¿Por qué las ondas de mayor frecuencia tienen mejor penetración?

No es cierto que las frecuencias más altas siempre penetren más que las más bajas. El gráfico de transparencia de diversos materiales en función de la longitud de onda puede ser bastante irregular. Piense en filtros de colores, y esos solo se aplican a una octava estrecha de longitudes de onda que llamamos luz visible.

Lo que aparentemente estás pensando es en longitudes de onda tan cortas que la energía es muy alta, como los rayos X y los rayos gamma. Estos pasan por las cosas únicamente debido a su alta energía. A energías más bajas (longitudes de onda más largas), las ondas interactúan con el material de varias maneras para que puedan ser absorbidas, refractadas, reflejadas y reemitidas. Estos efectos varían en formas no monotónicas en función de la longitud de onda, la profundidad del material, su resistividad, densidad y otras propiedades.

La principal ventaja de las frecuencias más altas es que requieren antenas más cortas para una calidad de recepción decente, y eso es importante para los dispositivos móviles. También permiten una banda más ancha para modular señales, para que pueda obtener una transmisión de mayor frecuencia.

Pero las altas frecuencias son más sensibles a la reflexión, por lo que tendrán más dificultades para atravesar paredes y obstáculos en general. Al mismo tiempo, se filtrarán más fácilmente a través de los orificios: una regla general es que si tiene un orificio del tamaño de la longitud de onda, la señal puede filtrarse. Pero al mismo tiempo, no puedes confiar en ella para una buena transmisión: así que diría que el límite es bastante confuso.

Para obtener más información, consulte propagación de línea de vista : la frecuencia de microondas puede ser refractada por Objeto más pequeño que una frecuencia de radio más baja, ya que depende en gran medida de la longitud de onda. La comparación surge por el hecho de que las microondas tienen un espectro que es más similar a las longitudes de onda ópticas, por lo que sufrirán algunos de los fenómenos que se aplican a la óptica.

De hecho, las frecuencias más altas tienen peor capacidades de penetración. Si considera un modelo puramente teórico, el llamado profundidad de la piel , que da el grosor de la capa de un conductor al que puede penetrar una onda electromagnética de una frecuencia determinada, verá que la profundidad de la piel es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia:

\ $ \ delta = \ sqrt {\ frac {2 \ rho} {\ omega \ mu}} \ $

(\ $ \ rho \ $ es la resistividad, \ $ \ mu \ $ la permeabilidad magnética del material).

Esto también tiene como consecuencia que las corrientes de CA no usan toda la sección transversal de un cable (y un hueco diseñado adecuadamente haría el mismo trabajo) y es (en parte) por qué una antena más pequeña lo hará para una transmisión adecuada .

Pero en realidad las cosas son mucho más complicadas que eso. El video HD inalámbrico es un serio desafío de ingeniería (en parte) porque las señales de alta frecuencia necesarias para proporcionar el ancho de banda adecuado tienden a rebotar en las paredes. A frecuencias realmente altas (es decir, ~ 60 GHz) necesarias para tales aplicaciones, otros fenómenos de absorción / reflexión pueden comprometer la transmisión: por ej. Absorción por el oxígeno (en el aire). Esto depende mucho del medio a través del cual su ola necesita atravesar.

Por lo tanto, la respuesta corta es no, las frecuencias más altas no pueden atravesar las paredes mejor que las bajas.

"Las leyes de la física pueden doblarse pero nunca romperse".

La forma en que las señales se propagan a través de la atmósfera / espacio, se golpea y atraviesa, se absorben y rebotan a lo largo de un camino reflejado, como lo expone la discusión, es compleja. A frecuencias más bajas, una longitud de onda es más larga, lo que dificulta el diseño de antenas para que quepan en dispositivos pequeños. Las señales viajan más lejos, lo que hace que la cobertura sea más fácil y menos costosa. Sin embargo, eso también hace que las señales interfieran, a menos que las señales que se crucen en un área / espacio común se diferencien de alguna manera, de modo que las señales interferentes puedan filtrarse mediante el uso de medios analógicos o el procesamiento de señales digitales.

En las frecuencias más altas, las longitudes de onda se vuelven más cortas, lo que hace que el trabajo de empaquetar las antenas en pequeños dispositivos sea un desafío menor y permite capturar un nivel más alto de la señal que llega a la antena. Sin embargo, las señales también se absorben más en los materiales de construcción comunes, el follaje y otros objetos. Las señales tienden a rebotar más, provocando que se produzcan múltiples señales reflejadas en áreas donde la señal no está en línea de vista (NLOS). Estas son consideraciones de diseño prominentes entre otros.

Las tecnologías inalámbricas, incluido el procesamiento de señales y el diseño de antenas de longitud de onda fraccionadas, se utilizan cada vez más para contrarrestar los impactos negativos de la propagación de señales con el fin de que sean prácticas para las comunicaciones. Los impactos negativos, como la propagación de señales de múltiples recorridos, se aprovechan mediante el procesamiento de señales, de modo que las señales se combinan para elevar la señal recibida a una SNR más alta, relación señal a ruido, en comparación con los métodos analógicos que pueden tratar de filtrar todo, pero La señal más fuerte. En lugar de utilizar antenas de banda estrecha, por ejemplo, los métodos de señalización MIMO, de entrada múltiple, salida múltiple, reciben las señales de ruta múltiple y las diferencian en tiempo-espacio, una función analógica, las digitalizan y utilizan el procesamiento de señales para alinearse. Diferenciación temporal causada por el recorrido de la señal.

El problema de cómo viajan las señales es complejo y, a menudo, debe limitarse a un caso de uso para sopesar los impactos o, de lo contrario, se vuelve difícil de manejar. Sin embargo, debe considerarse una amplia base tanto en los modelos teóricos como en los métodos de evolución para contrarrestar o aprovechar cómo viajan las señales, cómo la absorción reduce las interferencias e impide la recepción de la señal, y cómo la reflexión puede multiplicar el ancho de banda por la reutilización de todas las frecuencias. / p>

Llevar esta comprensión al mundo de las aplicaciones requiere consideraciones prácticas de los componentes (antenas, chips, etc.), la disponibilidad de dispositivos y equipos y el costo en relación con las alternativas. Y, por último, el uso de métodos de señalización de portadora de frecuencia múltiple para aumentar la confiabilidad y el ancho de banda combinado de las comunicaciones inalámbricas y la forma en que esto afecta las ecuaciones de costos deben tenerse en cuenta dentro de un entorno de aplicaciones competitivo.

La forma en que las señales interactúan con los obstáculos es más compleja que los cálculos de línea de base: la forma en que se forman las paredes u otros materiales puede impedir las señales en mayor o menor grado según la longitud de onda. A frecuencias más altas, las longitudes de onda se reducen de modo que pueden pasar a través de aberturas o estructuras de tipo reticular, mientras que las señales de baja frecuencia pueden ser absorbidas o reflejadas. Por otro lado, las moléculas o la estructura de los componentes de los materiales pueden resonar a frecuencias particulares: por ejemplo, las moléculas de agua son resonantes en los nodos primarios cerca de 2.4 GHz, 3.1 GHz. Es por eso que los hornos de microondas suelen funcionar alrededor de 2.4 GHz Eso introduce un rango específico de interferencia debido a la presencia de agua en el follaje, la lluvia y las nevadas, etc. Algunos pueden tener experiencia con esto, ya sea que lo sepan o no: las señales WiFi pueden viajar fuera de un edificio en un rango más corto cuando está lloviendo porque las señales se absorben en el follaje húmedo, las paredes y el espacio aéreo.

Hace varios años, MIMO estaba emergiendo del uso anterior en radares de defensa y aeroespaciales y las comunicaciones en fabricación en semiconductores utilizados en WiFi y comunicaciones móviles. Antes de eso, muchos de los mejores ingenieros de diseño se mostraron escépticos de sus beneficios en comparación con los costos y la practicidad. El subcampo de la tecnología inalámbrica ha emergido para beneficiar enormemente las comunicaciones inalámbricas, los radares comerciales y otras aplicaciones. Las bandas de frecuencias más altas se han beneficiado más debido a que la línea de visión menos dispersa y más recta permite una mejor discriminación / aislamiento de la señal. Eso puede dar como resultado más facilidad y mejores propiedades de señalización de rutas múltiples en comparación con las bandas de frecuencias más bajas.

Sin embargo, la edad en la que vivimos ahora es la edad de las comunicaciones de banda de frecuencia múltiple en la que la mejor banda es la más oportunista y se adapta a las necesidades de la (s) aplicación (es).

Por una variedad de razones técnicas, comparando las frecuencias más bajas (rango medio de 433MHz) y 2.4GHz más altas) se compara así: Las señales de frecuencias más bajas viajan más lejos que porque la energía es más alta y está más concentrada en una sola forma constante que no es Se absorbe tan fácilmente por el aire, que consiste en una buena cantidad de humedad. La frecuencia más alta a 2.4 GHz es capaz de cortar una ruta a través de la estructura molecular de muchos materiales, pero su compensación es que la humedad en el aire libre tiende a amortiguar la señal. Los transmisores de alta frecuencia de Manu también están diseñados con saltos de frecuencia y cifrado de algún tipo. Puede encontrar un camino a través de obstrucciones parciales más fácilmente que una frecuencia más baja, las ondas grandes pueden.