Електромагнітне випромінювання і його спектр
Електромагнітне випромінювання - це хвилі або, враховуючи поняття подвійності хвилі, частинки або фотони електромагнітного поля, що поширюються в просторі і несуть електромагнітну енергію. За частотою та довжині хвилі електромагнітне випромінювання класифікується в порядку зростання частоти на радіохвилі (довгі, середні, короткі, УКВ і СВЧ-випромінювання, інфрачервоне світло, видиме світло, ультрафіолетове світло, рентгенівські і гамма-промені.
У вакуумі електромагнітне випромінювання поширюється зі швидкістю світла, яка приблизно дорівнює 300 000 км / сек. Якщо електромагнітне випромінювання поширюється в середовищі, наприклад, в склі або в мідному дроті, або в волоконно-оптичному кабелі, його швидкість менше швидкості світла у вакуумі. Ставлення швидкості проходження випромінювання через середу до швидкості світла у вакуумі називається коефіцієнтом уповільнення. Коефіцієнт уповільнення для радіосигналів в вакуумі становить 100% за визначенням; коефіцієнт уповільнення для кручених пар для комп'ютерної мережі (Cat-5) складає 0,4-0,7. У вітчизняній літературі замість коефіцієнта уповільнення застосовують зворотну величину - коефіцієнт укорочення, що складає скільки раз фазова або групова швидкість індійські в лінії передачі менше, ніж швидкість світла у вакуумі. Тобто, для тих же кабелів Cat-5 коефіцієнт укорочення буде в межах 1,4-2,5.
Діапазон частот електромагнітного випромінювання величезний: від 3 Гц (довжина хвилі 100 000 км, вкрай низька частота, КНЧ) до 300 × 10¹⁸ Гц (довжина хвилі 1 пікометр, пм, гамма-промені). Радіохвилі мають найнижчу частоту і, відповідно, найдовшу довжину хвилі. Інші форми електромагнітного випромінювання мають коротші довжини хвиль і більш високі частоти. Довжина хвилі видимого світла 400-700 нанометрів (нм) або 430-750 терагерц (ТГц). Радіохвилі і СВЧ-випромінювання знаходяться в нижній частині спектра з частотами менше 300 ГГц (довжиною хвилі 1 мм).
Поглинання електромагнітного випромінювання в атмосфері. На вертикальній осі показано поглинання атмосферою в процентах, а на горизонтальній осі - довжина хвилі
Іоносфера блокує короткі, середні і довгі хвилі.
Електромагнітний спектр: 1 - довгі хвилі, 2 - середні хвилі, короткі хвилі та СВЧ-випромінювання, 3 - інфрачервоне випромінювання, 4 - видиме світло, 5 - ультрафіолетове випромінювання, 6 - рентгенівське випромінювання, 7 - гамма-випромінювання
Для перетворення частоти електромагнітних хвиль в їх довжину хвилі, використовується наступна формула:
де f - частота в герцах, c - швидкість світла у вакуумі, яка приймається як 300 000 000 метрів в секунду, а λ - довжина хвилі в метрах. Для зручності розрахунків можна використовувати таку формулу:
Так, наприклад, довжина хвилі 10 м відповідає частоті 30 МГц. Для перетворення частоти електромагнітного випромінювання в довжину хвилі і навпаки використовуйте Калькулятор частоти і довжини хвилі. Поведінка електромагнітного випромінювання і його взаємодію з речовиною різні і залежать від частоти випромінювання. Радіохвилі і СВЧ-випромінювання відбиваються металами і поглинаються водою і іншими провідними речовинами, де їх енергія перетворюється в тепло. Ця проблема може виникнути, зокрема, в мікрохвильовій печі.
Інфрачервоний (ІК), видиме світло і ультрафіолетове випромінювання також відображаються металами і поглинаються різними речовинами, де їх енергія перетворюється в тепло. У той же час фотони видимого світла мають достатню енергію для зміни структури зв'язків деяких молекул, що призводить до перетворення енергії світла в електричні сигнали в сітківці ока. Через більш високої енергії, ультрафіолетовий (УФ) світло може пошкодити молекули ДНК і викликати опіки шкіри. Рентгенівські та гамма-промені мають більш високу частоту і більше енергії, ніж УФ, і, отже, можуть викликати серйозні молекулярні пошкодження. На відміну від електромагнітного випромінювання з більшою довжиною хвилі (радіохвилі, СВЧ-випромінювання, інфрачервоні, видимі і ультрафіолетове світло), рентгенівські і гамма-промені можуть проникати в метали і багато інших матеріалів.
Чому зв'язок називається стільникового?
Секторні спрямовані антени на щоглі стільникового зв'язку
Концепція стільникового мобільного зв'язку була розроблена в кінці 1960-х років. Відповідно до цієї концепції, замість використання одного потужного передавача з одного всенаправленной антеною в межах досяжності встановлювалося багато малопотужних передавачів з спрямованими секторними антенами. Цей підхід дозволив повторно використовувати одні і ті ж частоти шляхом присвоєння однакових частотних каналів базовим станціям, розташованим на достатній відстані один від одного. Для зведення до мінімуму перешкод, сусіднім базових станцій призначаються різні групи частотних каналів. Таким чином, наявні канали з невисокою пропускною здатністю розподілені по всій географічній області та можуть бути повторно використані, забезпечуючи прийнятний рівень перешкод. Концепція стільникового зв'язку дозволила використовувати фіксовану кількість частотних каналів для обслуговування великої кількості абонентів за допомогою повторного використання каналів в зоні покриття. У міських районах із щільною забудовою і з великою щільністю абонентів використовуються мікростільники - обладнання, яке передає сигнал дуже малої потужності, що поширюється лише на кілька сотень метрів. Це дозволяє не заважати іншим стільниках.
Хвилі дециметрового діапазону блокуються великими будинками, особливо якщо в них є металевий каркас
Поширення радіохвиль дециметрового діапазону
На поширення радіохвиль в УВЧ-діапазоні (дециметровому) впливають такі явища, як поглинання, поляризація, розсіювання, відбиття, переломлення і дифракція.
Поглинання. Інтенсивність електромагнітного поля зменшується в середовищі передачі, наприклад, в атмосфері Землі, так як частина електромагнітної енергії перетворюється в тепло, яке є іншою формою енергії. В оптиці і фотографії для поглинання частини видимих частот часто використовуються світлофільтри. Знайомими всім нам прикладами пристроїв, що поглинають електромагнітні хвилі, є сонцезахисні окуляри і фільтри з нейтральною щільністю. Щільна листя і стіни будівель поглинають радіохвилі дециметрового діапазону.
Поляризація. Ми всі звикли до поляризованим сонячним очками, які зменшують відбитий блиск від води і збільшують контраст неба і хмар. Відбите світло завжди лінійно поляризований. Фотографи використовують поляризовані фільтри для тієї ж мети - для збільшення контрасту, для затемнення неба і видалення відображень або сонячних відблисків з поверхні води. Світло Сонця не поляризоване, проте світло неба поляризується, тому що сонячне світло розсіюється атмосферою. Найвища поляризація спостерігається, якщо дивитися на небо, коли Сонце знаходиться праворуч або ліворуч (тобто на 90 ° щодо спостерігача). Радіоантени передають поляризовані хвилі і відповідно приймають поляризовані хвилі. Їх поляризація може бути лінійною (вертикальною або горизонтальною), кругової, або еліптичної. Коли говорять про направлення поляризації електромагнітного випромінювання, мають на увазі орієнтацію його електричної складової по відношенню до поверхні Землі. Магнітне поле завжди знаходиться під кутом 90 градусів щодо електричного поля. Антена з горизонтальною поляризацією не може приймати хвилі з вертикальною поляризацією.
Дощ послаблює сигнали мобільного зв'язку
Верхній (видимий над об'єктом) міраж часто зустрічається над поверхнею холодної води. Щоб виник міраж, повітря нижче напрямку погляду повинен бути холодніше повітря над ним. Якщо ці умови присутні, створюється атмосферний хвилевід, передає електромагнітне випромінювання. Через заломлення цей атмосферний канал може передавати світло, а також радіохвилі над земною поверхнею і за горизонт, тому що електромагнітні хвилі зігнуті сильніше кривизни Землі
Нижній міраж, що спостерігається на цьому зображенні, є найбільш поширеним прикладом рефракції - ми часто спостерігаємо таку картину над гарячим асфальтом
Дифракція. Часто між мобільного антеною і антеною базової станції можуть перебувати високі будівлі або пагорби. Коли радіохвиля проходить над гострої поверхнею, вона змінює напрямок поширення і втрачає енергію. Сигнал при цьому загасає. У той же час, сигнал досягає областей в тіні високих структур через дифракції та, таким чином, зв'язок забезпечується в тих місцях, де без дифракції її б не було.
Багатопроменеве поширення радіохвиль і завмирання сигналу
Багатопроменеве поширення має позитивні і негативні сторони. З одного боку, багатопроменеве поширення забезпечує зв'язок, навіть якщо передавач і приймач не перебувають в зоні прямої видимості. З іншого боку, воно збільшує загасання прийнятого сигналу.
Багатопроменеве поширення: 1 - передавач, 2 - сигнал, відбитий від будівлі, 3 - сигнал, утворений в результаті дифракції радіохвиль, 4 - прямий сигнал, 5 - мобільний приймач
Поширення радіохвиль стільникового зв'язку під землею?
Під землею прийому не буде, якщо там не встановлено обладнання для надання послуг мобільного зв'язку
проблеми прийому
Поганий зв'язок? Заберіть вище!
Вас можуть зацікавити і інші конвертери з групи «Електротехніка»:
Електротехніка
Електротехніка - область технічних наук, що вивчає отримання, розподіл, перетворення і використання електричної енергії. Електротехніка включає в себе такі області техніки як електроенергетику, електроніку, системи управління, обробку сигналів і зв'язок.
Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ваттах і ін. Одиницях
Децибел (дБ) - одиниця вимірювання рівня звуку, рівнів потужності або амплітуди електричних сигналів шляхом порівняння їх із заданим рівнем із застосуванням до отриманого відношенню логарифмічного масштабу. В науці і техніці, зокрема, в електроніці, радіотехніці і теорії управління, децибел застосовується для вимірювання відношення деяких величин - «енергетичних» (потужності, енергії, щільності потоку потужності) або «амплітудних» (сили струму, напруги, сили звуку). Зокрема, децибели застосовуються для оцінки відношення сигнал-шум, рівня, посилення і загасання сигналів.
Використання опорних рівнів в децибелах для вимірювання абсолютних величин
Децибели виявилися настільки зручними, що їх часто використовують не тільки для вираження ставлення, наприклад, коефіцієнта передачі підсилювача, але також і для вираження абсолютних значень потужності, напруги та інших амплітудних величин. На відміну від безрозмірного децибели, для вираження абсолютних значень потужності використовуються dBm (дБм) і dBW (дбвт). Абсолютні значення напруги вимірюються в dBμV (дБмкВ) і dBV (дБВ). У цих випадках можна обчислити значення напруга в вольтах або потужності у ватах. Ці одиниці широко використовуються в радіотехніці, електроніці, теорії управління та оптоволоконної техніки.
Рівні потужності в децибелах
дБм (англ. dBm або іноді dBmW) - децибел-милливатт, одиниця виміру абсолютного рівня потужності в децибелах щодо опорного рівня в 1 мВт. Потужність 0 дБм відповідає потужності в 1 мВт. Збільшення на 3 дБм приблизно відповідає подвоєння потужності, а ослаблення на -3 дБм приблизно відповідає зменшенню потужності вдвічі. дбвт (англ. dBW) - децибел-ват, одиниця виміру абсолютного рівня потужності в децибелах щодо опорного рівня в 1 Вт.
Рівні напруги в децибелах
У антеною техніці зручніше вимірювати напругу, а не потужність. Логарифмічна шкала в децибелах дуже зручна в тих випадках, коли доводиться мати справу з великими змінами сигналу. У цьому випадку замість мікровольт використовують дБмкВ, а замість вольтів - дБВ. дБмкВ (англ. dBμV) - децибел-мікровольт, одиниця виміру абсолютного рівня напруги в децибелах щодо опорного рівня в 1 мкв. Напруга 0 дБмкВ відповідає напрузі в 1 мкв. дБВ (англ. dBV) - децибел-вольт, одиниця виміру абсолютного рівня напруги в децибелах щодо опорного рівня в 1 В. Напруга 0 дБВ відповідає напрузі в 1 В.
При перерахунку рівнів потужності в дбвт або дБм в рівні напруг дБВ або дБмкВ необхідно враховувати імпеданс, на якому визначається потужність і напруга. Тому в конвертері передбачено введення імпедансу, який повинен бути позитивним. Значення за замовчуванням - 50 Ом.
Використання конвертера «Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ваттах і ін. Одиницях»
На цих сторінках розміщені конвертери одиниць виміру, що дозволяють швидко і точно перевести значення з одних одиниць в інші, а також з однієї системи одиниць в іншу. Конвертери знадобляться інженерам, перекладачам і всім, хто працює з різними одиницями виміру.
Для уявлення дуже великих і дуже малих чисел в цьому калькуляторі використовується комп'ютерна експоненціальний запис. що є альтернативною формою нормализованной експоненційної (наукової) записи, в якій числа записуються у формі a · 10 x. Наприклад: 1. 103 000 = 1,103 · 10 6 = 1,103E + 6. Тут E (скорочення від exponent) - означає «· 10 ^», тобто «. помножити на десять в ступені. ». Комп'ютерна експоненціальний запис широко використовується в наукових, математичних і інженерних розрахунках.
Якщо ви помітили неточність в розрахунках або помилку в тексті, або вам необхідний інший конвертер для перекладу з однієї одиниці вимірювання в іншу, якого немає на нашому сайті - напишіть нам!