射頻訊號穿透性分析

2021-08-14 15:05:18 字數 2521 閱讀 8121

無線訊號給房屋牆壁阻擋是有什麼原因?無線訊號穿牆能力是什麼意思?對於無線網路的初涉者來說很可能會提出這樣的問題。無線訊號穿牆能力在無線區域網技術中之所以有「穿牆能力」和「牆壁阻擋」的概念是因為無線區域網技術所採用的無線頻段決定的。由於無線區域網的無線射頻採用的是ism(工業,科學,醫學)無線頻段,其中802.11b、802.11g標準使用的是2.4-2.4835ghz頻率,802.11a標準使用的是5.8ghz頻率。這些頻率都屬於微波。而微波的特點是頻率高、波長短、直線傳播,在傳後播方向上它幾乎繞不開障礙物,這可不象無線電台中的中波、短波等。無線電波可以按照頻率或波長來分類和命名。我們把頻率高於300mhz的電磁波稱為微波。由於各波段的傳播特性各異,因此,可以用於不同的通訊系統。例如,中波主要沿地面傳播,繞射能力強,適用於廣播和海上通訊。而短波具有較強的電離層反射能力,適用於環球通訊。超短波和微波由於波長短,所以繞射能力很差,可作為視距或超視距中繼通訊。所以,無線訊號穿牆能力是指無線區域網裝置之間相互傳送的無線訊號是否能穿透阻隔在中間的牆壁,以及若能穿透,訊號的衰減到什麼程度,無線裝置間能否還能無線連線。

微波的最大特點就是近乎直線傳播,繞射能力非常弱,因此身處在障礙物後面的無線接收裝置會被障礙物給阻擋。所以對於直線傳播的無線微波訊號來說,只能是「穿透」障礙物以到達障礙物後面的無線裝置了。「穿透」了障礙物的無線訊號會衰減成為較弱的訊號,至於這個訊號還有多強,這就是穿透能力或直接說是「穿牆能力」了。因為電磁波具有波粒二象性,電磁波波長λ=c/f(c是光速λ是波長 f是電磁波頻率),電磁波能量e=hv(e是能量,h是蒲朗克常數,v是頻率波長與光子能量成反比關係),

當波長越短光子能量越大,則穿透力越強(這裡指穿透率強)。如高能x射線幾乎能穿透所有非金屬物,甚至還可以穿透薄鋁。而y射線則能穿透大多數金屬,只有重金屬(如很厚的鉛板)才能將其擋住。在相同的發射功率,不同的波長,在同乙個環境下穿透同一種介質的話,肯定是波長短的穿透能力強(這裡指穿透值)一些,但是它的穿透損耗要比波長長的大。這就是乙個穿透率和穿透值的問題了。為什麼大家會有不同的觀點呢,就是因為不同的資料上介紹穿透時分別用了這兩個概念。一般情況下我們討論穿透是用穿透率的。在微觀世界很多東西可以用共振原理來解釋,共振的意思是當兩個個體半徑相近就會產生共同震動的現象,其實質是能量得到傳輸,當電磁波傳播的時候,波段半徑和物體半徑相近的時候就會能量傳輸。由此就很容易解釋頻率的繞射能力和穿透力了。首先在真空的時候能量並沒有損失。而頻率越低則波段越長,所以更不容易丟失能量,具體表現就是繞射能力越強;頻率越高則波段越小,越接近分子原子半徑,則更容易能量傳輸,具體表現就是穿透力越強。所以,頻率越高電磁波的能量就越強,穿透能力越強,與物質發生作用的機會就越多,穿透的時候損耗就越大。頻率越低電磁波的能量就越弱,穿透能力越弱,與物質發生作用的機會就越少,穿透的時候損耗就越小。在我們使用雙頻無線路由器時,當2.4ghz頻段無線訊號的發射功率與5ghz頻段無線訊號發射功率相同時,無線訊號穿透同一堵牆時,接收到的2.4ghz頻段的無線訊號強度是高於5ghz頻段的訊號強度,因為穿透同一堵牆時2.4ghz頻段無線訊號的衰減小於5ghz頻段 的無線訊號,也就是2.4ghz頻段無線訊號穿透值大於5ghz頻段無線訊號的穿透值。無線裝置「穿牆能力」的重要指標在使用無線路由器時,大家都希望無線訊號能至少穿透屋內的牆壁和地板。牆壁的材質有多種,有木質牆、玻璃牆、磚牆、混凝土牆等;地板一般是鋼筋混凝土。每穿透一道隔離牆,無線的接受訊號或多或少都有衰減,上面的建築結構依次從低到高的衰減。經過一層木板,接收訊號將衰4db;經過一堵磚牆,接收訊號將衰減 8db-15db;經過鋼筋混凝土牆,則至少衰減15db-30db。一旦選用了發射功率過低、接收靈敏度不夠、天線增益不夠的無線裝置,無線訊號會衰減得很厲害,傳輸速率急速下降,甚至會輕易在家裡出現無線的盲點,碰到盲點的時候就無法連線就會斷線。  無線裝置的發射功率、接收靈敏度(這是雙向的)、天線增益、有效傳輸距離都直接與隔斷穿透能力和連線是否穩定以及最終實際傳輸速率有關,是能否實現穩定速度無縫連線的指標。要提高無線訊號的穿透隔牆的能力,以下技術指標要***。(1)ieee 802.11規定的無線區域網裝置的最大發射功率是20dbm(100毫瓦),一般較大的產品要達到17dbm。(2)接收靈敏度目前最優的是-105db。經過一層木板,接收訊號將衰減4db;經過一堵磚牆,接收訊號將衰減8-15db;經過鋼筋混凝土牆,則至少衰減15-30db。發射靈敏度高達105db的無線裝置具有強大的牆壁穿透性;能夠連續穿透三面厚度達1.2公尺總間隔30公尺的鋼筋混凝土牆壁而不需要任何中繼裝置。(3)天線增益最好是3-5dbi。一般的無線區域網裝置的天線增益為2dbi,按照經驗,2dbi的增益天線訊號可以穿透兩堵牆。若是房間太多,經過的隔牆比較多,最好是裝置是天線可拆,以便配置高增益天線,如改換5dbi 的全向天線加以增強。金屬物體的障礙物,不僅阻擋微波無線訊號,它還能把電磁的能量給吸收掉,生成弱電流洩流掉,因此,無無線訊號在家庭環境中最大的金屬物體的障礙物是內有鋼筋網的樓板,這個方向的訊號幾乎沒有穿透的可能。要能穿透,訊號也是非常的弱。這麼大尺寸的的障礙物,微波的繞射更是不可能。若無線裝置的放在屋中心,則無線訊號只能從開闊的通路從窗戶直線發射出去。無線裝置要想達到理想的效果就要選擇乙個最佳的放置地點。要求如下:(1)位置應偏高一些,以便在較高地方向下輻射,減少障礙物的阻攔,儘量減少訊號盲區;(2)位置點應使訊號盡量少地穿越隔牆數,最好是房間中的無線客戶端能與無線裝置之間可視。所以無線裝置在家中的最佳放置點應選擇在客廳當中,並能最好與房間中的電腦主機可視,或者能「穿過木板門隱性可視」。

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