Mengapa gelombang frekuensi tinggi memiliki penetrasi yang lebih baik?

Di ruang bebas, sinyal frekuensi yang lebih rendah tampaknya lebih jauh karena sinyal difraksi oleh tanah atau tercermin oleh lapisan atmosfer atas, membuatnya benar-benar pergi lebih jauh.

Dalam kondisi perkotaan, di mana kita perlu menembus dinding, apakah 2,4 GHz berjalan lebih jauh dari radio 433MHz?

Dalam spektrum elektromagnetik, apakah sinar Gamma dan sinar-X memiliki penetrasi yang baik karena memiliki frekuensi tinggi?

Tidak benar bahwa frekuensi yang lebih tinggi selalu menembus lebih jauh daripada frekuensi yang lebih rendah. Grafik transparansi berbagai bahan sebagai fungsi panjang gelombang bisa sangat kental. Pikirkan filter berwarna, dan itu hanya berlaku untuk oktaf sempit panjang gelombang yang kita sebut cahaya tampak.

Apa yang Anda pikirkan adalah panjang gelombang yang sangat pendek sehingga energinya sangat tinggi, seperti xrays dan sinar gamma. Ini berjalan melalui hal-hal semata-mata karena energi tinggi mereka. Pada energi yang lebih rendah (panjang gelombang lebih panjang), gelombang berinteraksi dengan materi dengan berbagai cara sehingga mereka dapat terserap, dibiaskan, dipantulkan, dan dipancarkan kembali. Efek ini bervariasi dalam cara non-monotonik sebagai fungsi dari panjang gelombang, kedalaman material, resistivitas, kepadatan, dan sifat-sifat lainnya.

Keuntungan utama dari frekuensi yang lebih tinggi adalah mereka membutuhkan antena yang lebih pendek untuk kualitas penerimaan yang layak, dan itu penting untuk perangkat seluler. Mereka juga memungkinkan band yang lebih luas untuk memodulasi sinyal, sehingga Anda dapat memperoleh transmisi frekuensi yang lebih tinggi.

Tetapi frekuensi tinggi lebih sensitif terhadap refleksi, sehingga mereka akan memiliki kesulitan melewati dinding dan hambatan pada umumnya. Pada saat yang sama, mereka akan lebih mudah bocor melalui lubang: aturan praktisnya adalah jika Anda memiliki lubang dengan ukuran panjang gelombang, sinyal dapat bocor melalui itu. Tetapi pada saat yang sama, Anda tidak dapat mengandalkannya untuk transmisi yang bagus: jadi saya katakan bahwa batasannya cukup kabur.

Untuk wawasan lebih lanjut, lihat propagasi garis pandang : frekuensi gelombang mikro dapat dibiaskan oleh objek yang lebih kecil daripada frekuensi radio yang lebih rendah, karena sangat tergantung pada panjang gelombang. Perbandingan muncul oleh fakta bahwa gelombang mikro memiliki spektrum yang lebih mirip dengan panjang gelombang optik, sehingga mereka akan menderita dari beberapa fenomena yang berlaku untuk optik.

Bahkan frekuensi yang lebih tinggi memiliki kemampuan penetrasi yang lebih buruk . Jika Anda mempertimbangkan model teoretis murni, yang disebut kedalaman kulit , yang memberikan ketebalan lapisan konduktor yang dapat ditembus gelombang elektromagnetik dari frekuensi tertentu, Anda akan melihat bahwa kedalaman kulit berbanding terbalik secara terbalik. dengan akar kuadrat dari frekuensi:

$\delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}$

$\rho$$\mu$

Ini juga sebagai konsekuensi bahwa arus AC tidak menggunakan seluruh penampang kabel (dan lubang berongga yang dirancang dengan baik akan melakukan pekerjaan yang sama) dan itulah (sebagian) mengapa antena yang lebih kecil akan melakukan transmisi yang tepat.

Tetapi dalam kenyataannya hal-hal jauh lebih rumit dari itu. Video HD nirkabel merupakan tantangan rekayasa yang serius (sebagian) karena sinyal frekuensi tinggi yang diperlukan untuk menyediakan bandwidth yang sesuai cenderung terpental ke dinding. Pada frekuensi sangat tinggi (yaitu ~ 60 GHz) yang diperlukan untuk aplikasi seperti itu fenomena penyerapan / refleksi lainnya dapat membahayakan transmisi: mis. Penyerapan oleh oksigen (di udara). Ini sangat tergantung pada media yang dilalui gelombang Anda.

Jadi, jawaban singkatnya adalah tidak, frekuensi yang lebih tinggi tidak dapat menembus dinding lebih baik daripada frekuensi rendah.

"Hukum fisika dapat ditekuk tetapi tidak pernah dilanggar."

Cara sinyal merambat melalui atmosfer / ruang, mengenai dan melewati, diserap, dan memantul di sepanjang jalur yang dipantulkan, seperti yang diungkapkan oleh diskusi, adalah kompleks. Pada frekuensi yang lebih rendah, panjang gelombang lebih panjang, membuatnya lebih sulit untuk mendesain antena agar sesuai dengan perangkat kecil. Sinyal perjalanan lebih jauh yang membuat jangkauan lebih mudah dan lebih murah Namun, itu juga menyebabkan sinyal mengganggu kecuali sinyal yang melintasi ke area / ruang umum dibedakan dalam beberapa cara sehingga sinyal yang mengganggu dapat disaring dengan menggunakan cara analog atau pemrosesan sinyal digital.

Pada frekuensi yang lebih tinggi, panjang gelombang menjadi lebih pendek, membuat pekerjaan pengemasan antena menjadi perangkat kecil lebih mudah dan memungkinkan menangkap sinyal yang lebih tinggi mencapai antena. Namun, sinyal juga lebih banyak diserap pada bahan bangunan, dedaunan, dan benda lainnya. Sinyal cenderung memantul lebih banyak, menyebabkan beberapa sinyal yang dipantulkan terjadi di area di mana sinyal tersebut non-line-of-sight (NLOS). Ini adalah pertimbangan desain yang menonjol antara lain.

Teknologi nirkabel termasuk pemrosesan sinyal dan desain antena panjang gelombang fraksional semakin banyak digunakan untuk melawan dampak negatif dari perambatan sinyal agar menjadi praktis untuk komunikasi. dampak negatif, seperti propagasi beberapa jalur sinyal dimanfaatkan oleh pemrosesan sinyal sehingga sinyal digabungkan untuk menaikkan sinyal yang diterima ke SNR yang lebih tinggi, rasio sinyal terhadap noise, dibandingkan dengan metode analog yang mungkin mencoba menyaring semua tetapi semakin kuat sinyal. Alih-alih menggunakan antena pita sempit, misalnya, metode sinyal MIMO, multi-input, multi-output, menerima sinyal multi-jalur dan membedakannya dalam ruang-waktu, fungsi analog, mendigitalkannya dan menggunakan pemrosesan sinyal untuk menyelaraskan diferensiasi waktu yang disebabkan oleh perjalanan sinyal.

Masalah bagaimana perjalanan sinyal kompleks dan harus sering terbatas pada kasus penggunaan untuk menimbang dampak atau menjadi berat. Namun, landasan yang luas baik dalam model teoritis dan metode yang berkembang untuk melawan atau mengambil keuntungan dari bagaimana perjalanan sinyal, bagaimana penyerapan mengurangi gangguan serta menghambat penerimaan sinyal, dan bagaimana refleksi dapat menggandakan bandwidth dengan beberapa frekuensi menggunakan kembali semua harus dipertimbangkan.

Membawa pemahaman ini ke dunia aplikasi memerlukan pertimbangan praktis komponen (antena, chip, dll.), Ketersediaan perangkat dan peralatan serta biaya relatif terhadap alternatif. Dan, terakhir, menggunakan metode pensinyalan multi-frekuensi untuk meningkatkan keandalan dan gabungan bandwidth komunikasi nirkabel dan bagaimana hal itu berdampak pada persamaan biaya harus diperhitungkan dalam lingkungan aplikasi yang kompetitif.

Cara sinyal berinteraksi dengan hambatan lebih kompleks daripada perhitungan garis dasar: Cara dinding atau bahan lain dibentuk dapat menghambat sinyal ke tingkat yang lebih besar / kecil tergantung pada panjang gelombang. Pada frekuensi yang lebih tinggi, panjang gelombang dikurangi sehingga mereka dapat melewati bukaan atau struktur tipe kisi sementara sinyal frekuensi yang lebih rendah dapat diserap atau dipantulkan. Di sisi lain, molekul atau struktur komponen material dapat beresonansi terhadap frekuensi tertentu: misalnya, molekul air beresonansi pada node primer dekat 2,4 GHz, 3,1 GHz. Itu sebabnya oven microwave biasanya beroperasi sekitar 2,4 GHz. Itu menimbulkan sejumlah gangguan khusus karena keberadaan air di dedaunan, hujan, dan salju, dll. Beberapa orang mungkin memiliki pengalaman dengan hal ini baik mereka mengetahuinya atau tidak:

Beberapa tahun yang lalu, MIMO muncul dari penggunaan sebelumnya dalam radar pertahanan dan kedirgantaraan dan komunikasi menjadi fabrikasi menjadi semikonduktor yang digunakan dalam WiFi dan komunikasi seluler. Sebelum itu, banyak insinyur desain top skeptis akan manfaatnya versus biaya dan kepraktisan. Sub-bidang nirkabel telah muncul untuk memberi manfaat besar bagi komunikasi nirkabel, radar komersial, dan aplikasi lainnya. Pita frekuensi yang lebih tinggi telah mendapatkan manfaat terbesar karena garis pandang yang lebih hamburan, lebih lurus memberikan diskriminasi sinyal / isolasi yang lebih baik. Semakin banyak hal itu dapat menghasilkan kemudahan dan sifat pensinyalan multi-jalur yang lebih baik dibandingkan dengan pita frekuensi yang lebih rendah.

Namun, zaman yang kita jalani sekarang adalah zaman komunikasi pita frekuensi ganda di mana pita terbaik adalah yang paling oportunistik dan cocok dengan kebutuhan aplikasi.

Tiga hal terjadi pada radiasi EM ketika bertemu penghalang. Ia dapat memantul (pantulan atau hamburan), melewati (transmitansi), atau sekadar berhenti (absorbansi).

Intensitas radiasi yang ditransmisikan tergantung pada beberapa hal: Panjang gelombang radiasi Intensitas radiasi yang mengenai penghalang Komposisi kimiawi penghalang Struktur mikro fisik penghalang Ketebalan penghalang

Untuk berbagai alasan teknis, membandingkan lebih rendah (kisaran pertengahan 433MHz) dan frekuensi lebih tinggi 2.4GHz) membandingkan seperti ini: Sinyal frekuensi yang lebih rendah bergerak lebih jauh daripada karena energi lebih tinggi dan lebih terkonsentrasi dalam mode mantap tunggal yang tidak diserap sebagai mudah melalui udara, yang terdiri dari banyak kelembaban. Frekuensi yang lebih tinggi pada 2,4 GHz mampu memotong jalur melalui struktur molekul dari banyak bahan, tetapi itu menawar adalah bahwa kelembaban di udara bebas cenderung mengurangi sinyal. Pemancar frekuensi tinggi Manu juga dirancang dengan frekuensi hopping dan semacam enkripsi. Itu dapat menemukan jalan melalui penghalang parsial lebih mudah daripada frekuensi yang lebih rendah, gelombang besar bisa.