Вълната е смущение, което прехвърля енергия през среда или пространство с пренебрежимо малък или никакъв обмен на маса. Съществуват различни видове вълни, които предоставят много различни видове услуги. Електромагнитни вълни са широко използвани в инженерни приложения . Използваме вълнови форми в различни видове приложения като безжични комуникация , Радар, Изследване на космоса , Морска, Радио навигация, Дистанционно зондиране и др ... Сред тези приложения някои използват управлявана среда за изпращане на вълни, докато някои използват неуправляемата среда. В тази статия бихме знаели как свойствата на средата влияят върху разпространението на вълните и различни начини, по които вълната се разпространява.

Какво е разпространение на вълни? - Определение

Електромагнитните вълни се генерират от излъчената мощност от носещия ток шофьор . В проводници, част от генерирана мощност избягва и се разпространява в свободно пространство под формата на Електромагнитна вълна , който има вариращо във времето електрическо поле, магнитно поле и посока на разпространение, ортогонални един на друг.

Излъчен от изотропен предавател, тези вълни пътуват по различни пътища, за да достигнат приемника. Пътят, по който вълната преминава от предавателя и достига приемника, е известен като Разпространение на вълни.

Електромагнитно (EM) или разпространение на радиовълни

Когато изотропен радиатор се използва за предаване на ЕМ вълните получаваме сферични вълнови фронтове, както е показано на фигурата, защото излъчва ЕМ вълни равномерно и еднакво във всички посоки. Тук центърът на сферата е радиаторът, докато радиусът на сферата е R. Ясно е, че всички точки на разстоянието R, лежащи на повърхността на сферата, имат еднаква плътност на мощността.

Сферичен фронт на вълната

Е вълните се движат в свободното пространство със скоростта на светлината, т.е. c = Но EM вълните пътуват през друга среда, скоростта намалява. Скоростта на EM вълните във всяка среда, различна от свободното пространство, се определя от,

където c е скоростта на светлината и е относителната диелектрична проницаемост на средата.

ЕМ вълните предават енергия чрез поглъщане и повторно излъчване на вълновата енергия от атомите в средата. Атомите абсорбират енергията на вълната, претърпяват вибрации и предават енергията чрез повторно излъчване на ЕМ със същата честота. Оптичната плътност на средата влияе върху разпространението на ЕМ вълни.

Уравнение за разпространение на вълните

Вълните поемат по много маршрути, за да стигнат до приемника. Много параметри решават пътя, преминаван от вълната, като височини на предаване и приемане антени , ъгълът на изстрелване в предавателния край, честотата на работа поляризация и т.н. ...

Много от свойствата на вълните се модифицират по време на разпространението, като отражение, пречупване, дифракция и т.н. ... поради промяната на параметрите на разпространяващата се среда като проводимост, диелектрична проницаемост, пропускливост и характеристики на препятстващи обекти.

Обикновено, когато мощността се излъчва в свободното пространство, енергията на вълната може да се излъчва или абсорбира от обектите в средата. Така че, докато предавате вълна през среда, от съществено значение е да се изчисли загубата, която може да бъде причинена на вълната. Тази загуба се нарича Загуба на радиопредаване , който се основава на закон на обратния квадрат на оптиката и се изчислява като отношение на излъчената мощност към получената мощност.

Радио верига Friis Free Space

Както знаем, че когато се използва изотропен предавател, мощността се разпределя еднакво, средната мощност може да се изрази като излъчена мощност като,

Насочеността на тестовата антена се дава от

Да приемем, че приемащата антена получава цялата генерирана мощност от радиовълните без загуба. Позволява да бъде максималната мощност, получена от приемната антена при съответствие на условията на натоварване. Кога е ефективният отвор на приемащата антена, можем да запишем като,

“трифазен асинхронен двигател с клетка ”

Като цяло, насочеността и ефективността бленда площ за която и да е антена е свързана като

Позволявам е насочеността на приемащата антена. Тогава,

Замествайки стойността в (3), получаваме,

Това уравнение е известно като Основно уравнение за разпространение на свободно пространство, известно още като Прясно уравнение на свободното пространство. Факторът ( λ / 4πr)^две се нарича загуба на свободно пространство, което показва загубата на сигнала. Загубата на пътя може да бъде изразена като

Можем да изразим уравнението (6) в dB като,

Получената мощност може да бъде изразена като

Което при опростяване се дава като,

Тук разстоянието r се изразява в километри, докато честотата f се изразява в MHz . Това показва загуба поради разпространението на вълната, когато се разпространява извън източника.

Видове разпространение на вълни

Разпространението на електромагнитни вълни или радиовълни, преминаващи през земната среда, зависи не само от техните свойства, но и от свойствата на околната среда. Има различни пътища на разпространение, по които предадените вълни могат да достигнат приемника. Всички тези режими зависят от честотата на работа, разстоянието между предавателя и приемника и т.н. ...

Разпространение на вълни

Наричат се вълните, които се разпространяват близо до земната повърхност ЗЕМНИ ВЪЛНИ. Този тип разпространение е възможно, когато предавателната и приемащата антена са затворени към земната повърхност.
Наземните вълни, които пътуват без никакво отражение, се наричат директни вълни или космически вълни.
Наземните вълни, които се разпространяват към приемната антена чрез отражението от земната повърхност, се наричат Наземно отразени вълни или Повърхностни вълни.
Вълните, които достигат до приемната антена поради разсейване и отражение от йонизацията в горните слоеве на атмосферата, се наричат Skywaves.
Вълните, които се отразяват или разпръскват в тропосферата преди да достигнат антената, се наричат тропосферни вълни.

Разпространение на земна вълна или повърхностна вълна

Подземната вълна пътува по повърхността на земята. Тези вълни са вертикално поляризирани. Така че, вертикалните антени са полезни за тези вълни. Ако хоризонтално поляризирана вълна се разпространява като земна вълна, поради проводимостта на земята, електрическото поле на вълната се късо съединение.

Когато земната вълна се отдалечава от предавателната антена, тя се отслабва. За да се сведе до минимум тази загуба, пътят на предаване трябва да е над земята с висока проводимост. По отношение на това състояние морската вода трябва да бъде най-добрият проводник, но беше забелязано, че голямото съхранение на вода в езера, пясъчна или скалиста почва показва максимални загуби.

Следователно нискочестотни предаватели с висока мощност, използващи разпространение на земни вълни, за предпочитане са разположени на океански фронтове. Тъй като загубите на земята бързо се увеличават с честота, това разпространение се използва практически само за сигнали до честота 2 MHz.

За излъчване на средни вълни, въпреки че земните вълни са предпочитани, част от енергията се предава на йоносферата. Но през деня енергията се абсорбира напълно от йоносферата, а през нощта йоносферата отразява енергията обратно на земята. Така че целият излъчен сигнал, получен през деня, се дължи само на наземна вълна.

Максималният обхват на разпространение на земната вълна зависи не само от честотата, но и от мощността на предавателя. Тъй като земните вълни преминават над повърхността на земята, те също се наричат повърхностни вълни.

Разпространение на SkyWave

Всяка дълга радиовръзка на средни и високи честоти се осъществява с помощта на разпространение на небето. В този режим се използва отражение на ЕМ вълни от йонизираната област в горната част на земната атмосфера за предаване на вълни на по-големи разстояния.

Тази част от атмосферата се нарича йоносфера, която е на около 70-400 км височина. Йоносферата отразява обратно EM вълните, ако честотата е между 2 и 30 MHz. Следователно този начин на разпространение се нарича още разпространение на къси вълни.

Използването на точка за разпространение на небесните вълни до точка комуникация е възможно на големи разстояния. С многобройните отражения на небесните вълни е възможна глобална комуникация на изключително големи разстояния.

Но недостатък е, че сигналът, получен в приемника, е избледнял поради голям брой вълни, следващи голям брой различни пътища, за да достигне приемащата точка.

Разпространение на космическите вълни

Когато имаме работа с ЕМ вълни с честота между 30 MHz до 300 MHz, тогава разпространението на космическите вълни е полезно. Тук свойства на Тропосфера се използват за предаване.

Когато работи в режим на разпространение на космически вълни, вълната достига приемната антена директно от предавателя или след отражение от тропосфера, която се намира на около 16 км над земната повърхност. Следователно режимът на космическата вълна се състои от два компоненти .i.e. директна вълна и косвена вълна .

Въпреки че тези компоненти се предават едновременно с една и съща фаза, те могат да достигнат във фазата или извън фазата помежду си в края на приемника в зависимост от различните дължини на пътя. По този начин, на страната на приемника силата на сигнала е векторната сума на силите на директни и индиректни вълни.

Пространството разпространение на вълната режим се използва за разпространение на много високи честоти.

Кое от разпространението се използва за излъчване на къси вълни

Излъчването на къси вълни обикновено се осъществява в честотния диапазон от 1,7 - 30 MHz. Както видяхме по-горе, честотите в този диапазон се разпространяват чрез режим на разпространение на Skywave.

В зависимост от честотата или дължината на вълната електромагнитните вълни произвеждат различни въздействия в различни материали и устройства. Следователно, различните части на електромагнитен спектър се използват за различни приложения. Кое от разпространението на вълната ви интригува? Приложение на кой от режимите на разпространение ви се струва предизвикателно.