Микроволны входят в широкое понятие радиоволн. Они разделяют электромагнитную природу, связь частоты и длины волны, взаимодействие с материалами, перенос энергии и возможность модуляции. Это не два семейства с разными физическими законами.
1. Электромагнитное поле и скорость
Волны описываются электрическим и магнитным полями. В вакууме скорость c = 299 792 458 м/с. Сигнал 60 ГГц не распространяется там быстрее 100 МГц только из-за более высокой частоты.
В среде или направляющей структуре различают фазовую и групповую скорости. Дисперсия может изменять поведение частотных составляющих, но не означает передачу информации быстрее c.
2. Частота и длина волны
В вакууме λ = c/f. Частота в Гц и скорость в м/с дают длину в метрах. Для волны в среде используют подходящую фазовую скорость, а не автоматически c.
| Частота | Свободная длина волны |
|---|---|
| 100 МГц | Около 3,00 м. |
| 900 МГц | Около 33,3 см. |
| 2,4 ГГц | Около 12,5 см. |
| 60 ГГц | Около 5,00 мм. |
Границы названия «микроволны» зависят от принятой конвенции; часто используют примерно 300 МГц–300 ГГц. Если границы важны, указывайте числа. На условной границе названий физика резко не меняется.
3. Отражение, прохождение и поглощение
Наблюдаются отражение, преломление, дифракция и поглощение. Результат зависит от материала, геометрии, частоты, угла и поляризации. Нельзя приписать меди ровно 99% отражения при всех условиях.
Стены ослабляют разные частоты по-разному, а отражения создают многолучёвость. В дифракции важен размер препятствия относительно длины волны. Видимая тень не описывает всё распределение радиополя.
4. Перенос энергии и нагрев
Мощность измеряют в ваттах, частоту — в герцах. Высокочастотный передатчик не обязательно излучает большую мощность. E = hf описывает энергию одного фотона в квантовом представлении и не определяет общую мощность отдельно от остальных условий.
При поглощении RF в среде с потерями возможен нагрев. Он зависит от мощности, времени, поля и свойств вещества. Маломощная связь и печь не становятся одинаковыми по действию из-за близкой частоты.
Многие бытовые микроволновые печи работают около 2,45 ГГц, что соответствует примерно 12,2 см в свободном пространстве. Это не универсальная единственная резонансная частота молекулы воды; диэлектрические потери материала зависят от частоты и температуры.
5. Модуляция передаёт информацию
Информацию кодируют изменениями амплитуды, частоты, фазы и их сочетаниями. FM около 100 МГц и Wi-Fi около 2,4 ГГц — примеры разных служб, а не ограничение каждой области единственным способом модуляции.
Скорость зависит от полосы сигнала, отношения сигнал/шум, модуляции и кодирования. Несущая 2,4 ГГц не означает скорость 2,4 Гбит/с.
Атмосфера и ионосфера
Молекулярное поглощение кислородом около 60 ГГц и ионосферные эффекты распространения КВ — разные явления. Ионосфера тоже может вносить поглощение, но это не та же самая молекулярная линия.
Осадки, газы, угол места и длина пути меняют затухание. Не применяйте единую величину дБ/км ко всем радио- и микроволновым линиям.
Практическое сравнение
Для размера антенны нужны частота и диаграмма; для дальности — полный бюджет; для данных — полоса и качество; для препятствий — материал и геометрия. Один частотный ярлык не заменяет эти параметры.
См. ITU-R V.431 для частотной номенклатуры и P.676 для газового затухания. Сравнивайте численные условия вместе с названиями.
