Valul este o tulburare care se transferă energie prin mediu sau spațiu cu transfer de masă neglijabil sau fără cantitate. Există diferite tipuri de valuri care oferă multe tipuri diferite de servicii. Undele electromagnetice sunt utilizate pe scară largă în aplicații inginerești . Folosim forme de undă în diferite tipuri de aplicații, cum ar fi wireless comunicare , Radar, Explorarea spațiului , Marine, navigație radio, teledetecție etc ... Printre aceste aplicații, unele utilizează mediul ghidat pentru trimiterea undelor, în timp ce altele folosesc mediul neguidat. În acest articol, am ști cum afectează proprietățile mediului propagarea undelor și diferitele moduri în care o undă se propagă.
Ce este propagarea valurilor? - Definiție
Undele electromagnetice sunt generate de puterea radiată de la transportul curentului conducător auto . În dirijori, o parte din puterea generată scapă și se propagă în spațiul liber sub forma Unda electromagnetica , care are un câmp electric, un câmp magnetic și o direcție de propagare care variază în timp ortogonal între ele.
Radiat dintr-un transmițător izotrop, aceste unde se deplasează prin diferite căi pentru a ajunge la receptor. Calea parcursă de undă pentru a călători de la emițător și a ajunge la receptor este cunoscută sub numele de Propagarea valurilor.
Propagarea electromagnetică (EM) sau a undelor radio
Cand radiator izotrop este folosit pentru transmisie a undelor EM obținem fronturi de undă sferice așa cum se arată în figură, deoarece radiază unde EM uniform și egal în toate direcțiile. Aici centrul sferei este radiatorul, în timp ce raza sferei este R. În mod clar, toate punctele de la distanța R, situate pe suprafața sferei au densități de putere egale.
Front sferic de undă
Undele E călătoresc în spațiul liber cu viteza luminii, adică. c = Dar EM valurile se deplasează printr-un alt mediu viteza se reduce. Viteza undelor EM în orice alt mediu decât spațiul liber este dată de, 
unde c este viteza luminii și este permitivitatea relativă a mediului.
Undele EM transmit energie prin absorbție și reemisia energiei valurilor de către atomii din mediu. Atomii absorb energia undelor, suferă vibrații și transmit energia prin reemisia EM de aceeași frecvență. Densitatea optică a mediului afectează propagarea undelor EM.
Ecuația propagării valurilor
Valurile iau multe rute pe drumul lor pentru a ajunge la receptor. Mulți parametri decid calea luată de undă, cum ar fi înălțimile de transmisie și recepție antene , unghiul de lansare la capătul de transmisie, frecvența de funcționare polarizare etc ...
Multe dintre proprietățile undelor se modifică în timpul propagării, cum ar fi reflexia, refracția, difracția etc ... datorită variației parametrilor mediilor de propagare, cum ar fi conductivitatea, permitivitatea, permeabilitatea și caracteristicile obiectelor obstrucționate.
În general, atunci când puterea este radiată în spațiul liber, energia undei poate fi radiată sau absorbită de obiectele din mediu. Deci, în timp ce transmiteți o undă printr-un mediu, este esențial să calculați pierderea care poate fi cauzată undei. Această pierdere se numește Pierderea transmisiei radio , care se bazează pe legea pătrată inversă a opticii și se calculează ca raportul dintre puterea radiată și puterea primită.
Circuitul de radio spațiu liber Friis
După cum știm că atunci când este utilizat un transmițător izotrop, puterea este distribuită în mod egal, puterea medie poate fi exprimată în termeni de putere radiată ca,
Directivitatea unei antene de testare este dată de
Să presupunem că antena de recepție primește toată puterea generată de undele radio fără pierderi. Fie puterea maximă primită de antena receptorului în condiții de încărcare potrivite. Când este diafragma efectivă a antenei de recepție, putem scrie ca,
În general, directivitatea și eficiența deschidere zona pentru orice antenă este legată de
Fie directivitatea antenei de recepție. Atunci,
Înlocuind valoarea în (3) obținem,
Această ecuație este cunoscută sub numele de ecuație fundamentală pentru propagarea spațiului liber, cunoscută și sub numele de Proaspăt ecuația spațiului liber. Factorul ( λ / 4πr)Două se numește pierderea căii de spațiu liber care indică pierderea semnalului. Pierderea căii poate fi exprimată ca
Putem exprima ecuația (6) în dB ca,
Puterea primită poate fi exprimată ca
Care, la simplificare este dat,
Aici distanța r este exprimată în kilometru, în timp ce frecvența f este exprimată în MHz . Aceasta indică pierderea cauzată de răspândirea valurilor care are loc atunci când se propagă din sursă.
Tipuri de propagare a valurilor
Propagarea undelor electromagnetice sau a undelor radio, care trec prin mediul pământului depind nu numai de proprietățile lor, ci și de proprietățile mediului. Există diferite căi de propagare prin care undele transmise pot ajunge la receptor. Toate aceste moduri depind de frecvența de funcționare, distanța dintre emițător și receptor etc.
Propagarea valurilor
- Undele care se propagă lângă suprafața pământului sunt numite UNDE Pământ. Acest tip de propagare este posibil când ambele antene de transmisie și recepție sunt închise la suprafața pământului.
- Undele solului care călătoresc fără nicio reflecție se numesc unde directe sau unde spațiale.
- Undele solului care se propagă către antena de recepție prin reflexia de la suprafața pământului se numesc unde reflectate la sol sau unde de suprafață.
- Undele care ajung la antena de recepție datorită împrăștierii și reflectării prin ionizare în atmosfera superioară se numesc Skywaves.
- Undele care sunt reflectate sau împrăștiate în troposferă înainte de a ajunge la antenă se numesc unde de troposferă.
Propagarea undei de sol sau a undelor de suprafață
O undă terestră călătorește de-a lungul suprafeței pământului. Aceste unde sunt polarizate vertical. Deci, antenele verticale sunt utile pentru aceste unde. Dacă o undă polarizată orizontal se propagă ca undă de sol, datorită conductivității pământului, câmpul electric al undei se scurtcircuitează.
Pe măsură ce unda de la sol se îndepărtează de antena de transmisie, aceasta se atenuează. Pentru a minimiza această pierdere, calea de transmisie trebuie să fie deasupra solului cu conductivitate ridicată. În ceea ce privește această condiție, apa de mare ar trebui să fie cel mai bun conductor, dar sa observat că stocarea mare de apă în iazuri, sol nisipos sau stâncos prezintă pierderi maxime.
Prin urmare, emițătoarele de joasă frecvență de mare putere, utilizând propagări ale undelor solului, sunt de preferință amplasate pe fronturile oceanice. Deoarece pierderile la sol cresc rapid cu frecvența, această propagare este utilizată practic doar pentru semnale de până la frecvența de 2 MHz.
Pentru difuzarea undelor medii, deși sunt preferate undele solului, o anumită energie este transmisă ionosferei. Dar în timpul zilei energia este complet absorbită de ionosferă, iar noaptea ionosfera reflectă energia înapoi pe pământ. Deci, toate semnalele de difuzare primite în timpul zilei se datorează numai undei de sol.
Gama maximă de propagare a undei solului nu depinde doar de frecvență, ci și de puterea emițătorului. Pe măsură ce valurile de la sol trec pe suprafața pământului, ele sunt numite și val de suprafață.
Propagarea SkyWave
Fiecare comunicare radio de lungă durată cu frecvențe medii și înalte este realizată folosind propagarea skywave. În acest mod, reflectarea undelor EM din regiunea ionizată din partea superioară a atmosferei pământului este utilizată pentru transmiterea undelor la distanțe mai mari.
Această parte a atmosferei se numește ionosferă, care are o înălțime de aproximativ 70-400 km. Ionosfera reflectă undele EM înapoi dacă frecvența este cuprinsă între 2 și 30 MHz. Prin urmare, acest mod de propagare se mai numește și propagare cu undă scurtă.
Este posibilă utilizarea comunicării punct la punct de propagare a undelor cerului pe distanțe mari. Cu reflexiile multiple ale undelor cerului, este posibilă comunicarea globală pe distanțe extrem de mari.
Dar un dezavantaj este că semnalul primit la receptor a dispărut din cauza unui număr mare de unde care urmează un număr mare de căi diferite pentru a ajunge la punctul de recepție.
Propagarea undelor spațiale
Când avem de-a face cu unde EM de frecvență între 30 MHz și 300 MHz, atunci propagarea undelor spațiale este utilă. Aici proprietăți ale Troposfera sunt folosite pentru transmisie.
Când funcționează în modul de propagare a undei spațiale, unda ajunge la antena de recepție direct de la transmițător sau după reflectarea din troposferă care este prezentă la aproximativ 16 km deasupra suprafeței pământului. Prin urmare, modul unde spațiale este format din două componente adică. undă directă și val indirect .
Deși aceste componente sunt transmise în același timp cu aceeași fază, ele pot ajunge în interiorul fazei sau în afara fazei între ele la capătul receptorului, în funcție de lungimile diferite ale căii. Astfel, la partea receptorului, puterea semnalului este suma vectorială a forțelor undelor directe și indirecte.
Spatiul propagarea undelor modul este utilizat pentru propagarea frecvențelor foarte mari.
Care dintre propagare este utilizată pentru difuzarea pe unde scurte
Difuzarea pe unde scurte are loc de obicei în intervalul de frecvență de 1,7 - 30 MHz. După cum am văzut mai sus, frecvențele din acest interval sunt propagate prin modul de propagare Skywave.
În funcție de frecvență sau lungimea de undă, undele electromagnetice produc diferite afectate în diferite materiale și dispozitive. Prin urmare, diferitele părți ale spectru electromagnetic sunt utilizate pentru diverse aplicații. Care dintre propagarea undelor te intrigă? Aplicarea careia dintre modurile de propagare vi se pare provocatoare.
