4.2 Длинна волны на разных частотах

Длина волны является важным понятием в области радиочастотной инженерии. Это мера расстояния между двумя точками на форме сигнала и может быть использована для определения уровня сигнала, характеристик распространения и других факторов, связанных с радиосвязью. В этом эссе мы обсудим длину волны на двух разных частотах: 2,4 ГГц и 5 ГГц.

На частоте 2,4 ГГц длина волны составляет приблизительно 12 см или 4 дюйма в длину; тогда как на частоте 5 ГГц она составляет 6 см или чуть более 2 дюймов в длину. Эта разница в длине имеет несколько последствий для того, как сигналы распространяются в пространстве, а также для уровней их мощности при передаче из одного местоположения в другое по беспроводным каналам связи, таким как сети Wi-Fi или системы сотовых телефонов, управляемые операторами мобильной связи. На более высоких частотах (5 ГГц) волны, как правило, проходят меньшие расстояния, чем волны с более низкими частотами (2 ГГц). В результате они лучше подходят для приложений с малой дальностью действия, где данные должны передаваться быстро без особых потерь из-за ослабления, вызванного препятствиями, которые могут преградить им путь на пути из пункта А в пункт Б. Кроме того, волны более высокой частоты также требуют большего количества направленных антенн, что означает, что должно быть либо несколько антенн, направленных друг на друга, чтобы связь могла осуществляться эффективно без каких-либо помех от внешних источников, вызывающих перебои во время передачи.

В заключение, обе длины волн имеют преимущества в зависимости от того, для какого типа применения они используются; однако понимание того, как эти различия влияют на распространение сигнала, требования к уровню мощности, выбор конструкции антенны и т.д. Важно при выборе соответствующего оборудования / систем, необходимых для успешной реализации в любой конкретной сетевой среде. Принимая во внимание все эти факторы, инженеры могут обеспечить максимальную эффективность и надежность на протяжении всего процесса настройки системы, тем самым помогая организациям достичь своих бизнес-целей, минимизируя затраты, связанные с низкой производительностью.

5. Практический блок

Мною было проведено исследование затуханий сигнала Wi-Fi частотой 5 ГГц в домашних условиях, на примере роутера Tp-link Archer AX50 в роли передатчика (антенны выставлены вертикально, антенны - всенаправленные) и Samsung galaxy s21 ultra в качестве приемника. Исследование проводилось в 2к. квартире с железобетонными несущими стенами толщиной 30см, и пенобетонными межкомнатными стенами толщиной 15см. Данные были получены при помощи программы AIDA64 для телефона. С планировкой на рисунке ниже.

Рисунок 13 – Планировка помещения для испытаний

Расположение роутера:

Рисунок 14 – Расположение роутера

Места проведения исследований затуханий сигнала

Рисунок 15 – Места проведения испытаний

Таблица с результатами исследований, полученных программным путем:

Роутер-Место исследования	Расстояние прямое	Расстояние без препятствий	Препятствия на прямом пути	Толщина препятствий, материал	Табличные значения потерь на прямом пути	Расчетные значения потерь	Снятые значения потерь	Снятые значения потерь
*-1	4.5 м	-	Межкомнатная стена	15 см, пенобетон	-13 дБ	-30 дБ	-50 дБм	-20 дБ
*-2	3.5 м	-	Межкомнатная стена	15 см, пенобетон	-13 дБ	-26 дБ	-63 дБм	-33 дБ
*-3	1.7 м	1.7 м	-	-	0 дБ	-11 дБ	-30 дБм	-0 дБ
*-4	10 см	10 см	-	-	0 дБ	-	-21 дБм	9 дБ
*-5	2 м	7 м	2 несущие стены + вент. короб	30 см Железобетон	-60 дБ	-37 дБ	-71 дБм	-41 дБ
*-6	2.5 м	7.5 м	2 несущие стены + железная дверь	30 см железобетон + железная дверь	-62 дБ	-43 дБ	-79 дБм	-49 дБ

Формула перевода децибел в разы: дБ = дБм – 30

Расчетные значения потерь рассчитывались по формуле, представленной в документе «RECOMMENDATION ITU-R P.1238-10»

Рисунок 16 – Формула расчета потерь

Рисунок 17 – Пример расчета потерь

Эталонным значением, принимаем значение, полученное на расстоянии 10 см от антенн роутера на одном уровне с ними, потери, полученные в этом случае, списываем на:

-материал «обшивки» антенн и телефона

-«фокусное» расстояние антенн приемника/передатчика

Полученные значения при прямом линии без препятствий и с препятствиями без варианта прохождения отраженного сигнала, соответствуют табличным, а варианты препятствий, которые допускают прохождение «отраженного от стен сигнала, горазда меньше табличных, т.к. в домашних условиях невозможно создать идеальные условия, для прохождения сигнала только по прямой линии. И исключить варианты прохождения отраженных сигналов.

Роутер был накрыт дополнительным препятствием, металлической кастрюлей с толщиной стенки 2 мм (примем ее как дополнительное препятствие (n=n+1), полученные результаты:

Роутер-Место исследования	Расстояние прямое	Расстояние без препятствий	Препятствия на прямом пути	Толщина препятствий, материал	Табличные значения потерь на прямом пути	Расчетные значения потерь	Снятые значения потерь	Снятые значения потерь
*-1	4.5 м	-	Межкомнатная стена	15 см, пенобетон	-13 дБ	-48 дБ	-65 дБм	-35 дБ
*-2	3.5 м	-	Межкомнатная стена	15 см, пенобетон	-13 дБ	-44 дБ	-69 дБм	-39 дБ
*-3	1.7 м	1.7 м	-	-	0 дБ	-17 дБ	-45 дБм	-15 дБ
*-4	10 см	10 см	-	-	0 дБ	-	-39 дБм	-9 дБ
*-5	2 м	7 м	2 несущие стены + вент. короб	30 см Железобетон	-60 дБ	-52 дБ	-79 дБм	-49 дБ
*-6	2.5 м	7.5 м	2 несущие стены + железная дверь	30 см железобетон + железная дверь	-62 дБ	-58 дБ	-83 дБм	-53 дБ

6. Вывод

Первоочередной вопрос пользователей — как далеко будет добивать сигнал Wi-Fi? Ответ на этот вопрос зависит от множества факторов — количества и наличия преград в вашем доме или квартире, мощности и коэффициента усиления антенны, рабочей частоты Wi-Fi-сигнала.

В городах с многоэтажной застройкой основным препятствием для радиосигнала являются здания. Наличие капитальных стен (бетон+арматура), листового металла, штукатурки на стенах, стальных каркасов и т.п. влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу устройств Wi-Fi.

Влияет на качество не только количество стен, расположенных на пути распространения сигнала, но и толщина.  Существуют материалы с разным коэффициентом поглощения сигнала. Например, дерево, пластик, обычное стекло, гипсокартон — относятся к материалам с низким поглощением. Тонированное стекло, вода (большой аквариум), кирпич, штукатурка — материалы со средним поглощением. Материалы с высоким коэффициентом поглощения, которые оказывают сильное отрицательное воздействие на сигнал — металл (железные двери, алюминиевые и стальные балки), бетон (внутри которого находится арматурная решетка), керамика. 

Внутри помещения причиной помех радиосигнала также могут являться зеркала (сильно отражают сигнал) и тонированные окна.

Также перечислим бытовую технику, которая может являться причиной ухудшения качества связи Wi-Fi:

• Микроволновые СВЧ-печи. Эти приборы могут ослаблять уровень сигнала Wi-Fi, т.к. обычно также работают в диапазоне 2,4 ГГц.

• Детские радионяни. Эти приборы работают в диапазоне 2,4 ГГц и дают наводки, в результате чего ухудшается качество связи Wi-Fi.

• Мониторы с ЭЛТ, электромоторы, беспроводные динамики, беспроводные телефоны и другие беспроводные устройства.

• Внешние источники электрического напряжения, такие как линии электропередач и силовые подстанции, могут являться источниками помех.