Globe Views
500 things that everyone should know ...
Home | About Us

Fokus i kaos

I åpen plass, kan bølger være fokusert, for eksempel ved en parabel. 2D numerisk simulering nedenfor viser en rundstrålende emitter på høyre og en wire-frame parabel til venstre. Parabelen fokuserer ryddig bølge som sendes ut av emitteren. Dette gir den lyse magenta flekk foran den. (De fire fargene grønn, magenta, gul og cyan kode bølgen fasen, lysstyrken koder bølgeamplituden.)

parabolic antenna focusing a wave

Hensikten er å sette en mottakerantennen på det fokuspunktet (den lyse magenta spot). På den måten, som blir plassert i en sone hvor bølgen er sterk, vil den mottakende antennen har et sterkt signal. På bildet nedenfor, får antennen i magenta flekk en mye sterkere signal enn den andre, til tross for det faktum at de befinner seg i samme avstand fra emitter:

parabola focusing on an antena

Nedenfor er en beregning av bølgen ekko i et virtuelt rom med metalliske pilarer. I mellom han søyler, er det ikke mer ryddig bølgefront som kan fokuseres ved en parabolsk reflektor:

waves resonating in a room with pillars

Dette er et problem, for eksempel for enheter som WiFi mottakere eller mobiltelefoner, som vanligvis brukes i bygninger eller blant tette bystrukturer. De kan ikke fokusere radiobølger ved hjelp av en parabel ... Men det er en løsning, ved hjelp av "fases elementer" som i høyteknologiske radarsystemer. For å øke antall personer som vil være i stand til å følge, er her en analogi, for å gjøre den fasen tingen mer håndgripelig: Det blir fortalt at i 212 f.Kr., Arkimedes hjalp Syracuse beseire den romerske marinen. Han gjorde soldatene som forsvarte Syracuse bruke polerte bronse skjold for å fokusere Solen mot de romerske skip. Skjoldene handlet som en solar ovn og sette skipene i brann én etter én. Mange historikere nå heller tro at bronse speil ble bare brukt til blinde seilerne og at skipene ble satt i brann ved konvensjonelle metoder, som brannbomber kastet av katapulter. Men la oss holde oss til ideen om at skipene ble faktisk satt i brann av den fokusert sollys og at hver soldat langs kysten vendte speilet nøyaktig å lede solstrålene mot samme sted på et skip (en magenta spot ...) Nå antar at romerne hadde kommet på en overskyet dag, og det var ingen synlig sun ... Archimedes fortsatt kunne ha forstyrret dem ved hjelp av soldater og deres skjold plassert langs kysten. Han kunne ha bedt hver soldat å presse sin skjoldet voldsomt i vannet for å avgi en trykkbølge på overflaten av havet. En shockwave, sendt av en soldat, ville ha vært harmløs når den nådde et skip hundre meter unna. Men hva hvis en hundre soldater presset skjoldene sine i vannet ... Alle de små sjokkbølger ankommer helt på ett skip vil oppsummere og danne en liten tsunami. Som ville ha gjort en virkelig sterk splash på siden av skipet og hvis det samme tid den generelle leder invasjonen var servering om bord og noen få dråper falt på hans bord, som ville ha ødelagt hans kampvilje, føre ham til nervesammenbrudd og gjøre erobringen av Syracuse abort. Men ... for at denne psykologiske krigføring for å fungere ordentlig, de sjokkbølger trenger for å komme på målet på samme tid, for å forene. Det er et problem her, fordi soldatene langs kysten er ikke alle på samme avstand fra skipet. Hvis de alle stupe skjoldene i vannet på samme tid, si når en trommel blir truffet, vil sjokkbølger starte på samme tid, men de vil ankomme på skipet på forskjellige tidspunkter, dermed blir det ingen virkning. Hver soldat må få beskjed om å vente en gitt tid etter trommelen hit, før stuper sitt skjold i vannet. Jo nærmere en soldat er til skipet, jo lenger han har å vente. La oss kalle denne forsinkelsen en "time shift". Å målrette en annen fiendtlig skip, som ligger på et annet sted, vil tiden skift være annerledes. Nå la oss anta at Arkimedes ba soldatene om å gjøre noe annerledes. Snarere enn stupe skjoldene i vannet en plutselig tid, må de svinge skjoldene frem og tilbake i vannet på en jevn frekvens. Skyv skjoldet, og trekk det tilbake, og dytt det igjen, og dra den deretter tilbake igjen, dytte, trekke, push-pull ... Dette skaper en kontinuerlig bølge på vannflaten. Hver push og pull (en "periode") har å span ett sekund. En trommis blir bedt om å treffe sin tromme gang i sekundet, slik at soldatene kan synkroniseres. Det vil ikke gjøre ... fordi bølger generert av soldatene gjør ingen ankomme målfartøyet "i fase". Når bølgen generert av en soldat skyver vann mot flanken av skipet, trekker bølgen generert av en annen soldat vannet bort fra skipet. De to bølger kansellere hverandre ut ... I gjennomsnitt de fleste bølgene vil avbryte hverandre og fienden skipet vil bli bare litt forstyrret. For at dette skal virke, må hver soldat å tilpasse sin "fase", slik at når alle bølgene ankommer på målet, er de "i fase" (all trekking eller alle skyve). For å oppnå dette, kan Arkimedes gi en av disse to instruksjoner til hver soldat:
  • "Når du hører trommelen hit, må du være å skyve ditt skjold, må du være å trekke, må du i mellom å trekke og skyve ..."
  • "Du går litt lenger ut i havet, du går litt tilbake ..."
Så vil hver soldat ha riktig "faseforskyvning" å ha bølgene ankommer "i fase" på målet. Dette er hva radarer som bruker fases elementer gjør, for å få sin radarstråle rettet mot et gitt mål. Det fungerer i motsatt retning også. Anta at det er en sterk tåke over havet. Fiendens flåte kan ikke ses, men Archimeds ønsker å vite hvor et fiendtlig skip ligger likevel. Anta en Daglig ombord skipet faller i vannet, noe som utløser en trykkbølge som til slutt vil nå land. Når en soldat langs kysten ser shockwave, stiger han hånden. Archimedes ser når hver soldat stiger hånden og umiddelbart føler hvor shockwave ble generert, derav hvor fiendens skip er. Og hvis ingen Roman faller i vannet, Archimedes fortsatt kan generere en sterk shockwave fra land. En del av det vil sprette tilbake på skipet og soldatene kan rekke opp hånden når refleksjonen kommer tilbake. Tiden shift for hver hånd er ledetråd til skipets posisjon. Radarer heller bruke en kontinuerlig bølge og stole på faseforskyvningen ... Og forresten, er bølgen som spretter tilbake og kommer på kysten, måter å svak for en soldat å legge merke til det, fordi havet er naturlig kupert med bølger. Men moderne elektronikk klarer å oppdage det svake signalet uansett, "ved å summere opp observasjoner av alle soldater og over noen tidsperiode". Nå tilbake til våre pilarer. Et sett av antenner kan plasseres et eller annet sted mellom dem:

antenas between pillars

De er kablet mot en sentral enhet som gjør summen av deres signaler, for å få en enkel og sterkere signal:

Problemet er at hver antenne mottar bølgen med en annen fase. For eksempel, er den laveste antennen på bildet og en igjen av det, ligger i en sone med samme bølge fasen (cyan farge ...) Oppsummering deres signaler vil gi et sterkere signal. Men andre antenner er i soner med ulike faser, derav bare summere opp alle sine signaler vil gi et dårlig resultat. En faseforskyvning element må settes inn for hver antenne, for å ha signalene ankommer med samme fase i oppsummeringen enheten:

Hver faseforskyvningen element har til å være innstilt. Dette kan gjøres av programvare. En antenne kan velges som referanse, blir de andre hemmet, deretter hver en i sin tur er aktivert og dets forskyvning element er innstilt å få en optimal signal. De antenner som gir et lavt signal kan da holdes inhibert redusere støy. Praktisk talt, ville dette ligne de WiFi rutere som har to antenner på baksiden. Men det ville være mye mer enn to antenner. Kanskje ti eller hundre. Dette vil gjøre ruteren har litt volum ... Det ville ikke være praktisk på en mobiltelefon ... Men det vil fortsatt være praktisk i mange tilfeller og volumet vil avta over noen tiår, når kortere bølgelengder blir brukt. Fases elementene som brukes i radarer er topp teknologi og kan være svært dyrt. Men for søknaden diskutert her, rudimentære faseskiftere er tilstrekkelig og kostnadene er ubetydelig. Det er som stemplene i en trompet, som endrer banen av instrumentet ved å endre lengden av den resonerende røret. To "stempler" ville være nok til å hensiktsmessig endre fasen av et signal. Hver "stempel" ville være noen SMD komponenter ... En fordel med parabolske antenner er at den samme frekvensen kan brukes av forskjellige par kommunisere antenner i samme rekke. Hver antenne bare "ser" den som den har til og vil ikke motta signal fra en annen emitter. Eller til minst, vil signalet fra den tiltenkte korrespondent være mye sterkere. Dette kan også oppnås mellom søylene. Animasjonen nedenfor viser to bølgemønstre. En er skapt av en emitter på et gitt sted, og den andre en av en emitter litt til side av den. Dersom settet av faseskiftere av en mottaker er innstilt for en antenne, vil det ikke få den andre antennen godt ...

different wave patterns between pillars

Gjensidig, enhver endring i den omkringliggende, enda en person flytting, kan endre bølgemønster og gjøre fases elementer må omstille. Dette innebærer at valg for stillingene av senderne og mottakerne bør ta hensyn til sannsynligheten for å bli forstyrret av bevegelser.

Trikset fungerer begge veier. En emitter også kan bruke et sett av faset elementer, for å skape forskjellige bølgemønstre og privilegium en mottaker eller en annen mellom søylene. Selv om mottakeren har en enkelt antenne, kan emitter tune sine trinnvis elementene slik at mottakeren er i en sone hvor bølgen er sterk. Hvis elementene i emitter er nær nok til hverandre, så det kan oppnå noen retningsvirkning, som i mange tilfeller gjør det mulig å øke effekten på mottakeren, selv om mottakeren ikke er direkte synlig for emitter. Hvis matrisen med søylene var helt omgitt av en tett mesh av elementer, så det ville være mulig å lage en enkelt sone hvor bølgen er sterk; hvor mottakeren befinner seg. Dette ville være optimal ... men hvis man er klar til å plassere det mye elementer, så det ville trolig være mer nyttig å bare plassere en uavhengig element på hver søyle ... Og hvis elementer ligger overalt og er alltid i sikte, så bedre bruk ufarlig infrarødt eller synlig lys modulert ved høy frekvens, i stedet radiobølger ... (Et skall av elementer kan ha andre anvendelser likevel, som i tomografi, 3D produksjon, minner ...) Samlet sett bør dette gi for å skape mindre elektromagnetisk forurensning for en samme volum på dataoverføringer.   Oversatt s http://www.4p8.com/eric.brasseur/focus_in_chaos.html Hjemmeside
Globe Views

Copyright™ 2014: «QRATOR Creative Technologies»