I. Đặc điểm cơ bản của sóng vô tuyến

WWW.WHWIRELESS.COM

Thời gian đọc ước tính: 15 phút

1.1 Định nghĩa sóng vô tuyến

Sóng vô tuyến đóng vai trò là sóng mang tín hiệu và năng lượng, được tạo ra bởi sự tương tác lẫn nhau của các trường điện và từ dao động, tuân theo định luật tương tác luân phiên "điện sinh từ và từ sinh điện". Trong quá trình lan truyền, các trường điện và từ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với hướng lan truyền của sóng, do đó chúng được gọi là **Sóng điện từ ngang (TEM)**.

Chúng được tạo ra từ các mạch dao động tần số cao: khi dòng điện trong mạch thay đổi nhanh chóng theo thời gian, một trường điện từ xo alternating được kích thích trong không gian xung quanh. Một khi trường điện từ này tách khỏi nguồn sóng, nó sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng vô tuyến, mà không cần dựa vào bất kỳ môi trường nào — chúng thậm chí có thể truyền trong chân không.

1.2 Mối quan hệ giữa bước sóng, tần số và tốc độ truyền sóng

Công thức cốt lõi chi phối mối quan hệ giữa bước sóng (λ), tần số (f) của sóng vô tuyến và tốc độ truyền của chúng (tốc độ ánh sáng \( C \) trong chân không, xấp xỉ \( 3×10^8 \, \text{m/s} \)) là:

\[ \lambda = \frac{C}{f} \]

**Kết luận chính**: Trong cùng một môi trường, tần số và bước sóng tỷ lệ nghịch với nhau – tần số càng cao, bước sóng càng ngắn. Mối quan hệ này trực tiếp quyết định kích thước thiết kế của anten: ví dụ, bước sóng của một anten cụ thể... WiFi 2.4GHz Tín hiệu có chiều dài xấp xỉ 12,5 cm, tương ứng với chiều dài của ăng-ten lưỡng cực nửa sóng khoảng 6,25 cm; đối với một 700MHz Đối với tín hiệu truyền thông tần số thấp, bước sóng xấp xỉ 42,8 cm, yêu cầu chiều dài lưỡng cực nửa sóng là 21,4 cm. Ngoài ra, hiệu suất điện của anten (như hiệu suất bức xạ, độ lợi và trở kháng) có liên quan trực tiếp đến **chiều dài điện** của nó (tỷ lệ giữa chiều dài vật lý và bước sóng). Trong kỹ thuật thực tế, chiều dài điện cần thiết phải được chuyển đổi thành chiều dài vật lý cụ thể để đảm bảo anten hoạt động đúng cách.

1.3 Sự phân cực của sóng vô tuyến

Phân cực đề cập đến quy luật biến đổi hướng của điện trường khi sóng vô tuyến lan truyền, được xác định bởi quỹ đạo chuyển động trong không gian của vectơ điện trường, tạo thành một phổ hoàn chỉnh: **Phân cực tròn ← Phân cực elip → Phân cực tuyến tính**. Các đặc điểm cốt lõi và kịch bản ứng dụng của ba loại này như sau:

- **Phân cực tuyến tính**: Hướng điện trường không đổi, đây là dạng phân cực được sử dụng phổ biến nhất. Sóng có điện trường vuông góc với mặt đất là **sóng phân cực dọc**, có khả năng chống nhiễu phản xạ từ mặt đất mạnh và phù hợp với truyền thông di động mặt đất (ví dụ: các trạm gốc 2G/3G truyền thống); sóng có điện trường song song với mặt đất là **sóng phân cực ngang**, thường được sử dụng trong truyền dẫn radio và truyền hình, truyền thông chuyển tiếp vi sóng và các trường hợp khác.

- **Phân cực tròn**: Quỹ đạo của vectơ điện trường là hình tròn, được chia thành **phân cực tròn trái** và **phân cực tròn phải**, chúng loại trừ lẫn nhau (ăng-ten phân cực tròn trái chỉ có thể nhận sóng phân cực tròn trái và ngược lại). Ưu điểm cốt lõi của nó là khả năng chống nhiễu đa đường và xoắn phân cực mạnh, do đó được sử dụng rộng rãi trong truyền thông vệ tinh (ví dụ: Beidou , GPS vệ tinh), điều khiển từ xa máy bay không người lái (UAV) và các tình huống khác.

- **Phân cực elip**: Quỹ đạo của vectơ điện trường là hình elip, dạng phân cực tổng quát — phân cực tròn xảy ra khi trục chính và trục phụ của elip bằng nhau, và phân cực tuyến tính khi trục phụ tiến đến 0. Trong môi trường truyền thông thực tế, do phản xạ đa đường, vật cản che khuất và các yếu tố khác, sóng phân cực tuyến tính hoặc tròn thuần túy thường bị chuyển đổi thành sóng phân cực elip.

1.4 Sự lan truyền đa đường

Khi sóng vô tuyến lan truyền, ngoài sóng trực tiếp, chúng còn trải qua quá trình phản xạ, nhiễu xạ và truyền dẫn khi gặp các vật cản như đồi núi, rừng cây và nhà cửa, dẫn đến việc thiết bị đầu cuối thu nhận đồng thời nhiều sóng vô tuyến trên nhiều đường truyền khác nhau – hiện tượng này được gọi là **lan truyền đa đường**. Các tác động chính của nó bao gồm: (1) Làm phức tạp sự phân bố cường độ tín hiệu, gây ra hiện tượng "suy giảm bóng" và "suy giảm nhanh" dẫn đến sự dao động mạnh về cường độ tín hiệu ở đầu thu; (2) Thay đổi hướng phân cực của sóng vô tuyến, dẫn đến sự không khớp phân cực và làm giảm cường độ tín hiệu nhận được; (3) Tạo ra độ trễ lan truyền (sự khác biệt về thời gian giữa các tín hiệu đến qua các đường truyền khác nhau), gây ra nhiễu xuyên ký hiệu; (4) Gây ra sự chồng chất (tăng cường) hoặc triệt tiêu (làm suy yếu) tín hiệu cục bộ, tùy thuộc vào mối quan hệ giữa sự khác biệt đường truyền và bước sóng. Ví dụ, ở các khu vực đô thị đông đúc, sự phản xạ từ các tòa nhà tạo ra một lượng lớn tín hiệu đa đường, dẫn đến sự dao động thường xuyên về cường độ tín hiệu mà điện thoại di động nhận được.

Giải pháp cốt lõi cho vấn đề này là **công nghệ thu tín hiệu đa dạng**, công nghệ này thu và kết hợp các tín hiệu đa đường để giảm thiểu nhiễu. Nó được chia thành hai loại:

1. **Đa dạng không gian**: Sử dụng nhiều ăng-ten đơn phân cực với bố cục không gian hợp lý (khoảng cách lớn hơn 10 lần bước sóng) để thu tín hiệu qua các đường dẫn khác nhau. Thích hợp cho các trường hợp yêu cầu độ phân cực thấp.

2. **Đa dạng phân cực**: Tận dụng đặc tính trực giao của ăng-ten phân cực kép để đồng thời thu hai tín hiệu phân cực theo chiều dọc (ví dụ: +45°/-45°). Do độ tương quan tín hiệu thấp, tín hiệu đầu ra kết hợp cải thiện đáng kể độ tin cậy thu sóng, trở thành giải pháp chủ đạo hiện nay. 5G trạm gốc.

WWW.WHWIRELESS.COM