Многолучёвость: почему сигнал замирает
Как несколько копий одной волны складываются в приёмнике и почему движение на несколько сантиметров меняет уровень сигнала.
Радиоволна редко приходит к антенне единственной идеальной копией. Одна часть сигнала идёт напрямую, другая отражается от здания, третья огибает край холма. На КВ разные копии могут пройти через разные области ионосферы или совершить разное число скачков.
Когда один сигнал приходит несколькими путями, говорят о многолучёвости (нем. Mehrwegeausbreitung, англ. multipath propagation). Приёмная антенна не умеет выбирать копии по отдельности: поля всех пришедших волн складываются прямо в пространстве.
Сдвиньте отражённую волну по фазе
Обе копии имеют одинаковую амплитуду; меняется только разность пройденных расстояний.
Разность пути превращается в разность фаз
Копия, прошедшая большее расстояние, приходит позже. Для непрерывной синусоиды задержку удобно описывать фазой. Если разность длин путей равна , то фазовый сдвиг составляет:
Дополнительная половина длины волны даёт 180°. Равные копии в противофазе гасят друг друга. Дополнительная целая длина волны даёт 360°: копии снова приходят синфазно и усиливаются.
Это сложение волн называют интерференцией (нем. Interferenz, англ. interference). Энергия не исчезает во всём пространстве: минимум в одной точке сопровождается другим распределением поля и максимумами в других точках.
Небольшое движение способно изменить всё
На 70 см половина длины волны — около 35 см. Если человек с переносной станцией сместится на такое расстояние, разность путей прямой и отражённой копий может существенно измениться. Глубокий минимум превратится в хороший сигнал — или наоборот.
На 2,4 ГГц длина волны около 12,5 см, поэтому картина максимумов и минимумов в комнате меняется уже через несколько сантиметров. Именно поэтому небольшое перемещение Wi-Fi-устройства или антенны иногда помогает сильнее, чем увеличение мощности.
Если отражающий объект или одна из станций движется, фазы меняются постоянно. Уровень принятого сигнала то растёт, то падает — возникает замирание (нем. Fading, англ. fading), в радиолюбительской практике также QSB.
Узкополосный и широкополосный сигнал страдают по-разному
Если задержки малы по сравнению с длительностью символа или особенностями модуляции, весь узкий сигнал усиливается и ослабляется почти одинаково. Это похоже на обычное изменение громкости.
При большой задержке разные частоты внутри полосы получают разные фазовые сдвиги. Одни части спектра усиливаются, другие проваливаются. Возникает частотно-селективное замирание: S-метр может показывать сигнал, но речь или цифровые данные искажаются.
Поэтому борьба с многолучёвостью зависит от системы. Помогают смена места или высоты антенны, направленная антенна, другая поляризация, пространственное разнесение приёмников, эквализация и более устойчивый вид модуляции.
Это результат сложения, а не отдельная среда
Многолучёвость встречается при прямой видимости, в городе, в тропосфере и в ионосферной связи. Она не отвечает на вопрос, какая среда доставила сигнал. Она описывает ситуацию, когда приёмник получил несколько копий по разным траекториям.