Tại sao sóng 5GHz xuyên tường kém hơn 2.4GHz?
Chào các bạn,
Tiếp nối những câu chuyện đã nêu trong bài viết Article 02 – WiFi 5GHz yếu, 2.4GHz ổn: 3 sai lầm cần tránh khi xử lý, liệu các bạn có bao giờ tự đặt câu hỏi:
“Vậy tại sao, sóng 5GHz lại cho khả năng xuyên tường kém hơn 2.4GHz?”
và
“Căn cứ khoa học nào có thể giải thích cho hiện tượng này?”
Trong bài viết tuần này, mình sẽ tiếp cận vấn đề từ một góc nhìn khoa học hơn và đưa ra 2 công thức có liên quan trực tiếp đến 2 câu hỏi trên, qua đó giải thích lý do tại sao sóng 5GHz lại cho khả năng xuyên tường kém hơn sóng 2.4GHz.
I. Một bước sóng của 2.4GHz và 5GHz dài bao nhiêu?
Đi từ công thức tính chiều dài bước sóng:
c – vận tốc ánh sáng – đơn vị m/s
f – tần số sóng – đơn vị Hz
Áp dụng các tần số trong 2 băng tần 2.4GHz và 5GHz, sẽ cho ra kết quả:
- 1 bước sóng (của 1 tần số) trong băng tần 2.4GHz dài khoảng: ~12.5cm
- 1 bước sóng (của 1 tần số) trong băng tần 5GHz dài khoảng: ~6cm
Như vậy, băng tần 5GHz có bước sóng ngắn hơn khá nhiều so với băng tần 2.4GHz, điều này đồng nghĩa với việc khi truyền trong không gian tự do, sóng của băng tần 5GHz sẽ có xu hướng dễ dàng bị cản trở, chắn, hoặc suy hao bởi các vật thể hơn so với 2.4GHz.
Và quan trọng hơn, dù không có vật thể chắn sóng, sóng 5GHz vẫn sẽ suy hao nhiều hơn so với 2.4GHz, theo nguyên lý Suy hao trong không gian tự do (FSPL).
II. Vì sao sóng 5GHz dễ bị vật cản hấp thụ và suy hao hơn?
Đối với câu hỏi trên, có thể dựa vào công thức về Năng lượng photon sóng điện từ (E – RF Energy), được mô tả ở hình ảnh dưới đây (đi kèm các giải thích)
Qua đó, chúng ta sẽ rút ra được 2 thông tin quan trọng liên quan:
1, Sự hấp thụ năng lượng ở cấp độ phân tử:
Sóng điện từ (RF) mang năng lượng (RF Energy) và khi di chuyển gặp phải vật cản, một phần của năng lượng (RF Energy) sẽ bị chuyển hóa thành nhiệt.
Đây chính là hiện tượng hấp thụ (Absorption) của sóng khi gặp phải vật cản.
2, Đặc tính hấp thụ của tần số cao:
Quy luật chung: Tần số cao hơn sẽ bị suy hao nhiều hơn khi đi qua vật cản.
i. Băng tần 5GHz có bước sóng (𝜆) ngắn hơn so với 2.4GHz, nên mức năng lượng của hạt photon sóng điện từ (E – RF Energy) sẽ cao hơn 2.4GHz. Khi xảy ra va chạm với các hạt phân tử của vật cản, sóng sẽ dễ dàng gặp hiện tượng hấp thụ (absorption) và chuyển hóa thành nhiệt, cộng với có thể là hiện tượng phản xạ (reflection). Như vậy tín hiệu sẽ chịu “tổn thất” lớn hơn so với 2.4GHz.
Góc tưởng tượng: Giống như một chiếc xe đang lao đi với tốc độ cao, khi xảy ra va chạm với vật thể, nó sẽ bị dừng hẳn lại đột ngột, hoặc văng đi theo các hướng rất xa. Trong tình huống này, tổn thất sẽ rất lớn.
ii. Ngược lại, băng tần 2.4GHz với bước sóng (𝜆) lớn hơn so với 5GHz, nên mức năng lượng của hạt photon sóng điện từ (E – RF Energy) sẽ thấp hơn 5GHz. Khi xảy ra va chạm với các hạt phân tử của vật cản, sóng sẽ có xu hướng len lỏi, đi vòng qua vật thể chắn, đó là hiện tượng nhiễu xạ (diffract). Như vậy tín hiệu sẽ chịu “tổn thất” ít hơn so với 5GHz.
Góc tưởng tượng: Cũng về một chiếc xe nhưng khi di chuyển đi với tốc độ thấp, trước nguy cơ xảy ra va chạm với vật thể, chủ xe sẽ có cơ hội để từ từ điều chỉnh tay lái và vòng qua (né) vật thể, hoặc chỉ quẹt sượt qua. Đương nhiên trong tình huống này tổn thất sẽ nhỏ hơn.
*** Kết luận ***
Như vậy, thông qua bài viết, các bạn kỹ sư có thể ghi nhớ hai ý quan trọng:
1, Với bước sóng ngắn hơn, sóng 5GHz có xu hướng dễ dàng bị cản trở, chắn, hoặc suy hao bởi các vật thể hơn so với 2.4GHz.
2, Với tần số cao hơn, sóng 5GHz sẽ dễ dàng gặp phải hiện tượng hấp thụ năng lượng khi gặp vật chắn và suy hao nhiều hơn so với 2.4GHz, được giải thích theo cơ chế về năng lượng photon sóng điện từ (E – RF Energy).
Nếu các bạn có quan điểm giải thích khác mình, hãy để lại ý kiến ở phần comment bên dưới nhé.
The Engineer Stories – Hoàng Duy
