在自由空间中,低频信号似乎走得更远,因为信号要么被地面衍射,要么被高层大气层反射,使其实际上走得更远。
在需要穿墙的城市条件下,2.4GHz 是否比 433MHz 无线电传播得更远?
在电磁波谱中,伽马射线和X射线是否因为频率高而具有良好的穿透力?
在自由空间中,低频信号似乎走得更远,因为信号要么被地面衍射,要么被高层大气层反射,使其实际上走得更远。
在需要穿墙的城市条件下,2.4GHz 是否比 433MHz 无线电传播得更远?
在电磁波谱中,伽马射线和X射线是否因为频率高而具有良好的穿透力?
较高的频率总是比较低的频率穿透得更远,这是不正确的。各种材料的透明度随波长变化的曲线图可能非常模糊。想想彩色滤光片,它们只适用于我们称之为可见光的窄倍频程波长。
你显然在想的是波长太短以至于能量非常高,比如 X 射线和伽马射线。这些通过事物完全是因为它们的高能量。在较低能量(较长波长)下,波以各种方式与材料相互作用,从而可以被吸收、折射、反射和重新发射。这些效应以非单调方式随波长、材料深度、电阻率、密度和其他特性的变化而变化。
更高频率的主要优点是它们需要更短的天线才能获得良好的接收质量,这对移动设备很重要。它们还允许更宽的频带用于调制信号,因此您可以获得更高频率的传输。
但高频对反射更敏感,因此它们通常更难穿过墙壁和障碍物。同时,它们更容易通过孔泄漏:经验法则是,如果您有一个波长大小的孔,信号就会通过它泄漏。但与此同时,你不能依靠它来获得良好的传输:所以我会说这个限制是相当模糊的。
如需进一步了解,请查看视线传播:微波频率可以被较小的物体折射,而不是较低的射频,因为它强烈依赖于波长。进行比较的原因是微波的光谱与光波长更相似,因此它们会遭受某些光学现象的影响。
事实上,更高的频率具有更差的穿透能力。如果你考虑一个纯理论模型,即所谓的趋肤深度,它给出了给定频率的电磁波能够穿透的导体层的厚度,你会看到趋肤深度成反比频率的平方根:
\$ \delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}\$
(\$\rho\$ 是电阻率,\$\mu\$ 是材料的磁导率)。
这也导致交流电流不使用导线的整个横截面(并且设计合理的空心导线可以完成相同的工作),这就是(部分)较小的天线可以正常传输的原因。
但实际上事情远比这复杂得多。无线高清视频(部分)是一项严峻的工程挑战,因为提供适当带宽所需的高频信号往往会从墙壁反弹。在此类应用所需的非常高的频率(即~60 GHz)下,其他吸收/反射现象可能会影响传输:例如被氧气吸收(在空气中)。这在很大程度上取决于您的波浪需要通过的介质。
所以,简短的回答是否定的,高频不能比低频更好地穿过墙壁。
“物理定律可以弯曲,但永远不会被打破。”
正如讨论所揭示的,信号通过大气/空间传播、撞击和通过、被吸收并沿反射路径反弹的方式很复杂。在较低频率下,波长较长,因此更难以设计适合小型设备的天线。信号传播得更远,这使得覆盖更容易且成本更低。然而,这也会导致信号干扰,除非以某种方式区分进入公共区域/空间的信号,以便可以通过使用模拟装置或数字信号处理来过滤干扰信号。
在更高的频率下,波长变得更短,使得将天线封装到小型设备中的工作变得不那么具有挑战性,并允许捕获到达天线的更高水平的信号。然而,信号也更多地被普通建筑材料、树叶和其他物体吸收。信号往往会反弹得更多,从而导致在信号非视距 (NLOS) 的区域出现多个反射信号。这些是突出的设计考虑因素。
包括信号处理和部分波长天线设计在内的无线技术正越来越多地用于对抗信号传播的负面影响,以便在通信中变得实用。负面影响,例如通过信号处理利用信号的多路径传播,以便将信号组合以将接收到的信号提高到更高的 SNR、信噪比,而模拟方法可能会尝试过滤除信号越强。不是使用窄带天线,例如 MIMO,多输入多输出,信令方法接收多路径信号并在时空区分它们,模拟功能,将它们数字化并使用信号处理来对齐信号传播引起的时间差异。
信号如何传播的问题很复杂,并且通常必须限制在一个用例中才能衡量影响,否则就会变得笨拙。然而,必须考虑理论模型和不断发展的方法的广泛基础,以应对或利用信号的传播方式、吸收如何减少干扰并阻碍信号接收,以及反射如何将带宽乘以多个频率重用所有这些都必须考虑。
将这种理解带入应用领域需要对组件(天线、芯片等)、设备和设备的可用性以及与替代品相关的成本进行实际考虑。最后,在竞争激烈的应用环境中,必须考虑使用多频载波信令方法来提高无线通信的可靠性和组合带宽,以及这对成本方程的影响。