Перейти к содержанию

Частота, период и длина волны

Введите частоту, период или длину волны — калькулятор посчитает остальное, а также λ/2 и λ/4 для антенн и отрезков линии. Для волны в кабеле задайте коэффициент укорочения.

Исходные данные

Что известно

с приставкой: 50 Гц, 433,92 МГц, 2,4 ГГц

скорость волны в линии относительно скорости света

Результат

Длина волны λ
690,9 мм
Период
2,305 нс
λ/2
345,4 мм
λ/4
172,7 ммчетвертьволновый штырь, отрезок линии
Задержка в линии
3,336 нс/м

Электромагнитная волна за один период проходит расстояние, равное длине волны. Поэтому частота, период и длина волны однозначно связаны: зная одно, можно найти остальное. Длина волны нужна при расчёте антенн, отрезков линий передачи и задержек в кабелях, период — в цифровой технике и при работе с осциллографом.

Формулы

λ=vf,v=c⋅k,T=1f,\lambda = \frac{v}{f}, \qquad v = c \cdot k, \qquad T = \frac{1}{f},

где c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме, k — коэффициент укорочения среды, T — период. В воздухе скорость света меньше лишь на 0,03 %, поэтому для воздуха берут k = 1. В линии со сплошным диэлектриком

k=1εr,k = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_r}},

где εr — диэлектрическая проницаемость изоляции: для полиэтилена (εr ≈ 2,25) k ≈ 0,66, для фторопласта (εr ≈ 2,1) k ≈ 0,69.

Типовые частоты и длины волн

Длины волн в свободном пространстве:

ЧастотаГде встречаетсяПериодλλ/4
50 Гцсеть20 мс5996 км1499 км
1 кГцзвуковой тон1 мс299,8 км74,95 км
13,56 МГцISM, RFID, NFC73,75 нс22,11 м5,527 м
27,12 МГцISM, Си-Би36,87 нс11,05 м2,764 м
100 МГцFM-радио10 нс2,998 м749,5 мм
433,92 МГцISM, брелоки, модули2,305 нс690,9 мм172,7 мм
868 МГцSRD, LoRa1,152 нс345,4 мм86,35 мм
2,45 ГГцISM, Wi-Fi, Bluetooth0,4082 нс122,4 мм30,59 мм
5,8 ГГцISM, Wi-Fi0,1724 нс51,69 мм12,92 мм

Антенна λ/4

Самая распространённая антенна для радиомодулей — четвертьволновый штырь над «землёй»: полигоном платы, корпусом или противовесом. Для 433,92 МГц λ/4 = 172,7 мм, для 868 МГц — 86,35 мм, для 2,45 ГГц — 30,59 мм.

Расчётная длина λ/4 — отправная точка. Резонанс реального штыря получается при длине на несколько процентов меньше, и укорочение тем больше, чем толще проводник. На резонанс влияют корпус, рука и соседние детали, поэтому длину берут из документации модуля или подстраивают по минимуму КСВ.

Волна в кабеле

В кабеле волна распространяется медленнее, чем в воздухе, и длина волны во столько же раз меньше. Это важно для отрезков линии, которые работают как трансформаторы сопротивлений или фазовращатели: четвертьволновый отрезок кабеля RG-58 на 433,92 МГц имеет длину 0,66 · 172,7 ≈ 114 мм, а не 172,7 мм.

Кабель или средаДиэлектрикКоэффициент укорочения
Воздух—1
LMR-400вспененный полиэтилен0,85
Кабель с фторопластовой изоляциейPTFE≈ 0,69
RG-58сплошной полиэтилен0,66

Из коэффициента укорочения следует и задержка сигнала: в воздухе волна проходит метр за 3,34 нс, в кабеле RG-58 — за 5,05 нс. При длине кабеля 10 м это 50 нс — заметная величина для синхронных интерфейсов и при сравнении сигналов на осциллографе.

Резонансную частоту контура, для которой нужна длина волны, удобно найти в калькуляторе LC-контура, перевод мощности в дБм — в калькуляторе децибел.

Частые вопросы

Какая длина волны у частоты 433 МГц?

В воздухе λ = c / f = 299 792 458 / 433 920 000 ≈ 0,691 м. Четверть волны — 172,7 мм, половина — 345,4 мм. Такие отрезки используют как штыревые антенны для радиомодулей и брелоков на 433 МГц.

Какой длины сделать антенну для модуля 433 МГц?

Обычно это четвертьволновый штырь: около 17 см провода, припаянного к выводу антенны модуля. Резонанс реального штыря получается при длине немного меньше λ/4 и зависит от толщины провода и окружения, поэтому точную длину берут из документации модуля или подстраивают по КСВ. Штырю нужна «земля» — полигон платы или противовес.

Как перевести частоту в период?

Период — величина, обратная частоте: T = 1 / f. Сеть 50 Гц — 20 мс, тон 1 кГц — 1 мс, кварц 16 МГц — 62,5 нс. В калькуляторе период можно вводить с приставкой: 20 мс, 62,5 нс.

Что такое коэффициент укорочения кабеля?

Отношение скорости волны в кабеле к скорости света. В кабеле с полиэтиленовым диэлектриком, например RG-58, это 0,66: волна в нём короче, чем в воздухе, а сигнал проходит метр кабеля за 5 нс вместо 3,3 нс. Значение указывают в даташите кабеля как velocity of propagation.

Источники

  1. BIPM. The International System of Units (SI Brochure), 9th edition — скорость света в вакууме c = 299 792 458 м/с точно — на ней основано определение метра
  2. Belden 8240. RG-58/U type coax cable, datasheet — диэлектрик — сплошной полиэтилен, номинальная скорость распространения 66 %
  3. Times Microwave Systems. LMR-400 flexible low loss coaxial cable, datasheet — диэлектрик — вспененный полиэтилен, скорость распространения 85 %

Обновлено . Нашли ошибку в расчёте? Напишите нам.