關(guān)于RF波中的衰減和自由空間路徑損耗

我們注意到波長(zhǎng)，速度，頻率和幅度是波的定義特征，但是我們還對(duì)另一件事感興趣（如果您忘記了這是什么，則可能要回頭再看一遍）。重新閱讀該專欄）。我們還注意到，每種RF協(xié)議都取決于RF波的行為或波力學(xué)。在本專欄中，我們將集中討論衰減和自由空間路徑損耗的概念。

每個(gè)波都包含固定量的能量，并且隨著波的傳播，相同量的能量會(huì)散布在整個(gè)不斷增長(zhǎng)的波前。就是說(shuō)，單個(gè)波形成了一個(gè)不斷增長(zhǎng)的“殼”，并且像膨脹的氣球的橡膠表面一樣，能量的傳播越來(lái)越稀薄。但是，與氣球不同，它永遠(yuǎn)不會(huì)彈出，而是永遠(yuǎn)膨脹。這就是為什么與信號(hào)相關(guān)的能量隨距離而下降，為什么下降1 / r2的原因-波前是表面積。這種插入能量稱為衰減，或更準(zhǔn)確地說(shuō)，稱為自由空間衰減。信號(hào)穿過(guò)某物時(shí)也會(huì)衰減，但此后會(huì)進(jìn)一步衰減。

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發(fā)射信號(hào)比接收信號(hào)強(qiáng)得多的主要原因基本上是幾何形狀。如果我們的發(fā)射天線是典型的偶極天線（棒子，“橡皮鴨”），而我們的接收天線是相同的，那么這些天線必須離得很近以截取甚至1％的發(fā)射功率。最終結(jié)果是實(shí)際上只有很少量的發(fā)射能量擊中了接收器。

撞墻：當(dāng)波浪撞擊物體時(shí)

如我們所見，僅在太空中旅行會(huì)嚴(yán)重降低接收信號(hào)的能量。在使用Wi-Fi的情況下，我們不必停在那里，因?yàn)槲覀冞€有其他需要擔(dān)心的問題。我們通常希望Wi-Fi能夠通過(guò)墻壁，門口或其他充滿“東西”的房間工作。這些東西如何影響Wi-Fi信號(hào)取決于所考慮的東西。大多數(shù)可能性如下：

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傳輸（帶有衰減）：波浪撞擊墻壁并穿過(guò)墻壁，從而降低了信號(hào)強(qiáng)度（“損耗”）。這通常是預(yù)測(cè)性站點(diǎn)調(diào)查所建模的：路徑穿過(guò)的每堵墻都會(huì)增加多少路徑損耗。通常，在設(shè)計(jì)Wi-Fi部署時(shí)，最重要的因素是找出穿過(guò)墻壁的損耗（以及傳輸損耗）。作為設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法則：“視線為最佳；視線為最佳。一堵墻好，兩堵墻壞?！钡@確實(shí)取決于所涉及的材料。

反射：波浪從墻壁反彈。這對(duì)于Wi-Fi接入點(diǎn)（AP）和設(shè)備的設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)樗嵌嗦窂降脑搭^，也是多輸入/多輸出（MIMO）的秘密，其詳細(xì)信息將在后面的專欄中介紹。但是，如果您設(shè)計(jì)的是網(wǎng)絡(luò)而不是AP，那么在大多數(shù)情況下，這不會(huì)影響Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的日常運(yùn)行。如果全反射，則墻壁不允許透射。盡管在故障排除或異常情況下可能會(huì)出現(xiàn)部分反射，但實(shí)際上它可能會(huì)發(fā)生在室內(nèi)幾乎所有地方，并且不會(huì)影響您的設(shè)計(jì)。

您謙虛的作者知道一位Ruckus經(jīng)銷商需要在兩座建筑物之間建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接，而這兩座建筑物之間有較高的第三座建筑物。由于無(wú)法獲得視線，該經(jīng)銷商將信號(hào)反射出了第四座建筑物–玻璃塔–以“將信號(hào)包裹在拐角處”。更常見的情況是，如果您的家庭AP位于房屋的一側(cè)，因?yàn)槟鞘悄腎nternet訪問位置，而您又無(wú)法繞開電纜進(jìn)行適當(dāng)?shù)募胁渴穑瑒t可以在其后面放置一面鏡子來(lái)實(shí)現(xiàn)“快速而臟”的定向天線。

折射：盡管這對(duì)于本次討論的完整性很重要，但與Wi-Fi設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)。當(dāng)電磁波以垂直但不垂直的任何角度撞擊表面時(shí)，電磁波將在傳播時(shí)發(fā)生彎曲。這就是為什么我們可以看到玻璃，以及為什么控制玻璃的幾何形狀可以使我們制造鏡片的原因。原則上可以構(gòu)建Wi-Fi鏡頭，但是反射天線是集中信號(hào)的更有效方法。由于Wi-Fi波比可見光大得多（分別為5到12厘米和400到700納米，可見光）擊中了整個(gè)墻壁，因此波前的折射根本就沒有關(guān)系。

盡管傳輸，反射和折射是不同的效果，但通常三者都在同一堵墻中穿行-一些信號(hào)被傳輸，一些信號(hào)被反射，并且傳輸?shù)男盘?hào)可能被折射。

衍射：這是通過(guò)與海浪撞擊相同尺寸的開口發(fā)生的。結(jié)果，這波浪潮“傳播”更多。對(duì)于Wi-Fi而言，這種情況并不常見，但是您可能會(huì)遇到這樣的情況，即使AP客戶端的視線仍然不好，開門仍可以更好地接收信號(hào)。

吸收：這很簡(jiǎn)單；信號(hào)被完全吸收，沒有透射或反射。這些影響可能都不是全部，但是鹽水水族館和樹木可能做得很好。

散射：這發(fā)生在不規(guī)則的反射表面上。您的環(huán)境中可能沒有足夠的迪斯科球，但是高中舞會(huì)的裝飾可能解釋了對(duì)Wi-Fi質(zhì)量的抱怨突然增加。

別再碰自己了：當(dāng)海浪互相撞擊時(shí)

當(dāng)波浪碰撞時(shí)，它們最大的優(yōu)點(diǎn)是它們彼此通過(guò)。在撞車之前，撞車之后，他們繼續(xù)前進(jìn)，好像什么也沒發(fā)生。不幸的是，在他們碰到的地方，他們彼此陷入混亂。我們指出這一點(diǎn)是因?yàn)闆_突波是我們?cè)赪i-Fi中說(shuō)“干擾”時(shí)的意思。

關(guān)于干擾，要記住的非常重要的一點(diǎn)是，干擾僅發(fā)生在接收器上！我們不在乎載波信號(hào)在到達(dá)接收器的途中受到了多大的干擾，而只是在接收器上發(fā)生了什么。同樣，在進(jìn)行故障排除時(shí)，使用協(xié)議分析儀或頻譜分析儀時(shí)，您所看到的是分析儀的接收天線處發(fā)生的情況，而不是其他地方，因此請(qǐng)不要讓它愚弄您。

我們?cè)赗F通信中需要的是具有清晰規(guī)則特性的可預(yù)測(cè)的良好電波，因?yàn)檫@樣我們就可以檢測(cè)出傳達(dá)信息（“信號(hào)”）的那些特性中的變化。這就是干擾使我們付出的代價(jià)。

當(dāng)波浪碰撞時(shí)，它們加起來(lái)。如果兩個(gè)波發(fā)生碰撞，則所得波的振幅將是振幅的總和。現(xiàn)在，如果原始信號(hào)是相似的波（相同的頻率和幅度）并且它們是同相的，那么波峰會(huì)擊中波谷而波谷會(huì)擊中波谷，那么它們就會(huì)相長(zhǎng)干涉并且信號(hào)實(shí)際上會(huì)變得更強(qiáng)。相比之下，如果它們完全異相（相差180°），則它們會(huì)產(chǎn)生相消干擾，從而使信號(hào)降為零。

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這兩種情況都是理想的極端情況，除非有人試圖使它們發(fā)生，否則基本上不會(huì)發(fā)生。另一方面，由于Wi-Fi中只有這么多的信道，并且由于這些信道可以被其他協(xié)議使用，因此非常常見的是，多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送相同頻率的波而沒有相位的協(xié)調(diào)。

編輯：hfy