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探討RF通信協(xié)議的波浪力學(xué)

電子設(shè)計(jì) ? 來源:eeweb ? 作者:Jim Stewart ? 2021-04-09 10:58 ? 次閱讀
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眾所周知,Wi-Fi是一種射頻RF通信協(xié)議。盡管有許多特定于Wi-Fi的細(xì)節(jié),但也有一些方面是任何RF形式的通信的基礎(chǔ)。每個(gè)RF協(xié)議都取決于RF波的行為或波力學(xué)。

讓我們大聲地說:“波浪力學(xué)”。我喜歡它的聲音!每當(dāng)我說出來時(shí),我都會(huì)變得更聰明。說實(shí)話,波浪力學(xué)的本質(zhì)并不難掌握,您很可能在高中物理中學(xué)到了很多。

浪潮中有什么?

從物理上講,波是在介質(zhì)中傳播的干擾。假設(shè)您拔了一把吉他弦。字符串是中號(hào)。通過彈撥,您會(huì)物理拉伸和扭曲琴弦,然后聽到的聲音是來自來回回彈的波浪能量。實(shí)際上,聲音是空氣分子,受到振動(dòng)弦的干擾,像微小的臺(tái)球一樣相互撞擊。

當(dāng)被穩(wěn)定的風(fēng)吹動(dòng)時(shí),海灘上的波浪是規(guī)則的??紤]此類問題時(shí),它們會(huì)產(chǎn)生很好的心理印象,因?yàn)樗鼈兊乃俣茸阋宰屛覀兛吹絾为?dú)的波浪。一個(gè)苗條也使一個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn)工具,但要小心不要讓過分熱情和彎曲它(不,這恰好與我的孩子和我)。

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(來源:shutterstock.com)

在上圖中,案例A描述了一個(gè)橫波。在這種情況下,介質(zhì)會(huì)垂直于波變形,然后返回。吉他弦,水波和電磁(EM)波是橫向的。相比之下,情況B描述了縱向波或壓縮波。聲波的行為方式如此,就像微小的臺(tái)球相互撞擊一樣。

就本專欄目的而言,我們僅關(guān)心重復(fù)波。這是因?yàn)槟鸁o法在單個(gè)wave中傳遞大量信息,但是當(dāng)您重復(fù)一個(gè)wave時(shí),可以稍微改變其特征以編碼信息-即,以商定的方式更改wave以傳達(dá)含義(也許是1或0)。

波浪的特征

對(duì)于橫波,要考慮的主要部分是波峰和波谷。水最高的地方是波峰;最低的是低谷。谷底將位于波峰上方,而波谷將遠(yuǎn)低于其水平。的波長(zhǎng)是對(duì)波對(duì)應(yīng)的點(diǎn)之間的距離-即,波峰之間或波谷之間的距離。

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(來源:ruckuswireless.com)

通信/載波重復(fù),并且它們重復(fù)的頻率稱為頻率。頻率表示為“每秒”(1 / sec)或赫茲(對(duì)于德國(guó)物理學(xué)家海因里?!ず掌潱℉einrich Hertz),他證明了電磁波在詹姆士·克萊克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)預(yù)測(cè)之后存在。Wi-Fi在兩個(gè)頻帶中運(yùn)行,分別為2.5 GHz(每秒25億個(gè)周期)和5 GHz(每秒50億個(gè)周期),這比典型的海浪要快一點(diǎn)!明天圣塔克魯茲(Santa Cruz)的沖浪報(bào)告將激增14秒。

波的速度也就是波速,波速是波長(zhǎng)乘以頻率。對(duì)于EM波,因?yàn)楣馐荅M波,所以總是以光速來計(jì)算。這意味著2.4 GHz Wi-Fi的波長(zhǎng)約為12厘米,而5 GHz Wi-Fi的波長(zhǎng)約為6厘米。

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(來源:ruckuswireless.com)

波浪還具有振幅,它是指波浪的最大高度或波峰的高度。在無線電波的情況下,出于實(shí)際目的,幅度是信號(hào)強(qiáng)度。

波長(zhǎng),速度,頻率和幅度是波的定義特征,但我們對(duì)另一件事也很感興趣。波具有頻率是因?yàn)樗鼈兪且粋€(gè)重復(fù)的周期,而相位(以度為單位)是該周期的點(diǎn)。波浪的起點(diǎn)在0°處;中途是180°;一直到360°,與下一個(gè)波的0°點(diǎn)相同。波峰到波峰是一個(gè)完整的波浪周期,為360°。

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(來源:ruckuswireless.com)

現(xiàn)在,以上所有內(nèi)容似乎都非常抽象,因此讓我們更具體一些。電磁波實(shí)際上是如何產(chǎn)生的?是什么產(chǎn)生的?實(shí)際上,它是由電子從導(dǎo)體中的交流電來回上下擺動(dòng)產(chǎn)生的。為了我們的直接目的,我們可以想象一個(gè)對(duì)講機(jī)天線,并想象一個(gè)大電子先上升到天線然后又下降(現(xiàn)實(shí)中涉及許多電子,它們移動(dòng)的距離很小,但是這種視覺效果對(duì)很多人來說都是有效的)。

我們需要注意的另一件事是,我們的簡(jiǎn)單直天線正在產(chǎn)生極化波,這意味著橫向振蕩是在垂直于波傳播方向的特定方向上進(jìn)行的。反過來,這意味著接收天線應(yīng)與發(fā)射天線平行,以便接收最大的信號(hào)強(qiáng)度。

EM波是3D

我們所有的插圖都集中在橫截面或側(cè)視圖上,但電磁波存在于空間中。EM波的“高架”表示就像通過將卵石放在靜止的池塘中而形成的同心圓,如下所示:

o4YBAGBvwmWASGThAAMug-HDcWw454.png

(來源:ruckuswireless.com)

更準(zhǔn)確地說,EM載波更類似于將小卵石附著到一根弦的末端,然后以設(shè)定的頻率將其向上和向下提升。

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(資料來源:antenna-theory.com)

也就是說,這也是一個(gè)橫截面,偶極天線的總波是環(huán)形的(也稱為圓環(huán)或環(huán)形)。這個(gè)環(huán)形代表的是如上所述的波的信號(hào)強(qiáng)度。

編輯:hfy

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