探讨RF通信协议的波浪力学

众所周知,wi-fi是一种射频(rf)通信协议。尽管有许多特定于wi-fi的细节,但也有一些方面是任何rf形式的通信的基础。每个rf协议都取决于rf波的行为或波力学。
让我们大声地说:“波浪力学”。我喜欢它的声音!每当我说出来时,我都会变得更聪明。说实话,波浪力学的本质并不难掌握,您很可能在高中物理中学到了很多。
浪潮中有什么?
从物理上讲,波是在介质中传播的干扰。假设您拔了一把吉他弦。字符串是中号。通过弹拨,您会物理拉伸和扭曲琴弦,然后听到的声音是来自来回回弹的波浪能量。实际上,声音是空气分子,受到振动弦的干扰,像微小的台球一样相互撞击。
当被稳定的风吹动时,海滩上的波浪是规则的。考虑此类问题时,它们会产生很好的心理印象,因为它们的速度足以让我们看到单独的波浪。一个苗条也使一个伟大的实验工具,但要小心不要让过分热情和弯曲它(不,这恰好与我的孩子和我)。
(来源:shutterstock.com)
在上图中,案例a描述了一个横波。在这种情况下,介质会垂直于波变形,然后返回。吉他弦,水波和电磁(em)波是横向的。相比之下,情况b描述了纵向波或压缩波。声波的行为方式如此,就像微小的台球相互撞击一样。
就本专栏目的而言,我们仅关心重复波。这是因为您无法在单个wave中传递大量信息,但是当您重复一个wave时,可以稍微改变其特征以编码信息-即,以商定的方式更改wave以传达含义(也许是1或0)。
波浪的特征
对于横波,要考虑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。谷底将位于波峰上方,而波谷将远低于其水平。的波长是对波对应的点之间的距离-即,波峰之间或波谷之间的距离。
(来源:ruckuswireless.com)
通信/载波重复,并且它们重复的频率称为频率。频率表示为“每秒”(1 / sec)或赫兹(对于德国物理学家海因里希·赫兹(heinrich hertz),他证明了电磁波在詹姆士·克莱克·麦克斯韦(james clerk maxwell)预测之后存在。wi-fi在两个频带中运行,分别为2.5 ghz(每秒25亿个周期)和5 ghz(每秒50亿个周期),这比典型的海浪要快一点!明天圣塔克鲁兹(santa cruz)的冲浪报告将激增14秒。
波的速度也就是波速,波速是波长乘以频率。对于em波,因为光是em波,所以总是以光速来计算。这意味着2.4 ghz wi-fi的波长约为12厘米,而5 ghz wi-fi的波长约为6厘米。
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波浪还具有振幅,它是指波浪的最大高度或波峰的高度。在无线电波的情况下,出于实际目的,幅度是信号强度。
波长,速度,频率和幅度是波的定义特征,但我们对另一件事也很感兴趣。波具有频率是因为它们是一个重复的周期,而相位(以度为单位)是该周期的点。波浪的起点在0°处;中途是180°;一直到360°,与下一个波的0°点相同。波峰到波峰是一个完整的波浪周期,为360°。
(来源:ruckuswireless.com)
现在,以上所有内容似乎都非常抽象,因此让我们更具体一些。电磁波实际上是如何产生的?是什么产生的?实际上,它是由电子从导体中的交流电来回上下摆动产生的。为了我们的直接目的,我们可以想象一个对讲机天线,并想象一个大电子先上升到天线然后又下降(现实中涉及许多电子,它们移动的距离很小,但是这种视觉效果对很多人来说都是有效的)。
我们需要注意的另一件事是,我们的简单直天线正在产生极化波,这意味着横向振荡是在垂直于波传播方向的特定方向上进行的。反过来,这意味着接收天线应与发射天线平行,以便接收最大的信号强度。
em波是3d
我们所有的插图都集中在横截面或侧视图上,但电磁波存在于空间中。em波的“高架”表示就像通过将卵石放在静止的池塘中而形成的同心圆,如下所示:
(来源:ruckuswireless.com)
更准确地说,em载波更类似于将小卵石附着到一根弦的末端,然后以设定的频率将其向上和向下提升。
(资料来源:antenna-theory.com)
也就是说,这也是一个横截面,偶极天线的总波是环形的(也称为圆环或环形)。这个环形代表的是如上所述的波的信号强度。


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