Η σημασία της ζώνης Fresnel έγκειται στο γεγονός ότι πρέπει να διατηρηθεί χωρίς εμπόδια για να διασφαλιστεί καλή ποιότητα σήματος. Εάν τυχόν εμπόδια παρεμποδίσουν τη ζώνη Fresnel, θα προκύψουν εξασθένηση του σήματος και πιθανώς σφάλματα μετάδοσης. Η ζώνη Fresnel στενεύει καθώς αυξάνεται η συχνότητα του σήματος και καθώς αυξάνεται η απόσταση μεταξύ των κεραιών.

Προσδιορισμός της ζώνης Fresnel

Για τον προσδιορισμό της ζώνης Fresnel σε μια ασύρματη σύνδεση, γίνονται υπολογισμοί που λαμβάνουν υπόψη το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου σήματος και την απόσταση μεταξύ των κεραιών. Ακολουθεί μια γενική εξήγηση του τρόπου υπολογισμού της ζώνης Fresnel:

1. Προσδιορίστε τη συχνότητα και το μήκος κύματος

Γνωρίζει τη συχνότητα του εκπεμπόμενου σήματος, η οποία συνήθως παρέχεται στις προδιαγραφές ασύρματου εξοπλισμού. Από τη συχνότητα, το μήκος κύματος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

μήκος κύματος (λ) = ταχύτητα φωτός (c) / συχνότητα (f)

2. Υπολογίστε την ακτίνα της ζώνης Fresnel

Η ακτίνα της ζώνης Fresnel σε ένα σημείο κατά μήκος της διαδρομής του σήματος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

r = (n * λ * d) / D

Πού:

• • Το "r" είναι η ακτίνα της ζώνης Fresnel σε αυτό το σημείο.
  • Το "n" είναι ένας παράγοντας που εξαρτάται από τον τύπο της ζώνης Fresnel (άνω ή κάτω).
  • Το "λ" είναι το μήκος κύματος του σήματος.
  • Το "d" είναι η απόσταση μεταξύ των κεραιών.
  • Το "D" είναι η απόσταση από το σημείο μέχρι την κεραία λήψης (όπου D = d1 + d2, όπου d1 είναι η απόσταση από το σημείο έως την κεραία εκπομπής και d2 είναι η απόσταση από το σημείο έως την κεραία λήψης).

3. Υπολογίστε το ποσοστό της ζώνης Fresnel χωρίς εμπόδια

Ο στόχος είναι να διασφαλιστεί ότι τουλάχιστον το 60% της ζώνης Fresnel είναι απαλλαγμένο από εμπόδια για την ελαχιστοποίηση των παρεμβολών σήματος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τον υπολογισμό της κυκλικής περιοχής της ζώνης Fresnel και τον έλεγχο της περιοχής χωρίς εμπόδια μέσα σε αυτήν. Εάν η περιοχή χωρίς εμπόδια είναι μικρότερη από 60%, πρέπει να ληφθούν πρόσθετα μέτρα, όπως η μετατόπιση των κεραιών ή η ρύθμιση του ύψους των πύργων, για τη βελτίωση της ποιότητας της σύνδεσης.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, στην πράξη, πρόσθετοι παράγοντες όπως η ατμοσφαιρική εξασθένηση, η παρουσία απροσδιόριστων εμποδίων και άλλες επιπτώσεις μπορούν να επηρεάσουν τη διάδοση του σήματος.

Ως εκ τούτου, συνιστάται η διεξαγωγή ειδικών μελετών διάδοσης και η χρήση εργαλείων προσομοίωσης για πιο ακριβή σχεδιασμό της ζώνης Fresnel σε ασύρματη σύνδεση.

Παραδείγματα υπολογισμού ζώνης Fresnel

Παράδειγμα 1

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια ασύρματη σύνδεση μεταξύ μιας κεραίας εκπομπής και μιας κεραίας λήψης και θέλουμε να υπολογίσουμε την ακτίνα της ζώνης Fresnel σε ένα σημείο της διαδρομής της. Ας εξετάσουμε τα ακόλουθα δεδομένα:

• Συχνότητα σήματος: 2.4 GHz (2400 MHz)
• Απόσταση μεταξύ κεραιών: 1 km (1000 μέτρα)
• Απόσταση από σημείο έως κεραία λήψης: 500 μέτρα

Βήμα 1: Υπολογίστε το μήκος κύματος.

Το μήκος κύματος μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

μήκος κύματος (λ) = ταχύτητα φωτός (c) / συχνότητα (f)

Η ταχύτητα του φωτός είναι περίπου 3 x 10^8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

λ = (3 x 10^8 m/s) / (2400 x 10^6 Hz) ≈ 0.125 μέτρα ≈ 12.5 cm

Βήμα 2: Υπολογίστε την ακτίνα της ζώνης Fresnel.

Χρησιμοποιώντας τον τύπο:

r = (n * λ * d) / D.

Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να υπολογίσουμε την ακτίνα της άνω ζώνης Fresnel (n = 1). Σε αυτήν την περίπτωση, D = d1 + d2 = 500 μέτρα (απόσταση από την κεραία λήψης).

r = (1 * 0.125 m * 1000 m) / 500 m ≈ 0.25 μέτρα ≈ 25 cm

Επομένως, η ακτίνα της άνω ζώνης Fresnel σε αυτό το σημείο σύνδεσης είναι περίπου 0.25 μέτρα ή 25 cm.

Παράδειγμα 2

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια ασύρματη σύνδεση μεταξύ μιας κεραίας εκπομπής και μιας κεραίας λήψης και θέλουμε να υπολογίσουμε την ακτίνα της ζώνης Fresnel σε ένα σημείο κατά μήκος της διαδρομής της, λαμβάνοντας υπόψη την ανομοιομορφία του εδάφους στην πλευρά της κεραίας λήψης. Ας εξετάσουμε τα ακόλουθα δεδομένα:

• Συχνότητα σήματος: 5 GHz (5000 MHz)
• Απόσταση μεταξύ κεραιών: 2 km (2000 μέτρα)
• Απόσταση από σημείο έως κεραία λήψης: 500 μέτρα
• Κλίση εδάφους στην πλευρά της κεραίας λήψης: 20 μέτρα

Βήμα 1: Υπολογίστε το μήκος κύματος.

Χρησιμοποιώντας τον τύπο:

μήκος κύματος (λ) = ταχύτητα φωτός (c) / συχνότητα (f)

Η ταχύτητα του φωτός είναι περίπου 3 x 10^8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

λ = (3 x 10^8 m/s) / (5000 x 10^6 Hz) ≈ 0.06 μέτρα ≈ 6 cm

Βήμα 2: Υπολογίστε την ακτίνα της ζώνης Fresnel.

Χρησιμοποιώντας τον τύπο:

r = (n * λ * d) / D.

Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να υπολογίσουμε την ακτίνα της άνω ζώνης Fresnel (n = 1). Σε αυτήν την περίπτωση, D = d1 + d2 + √(h1 * h2), όπου h1 είναι η κλίση του εδάφους στην πλευρά της κεραίας εκπομπής και h2 είναι η κλίση του εδάφους στην πλευρά της κεραίας λήψης.

D = 2000 m + 500 m + √(0 * 20 m) ≈ 2500 m

r = (1 * 0.06 m * 2000 m) / 2500 m ≈ 0.048 μέτρα ≈ 4.8 cm

Επομένως, η ακτίνα της άνω ζώνης Fresnel σε εκείνο το σημείο της σύνδεσης, λαμβάνοντας υπόψη την ανομοιομορφία του εδάφους, είναι περίπου 0.048 μέτρα ή 4.8 cm.

Αυτά είναι απλοποιημένα παραδείγματα και οι υπολογισμοί μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τις λεπτομέρειες του συνδέσμου, όπως η συχνότητα που χρησιμοποιείται, οι αποστάσεις, οι διαφορές εδάφους και άλλοι παράγοντες.

Για να αποκτήσετε πιο ακριβή αποτελέσματα, συνιστάται η χρήση εργαλείων προσομοίωσης ή λογισμικού εξειδικευμένου στο σχεδιασμό ασύρματων συνδέσεων που λαμβάνουν υπόψη την ανομοιομορφία του εδάφους.

περίληψη

Στην υλοποίηση ασύρματων συνδέσεων, η ζώνη Fresnel είναι μια ελλειψοειδής περιοχή γύρω από την άμεση οπτική επαφή μεταξύ δύο κεραιών που δημιουργούν ασύρματη επικοινωνία. Αυτή η περιοχή βοηθά στην εξουδετέρωση των επιπτώσεων της πολλαπλής διαδρομής, η οποία συμβαίνει όταν το σήμα ανακλάται, διαθλάται ή διασκορπίζεται λόγω εμποδίων στη διαδρομή του.

Η ζώνη Fresnel χωρίζεται σε ένα πάνω και ένα κάτω μέρος. Είναι σημαντικό να διατηρείτε αυτή την περιοχή απαλλαγμένη από εμπόδια για να εξασφαλίσετε καλή ποιότητα σήματος. Εάν τυχόν εμπόδια παρεμποδίσουν τη ζώνη Fresnel, παρουσιάζονται εξασθένηση του σήματος και πιθανά σφάλματα μετάδοσης.

Το μέγεθος της ζώνης Fresnel καθορίζεται από υπολογισμούς που βασίζονται στο μήκος κύματος του εκπεμπόμενου σήματος και την απόσταση μεταξύ των κεραιών. Σκοπός είναι τουλάχιστον το 60% της ζώνης Fresnel να είναι απαλλαγμένο από εμπόδια για να αποφευχθεί η σημαντική υποβάθμιση του σήματος.

Η ζώνη Fresnel είναι σημαντική σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα ή ασύρματες συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων, όπου είναι πιο πιθανό να συναντήσετε εμπόδια. Για να εξασφαλιστεί μια αξιόπιστη σύνδεση, τεχνικές όπως η σωστή επιλογή των θέσεων κεραίας, η προσαρμογή των υψών του πύργου και η χρήση εργαλείων προσομοίωσης χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση της ζώνης Fresnel στην υλοποίηση ασύρματων συνδέσεων.