng),很像散射。
當(dāng)無線電波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體,且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí),發(fā)生散射;
散射波產(chǎn)生于粗糙表面,小物體或其他不規(guī)則物體。
在實(shí)際的通信系統(tǒng)中,樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等會(huì)引發(fā)散射。
六、趨膚效應(yīng)
類比:下大雨后,泥土路中間積滿了水,大家只好沿著路邊排隊(duì)通過。
路的有效通過面積由于積水而減少,影響了人們的出行效率。
由于導(dǎo)體內(nèi)部的感抗對(duì)交流電的阻礙作用比表面更大,交流電通過導(dǎo)體時(shí),各部分的電流密度不均勻,導(dǎo)體表面電流密度大(減少了截面積,增大了損耗),這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。
交流電的頻率越高,趨膚效應(yīng)越顯著,頻率高到一定程度,可以認(rèn)為電流完全從導(dǎo)體表面流過。
實(shí)際應(yīng)用:空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線,節(jié)約材料;
在高頻電路中使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來削弱趨膚效應(yīng)。
七、多徑效應(yīng)
類比:小時(shí)候玩泥巴,在一個(gè)小土堆的頂端倒水,水從四處流開,很多水都滲在土里或者流到不同方向損失掉了,有部分水流通過不同路徑、不同時(shí)間匯到一個(gè)低洼的地方。
無線電波的多徑效應(yīng)是指信號(hào)從發(fā)射端到接收端常有許多時(shí)延不同、損耗各異的傳輸路徑
可以是直射、反射或是繞射
不同路徑的相同信號(hào)在接受端疊加就會(huì)增大或減小接收信號(hào)的能量的現(xiàn)象。
? ? ? 八、陰影效應(yīng)
類比:和煦的陽光普照大地的時(shí)候,樹木、房屋就有影子,這個(gè)影子不是完全的黑暗,是一種強(qiáng)度減弱很多的光。
九、菲涅爾區(qū)
類比:有時(shí)候,人眼最有效的視力范圍也是一個(gè)橢球體。
橢球體之外的東西雖然也能看到,但是已經(jīng)不是特別的清晰。
一個(gè)訓(xùn)練有素的射擊運(yùn)動(dòng)員,他的有效視力范圍一定集中在他和目標(biāo)的半徑非常小的橢球體內(nèi)。
菲涅爾區(qū)是一個(gè)橢球體,收發(fā)天線位于橢球的兩個(gè)焦點(diǎn)上。
這個(gè)橢球體的半徑就是第一菲涅爾半徑。
在自由空間,從發(fā)射點(diǎn)輻射到接收點(diǎn)的電磁能量主要是通過第一菲涅爾區(qū)傳播的,只要第一菲涅爾區(qū)不被阻擋,就可以獲得近似自由空間的傳播條件。
為保證系統(tǒng)正常通信,收發(fā)天線架設(shè)的高度要滿足使它們之間的障礙物盡可能不超過其菲涅爾區(qū)的20%,否則電磁波多徑傳播就會(huì)產(chǎn)生不良影響,導(dǎo)致通信質(zhì)量下降,甚至中斷通信。
十、慢衰落和快衰落
類比:在股市下降過程中,雖然其分時(shí)曲線波動(dòng)劇烈,但是5周線變化比較緩慢;
另一種情況下,股價(jià)的分時(shí)瞬時(shí)值變化劇烈,很像快衰落。
無線電波傳播過程中,信號(hào)強(qiáng)度曲線的中值呈現(xiàn)慢速變化,叫做慢衰落。
慢衰落反映的是瞬時(shí)值加權(quán)平均后的中值,反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級(jí)接收電平的均值變化,一般遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。
慢衰落產(chǎn)生的原因:
1)路徑損耗;
2)陰影效應(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)衰落等。
快衰落就是接收信號(hào)場強(qiáng)值的瞬時(shí)快速起伏、快速變化的現(xiàn)象。
快衰落是由于各種地形、地物、移動(dòng)體引起的多徑傳播信號(hào)在接收點(diǎn)相疊加,由于接收的多徑信號(hào)的相位不同、頻率、幅度也有所變化,導(dǎo)致疊加以后的信號(hào)幅度波動(dòng)劇烈。
在移動(dòng)臺(tái)高速運(yùn)行的時(shí)候,接收到的無線信號(hào)的載頻范圍隨時(shí)間不斷變化,也可引起疊加信號(hào)幅度的劇烈變化。
一般快衰落可以細(xì)分為:
1)多徑效應(yīng)引起空間選擇性衰落,即不同的地點(diǎn)、不同的傳輸路徑衰落特性不一樣;
2)載波頻率的變化引起載波寬度范圍超出了相干帶寬的范圍,引起的信號(hào)失真,叫做頻率選擇性衰落;
3)多普勒效應(yīng)或多徑效應(yīng)可以引起不同信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間差不一樣,超過相干時(shí)間,引起的信號(hào)失真叫時(shí)間選擇性衰落。
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審核編輯:黃飛
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