Radioaaltojen leviäminen ja vaimeneminen

Lukuaika 3 minuuttia

Päivitetty - toukokuu 11, 2023

WLAN, säteilyaltistus ja suojaus nousevat yhä uudelleen esiin. Radioaaltojen etenemisen ja vaimenemisen ymmärtäminen auttaa myös radiotekniikan käsittelyssä. Tästä syystä jäljempänä annetaan yksityiskohtaisempaa tietoa, vaikka tämä edellyttääkin ensin perusymmärrystä. Aluksi siis hieman kuivaa teoriaa.

Historia

Heinrich Hertz, jonka mukaan taajuuden mittayksikkö (Hz) on nimetty, todisti vuonna 1886 ensimmäisenä kokeellisesti, että James Clerk Maxwellin vuonna 1867 teoriassa ennustamat sähkömagneettiset (radio)aallot ovat olemassa.

Nikola Tesla sai ensimmäisen patenttinsa langattomaan energiansiirtoon eli radiotekniikkaan 20. maaliskuuta 1900.

Braun ja Marconi ovat muita nimiä, jotka liittyvät lennättimen kehitykseen. Samuel Finley Breese Morsen jo vuonna 1837 keksimän sähkömagneettisen lennättimen ja Morse-aakkosten avulla viestit kulkivat jopa 3600 kilometrin päähän.

Levitä

Sähkömagneettisten aaltojen eteneminen riippuu taajuudesta, topologisista ja ilmakehän olosuhteista.

Ionosfäärikerrokset (keskimääräinen korkeus noin 1 000 km), jotka seuraavat troposfääriä (17 .. 17 km korkeus) ja stratosfääriä (8 .. 50 km korkeus) lähellä maata, voivat heijastaa sähkömagneettisia aaltoja auringon aktiivisuudesta riippuvan ionisoitumisasteensa vuoksi. Äärimmäisissä tapauksissa juuri lähetetty signaali voidaan vastaanottaa uudelleen samassa paikassa, kun se heijastuu toistuvasti maapallon ympäri (ympärysmitta noin 40 000 km), ja heijastuksen kulkuaika (300 000 km/s) viivästyy.

Noin 60 MHz:n taajuuden yläpuolella radioaallot etenevät kuin valo. Ne voivat heijastua esteistä. Erityisesti yli 100 MHz:n taajuusalueella radioaaltojen eteneminen häiriintyy yhä enemmän heijastusten vuoksi. Kaikkein epäsuotuisimmassa tapauksessa aaltojen huiput ja laaksot voivat kumota toisensa.

Vaimennus

Vaimennus on signaalin vaimennus. Vaimennus mitataan desibeleinä (dB) tai milliwatteina (dBm), tai suuremmilla tehotasoilla desibeleinä watteina (dBW) logaritmisessa muodossa, jotta suuremmat tasot voidaan havainnollistaa käytännöllisellä tavalla.

On tärkeää erottaa toisistaan prosentteina ja dB:nä ilmaistut vaimennusluvut; äänen db(A):n tapauksessa "A" tarkoittaa ihmisen kuulokäyrään sovitettua vaimennusta (ottaen huomioon, että korkeat ja matalat äänet havaitaan eri tavalla samalla äänenvoimakkuudella).

Desibeli ilmaisee yleensä vahvistusarvoa, eli arvo on positiivinen. Negatiivinen merkki kuvaa siis vaimennusta.
100 dB tarkoittaa 100 000 kertaa 0 dB:n äänenpainetta tai 2 pa:n (Pascal) äänenpainetta.

Melu	db(A)	Suojaus (dB)	%
Pyörösaha	90	10	90
Moottoritiepäivät	80	20	99
Pääkatu päivällä	70	30	99,9
Pääkatu yöllä	60	40	99,99
Sivukatu päivällä	50	50	99,999
Sivutie yöllä	40	60	99,999.9
Kellokirjonta	30	70	99,999.99
Lehtien ääni	20	80	99,999.999
Hengitysääni	10	90	99,999.999.9
Hiljaisuus	0	100	99,999.999.99

Jotta saataisiin käsitys siitä, kuinka suuri on materiaalin vaimennuskyky radioaaltojen läpäisemiseksi, verrataan rakennuksen kattoa, jonka paksuus on alle 30 cm (70%), alle 1 mm:n paksuiseen lankaverkkoon (100%) tai alle 10 cm:n paksuiseen kipsilevyiseen väliseinään (10%).

Kaapeli / liitin / vaimennushäviöt

Jos radioaallot kulkevat kaapeleiden, pistokkeiden, kytkentöjen jne. läpi esimerkiksi matkalla radiosta antenniin, myös tällöin syntyy vaimennushäviöitä. Käytetyn antennikaapelin tyyppi ja pituus sekä pistokeliitännät määräävät kokonaisvaimennushäviöiden määrän.

Nyrkkisääntönä voidaan pitää, että vaimennushäviöiden summa ei saa ylittää antennin vahvistusta. Yksittäiset komponentit on valittava sen mukaisesti.

Antennikaapelia valittaessa on myös otettava huomioon kaapelityyppi, onko kyseessä säikeisjohdin vai jäykkä johdin, suojaus, vaipan rakenne, pituus ja käytettävä taajuus. Myös rakenteellinen käyttö on ratkaisevaa: halogeenikaapelit ovat kuumuutta kestäviä ja liekinkestäviä, uritettuja kaapeleita käytetään tunneliin asennettaessa.

WLAN / radiolinkki

WLAN-verkkoja varten on käytettävissä 2,4 GHz:n, 5 ja 6 GHz:n sekä 24 ja 60 GHz:n taajuudet. Jos haluat pitkän kantaman seinien ja kattojen läpi, valitse matalimmat taajuudet eli 2,4 GHz. Niillä on kantama omakotitalon sisällä. Jos kyseessä on paritalo, muista, että se riittää myös naapuriin. Jos haluat suuria tiedonsiirtonopeuksia lyhyillä etäisyyksillä, käytä 5 GHz:n taajuutta, sillä se tuskin tunkeutuu lattiaan tai kattoon. Sama koskee 6 GHz:n taajuusaluetta.
24 ja 60 GHz:n taajuudet puolestaan mahdollistavat 200 ... 1.000 m. Näköyhteys on tässä tapauksessa edellytys. Sade, huuru, lumisade jne. voivat johtaa läpäisykyvyn heikkenemiseen, joka voidaan osittain kompensoida teknisillä varotoimilla.

Radiokentän voimakkuus

Sähköasennusten radiokentän voimakkuus on 1 .... 2 mW, radiolinkki noin 10 mW, WLAN 2,4 GHz:n taajuudella 100 mW, 5 GHz:n taajuudella 200 mW, mikroaaltouuni 800 mW ja matkapuhelin 2000 mW.

Yleisesti ottaen suurtaajuisiin sähkömagneettisiin kenttiin sovelletaan raja-arvoja, jotka kuvaavat niin sanottuna SAR-arvona (Specific Absorption Rate) sitä, mikä tehonkulutus ihmiskudoksessa on siedettävää.

Koko ihmiskehon keskiarvoksi ilmoitetaan 0,08 W/kg, yksittäisten alueiden osalta, esim. pää (matkapuhelin) 2 W/kg.

Matkapuhelin korvassa altistaa elimistön jo suurimmalle sallitulle kuormitukselle.

Sähkömagneettiselle säteilylle altistumisen vaikutuksia voivat herkillä ihmisillä olla verenpaineen säätelyhäiriöt, masennus, hormonaaliset häiriöt, immuunijärjestelmän heikentyminen, keskittymishäiriöt, päänsärky, väsymys, unihäiriöt, huimaus, pahoinvointi ja levottomuus.

Suojatoimenpiteet

1. Valitse WLAN-reitittimen sijainti mahdollisimman kaukana työpaikasta.
2. Käytä taajuuskaistaa todellisten vaatimusten mukaan.
3. Poista WLAN käytöstä, kun sitä ei käytetä.

Jos haluat suojautua ulkoiselta altistumiselta sähkömagneettiselle säteilylle, voit suunnitella kotisi Faradayn häkiksi. Tällöin ohut metalliverkko, kuparifolio tai tarvittaessa alumiinifolio asetetaan seinäpaneelin/tapetin tai erityisen EMC-tapetin alle, jossa on metallipinnoitettu taustapuoli. On tärkeää, että jokainen levy on sähköisessä kosketuksessa viereiseen levyyn, että myös ikkunalasit on metalloitu ja että tämä kerros on myös liitetty seinäsuojaukseen.
Koko asennus on liitettävä rakennuksen potentiaalintasausjärjestelmään asianmukaisen maadoituksen varmistamiseksi.

Näin tämä huone on turvassa ulkoisilta sähkömagneettisilta vaikutuksilta; vastaavasti huoneessa olevan WLAN-reitittimen radioliikenne olisi suojattu ulkoisilta salakuuntelijoilta.

Tässä käsitellään sähkösumua ja suojaustekniikkaa. Osallistuminen käsitellään erikseen.

Kaikki sähköjärjestelmiin kohdistuvat työt saa suorittaa vain pätevä henkilökunta!