Vlna je porucha, ktorá sa prenáša energie stredom alebo vesmírom so zanedbateľným alebo žiadnym prenosom hmoty. Existuje niekoľko druhov vĺn, ktoré poskytujú veľa rôznych druhov služieb. Elektromagnetické vlny sú široko používané v strojárske aplikácie . Krivky používame v rôznych druhoch aplikácií, ako napríklad v bezdrôtových sieťach komunikácia , Radar, Prieskum vesmíru , Námorná doprava, Rádiová navigácia, Diaľkový prieskum atď. Medzi týmito aplikáciami niektoré používajú navádzané médium na vysielanie vĺn, zatiaľ čo iné využívajú neriadené médium. V tomto článku by sme vedeli, ako vlastnosti média ovplyvňujú šírenie vĺn a rôzne spôsoby, ako sa vlna šíri.
Čo je to Wave Propagation? - Definícia
Elektromagnetické vlny sú generované vyžarovanou energiou z vedenia prúdu vodič . Vo vodičoch je súčasťou generovaná energia uniká a šíri sa do voľného priestoru vo forme Elektromagnetická vlna , ktoré má časovo premenlivé elektrické pole, magnetické pole a smer šírenia navzájom kolmé.
Vyžarované z izotropný vysielač, tieto vlny cestujú rôznymi cestami, aby sa dostali k prijímaču. Cesta, ktorú vlna uberá na ceste z vysielača a k prijímaču, je známa ako Šírenie vĺn.
Elektromagnetické (EM) alebo rádiové vlnenie
Keď izotropný žiarič sa používa na prenos EM vĺn dostaneme sférické čelné strany, ako je to znázornené na obrázku, pretože vyžaruje EM vlny rovnomerne a rovnako vo všetkých smeroch. Tu je stred gule žiaričom, zatiaľ čo polomer gule R. Je zrejmé, že všetky body vo vzdialenosti R ležiace na povrchu gule majú rovnaké silové hustoty.
Sférická vlna
Vlny E cestujú vo voľnom priestore rýchlosťou svetla. Tj. c = Ale EM vlny prechádzajú cez iné médium, rýchlosť sa znižuje. Rýchlosť EM vĺn v akomkoľvek prostredí inom ako vo voľnom priestore je dané, 
kde c je rýchlosť svetla a je relatívna permitivita média.
EM vlny prenášajú energiu absorpciou a opätovnou emisiou energie vĺn atómami v médiu. Atómy absorbujú vlnovú energiu, prechádzajú vibráciami a energiu odovzdávajú opätovnou emisiou EM s rovnakou frekvenciou. Optická hustota média ovplyvňuje šírenie EM vĺn.
Rovnica šírenia vĺn
Vlny vedú na ceste mnohými cestami, aby sa dostali k prijímaču. O ceste vlnou rozhoduje veľa parametrov, napríklad výšky vysielania a prijímania antény , uhol spustenia na vysielacom konci, frekvencia činnosti polarizácia atď…
Mnoho vlastností vln sa počas šírenia modifikuje, napríklad odrazom, lomom, difrakciou atď ... v dôsledku variácie parametrov množiacich sa médií, ako sú vodivosť, permitivita, permeabilita a vlastnosti prekážajúcich objektov.
Spravidla, keď je energia vyžarovaná vo voľnom priestore, môže byť energia vĺn vyžarovaná alebo absorbovaná objektmi v médiu. Takže pri prenose vlny médiom je nevyhnutné vypočítať stratu, ktorá môže vlne spôsobiť. Táto strata sa nazýva Strata rádiového prenosu , ktorý vychádza z zákon optiky s inverznými štvorcami a počíta sa ako pomer vyžarovaného výkonu k prijatému výkonu.
Rádiový okruh voľného priestoru Friis
Ako vieme, že keď sa použije izotropný vysielač, výkon sa distribuuje rovnako, priemerný výkon možno vyjadriť ako vyžiarený výkon ako,
Smerovosť testovacej antény je daná vzťahom
Predpokladajme, že prijímacia anténa prijíma všetku generovanú energiu z rádiových vĺn bez akejkoľvek straty. Dovolenkou je maximálny výkon prijatý anténou prijímača za podmienok zhodného zaťaženia. Kedy je efektívna clona prijímacej antény, môžeme písať ako,
Všeobecne platí, že smernosť a efektívne clona plocha pre ľubovoľnú anténu súvisí s
Nech je smerovosť prijímacej antény. Potom,
Dosadením hodnoty v (3) dostaneme,
Táto rovnica je známa ako Základná rovnica šírenia voľného priestoru, známa tiež ako Čerstvé rovnica voľného priestoru. Faktor ( λ / 4πr)dva sa nazýva strata dráhy voľného priestoru, čo naznačuje stratu signálu. Stratu cesty je možné vyjadriť ako
Rovnicu (6) môžeme vyjadriť v dB ako,
Prijatý výkon možno vyjadriť ako
Čo sa po zjednodušení uvádza ako,
Tu je vzdialenosť r vyjadrená v kilometroch, zatiaľ čo frekvencia f je vyjadrená v MHz . To naznačuje stratu v dôsledku šírenia vĺn, ktoré nastáva pri jej šírení zo zdroja.
Druhy vlnového šírenia
Šírenie elektromagnetických vĺn alebo rádiových vĺn prechádzajúcich prostredím Zeme závisí nielen od ich samotných vlastností, ale aj od ich vlastností. Existujú rôzne cesty šírenia, ktorými sa prenášané vlny môžu dostať k prijímaču. Všetky tieto režimy závisia od frekvencie prevádzky, vzdialenosti medzi vysielačom a prijímačom atď.
Šírenie vĺn
- Vlny, ktoré sa šíria v blízkosti zemského povrchu, sa nazývajú POZEMNÉ VLNY. Tento typ šírenia je možný, keď sú vysielacia aj prijímacia anténa uzavreté k zemskému povrchu.
- Pozemné vlny, ktoré sa pohybujú bez akéhokoľvek odrazu, sa nazývajú priame vlny alebo vesmírne vlny.
- Pozemné vlny, ktoré sa šíria do prijímacej antény prostredníctvom odrazu od zemského povrchu, sa nazývajú vlny odrazené od zeme alebo povrchové vlny.
- Vlny, ktoré sa dostávajú do prijímacej antény v dôsledku rozptylu a odrazu ionizáciou v horných vrstvách atmosféry, sa nazývajú Skywaves.
- Vlny, ktoré sa odrážajú alebo rozptýlia v troposfére pred dosiahnutím antény, sa nazývajú vlny troposféry.
Šírenie pozemných alebo povrchových vĺn
Pozemná vlna cestuje po povrchu Zeme. Tieto vlny sú vertikálne polarizované. Pre tieto vlny sú teda užitočné vertikálne antény. Ak sa horizontálne polarizovaná vlna šíri ako prízemná vlna, dôjde v dôsledku vodivosti zeme k skratu elektrického poľa vlny.
Keď sa zemská vlna vzďaľuje od vysielacej antény, zoslabuje sa. Aby sa minimalizovala táto strata, musí byť prenosová cesta nad zemou s vysokou vodivosťou. S ohľadom na tento stav by mala byť najlepším vodičom morská voda, ale pozorovalo sa, že veľké straty vody v rybníkoch, piesčitá alebo kamenistá pôda vykazujú maximálne straty.
Preto sú vysoko výkonné nízkofrekvenčné vysielače využívajúce šírenie prízemných vĺn prednostne umiestnené na oceánskych frontoch. Pretože straty na zemi rýchlo rastú s frekvenciou, toto šírenie sa používa prakticky iba pre signály do frekvencie 2 MHz.
Pre vysielanie strednými vlnami sa uprednostňujú pozemné vlny, časť energie sa prenáša do ionosféry. Ale počas dňa je energia úplne absorbovaná ionosférou a počas noci ionosféra odráža energiu späť na Zem. Takže všetok vysielaný signál prijatý počas dňa je spôsobený iba pozemnou vlnou.
Maximálny rozsah šírenia pozemných vĺn závisí nielen od frekvencie, ale aj od výkonu vysielača. Keď pozemské vlny prechádzajú cez povrch Zeme, nazývajú sa aj povrchové.
Propagácia SkyWave
Každá dlhá rádiová komunikácia stredných a vysokých frekvencií sa uskutočňuje pomocou šírenia nebeských vĺn. V tomto režime sa na prenos vĺn na väčšie vzdialenosti používa odraz EM vĺn z ionizovanej oblasti v hornej časti zemskej atmosféry.
Táto časť atmosféry sa nazýva ionosféra, ktorá je vo výške asi 70 - 400 km. Ionosféra odráža späť EM vlny, ak je frekvencia medzi 2 až 30 MHz. Preto sa tento spôsob šírenia nazýva aj šírením krátkych vĺn.
Je možné použiť komunikáciu šírenia oblohy z bodu do bodu na veľké vzdialenosti. Vďaka mnohonásobným odrazom vln oblohy je možná globálna komunikácia na extrémne veľké vzdialenosti.
Nevýhodou však je, že signál prijatý prijímačom vybledol kvôli veľkému počtu vĺn, ktoré sledujú veľký počet rôznych dráh na dosiahnutie prijímacieho bodu.
Propagácia vesmírnych vĺn
Pokiaľ máme do činenia s EM vlnami s frekvenciou medzi 30 MHz a 300 MHz, potom je užitočné šírenie vesmírnych vĺn. Tu sú vlastnosti Troposféra sa používajú na prenos.
Pri prevádzke v režime šírenia vesmírnych vĺn sa vlna dostane k prijímacej anténe priamo z vysielača alebo po odraze od troposféry, ktorá sa nachádza asi 16 km nad zemským povrchom. Režim vesmírnych vĺn teda pozostáva z dvoch komponenty tj. priama vlna a nepriama vlna .
Aj keď sa tieto komponenty prenášajú súčasne s rovnakou fázou, môžu sa vo vnútri fázy alebo mimo fázy navzájom dostať na konci prijímača v závislosti od rôznych dĺžok dráhy. Teda na strane signálu prijímača je vektorový súčet síl priamych a nepriamych vĺn.
Vesmír šírenie vĺn režim sa používa na šírenie veľmi vysokých frekvencií.
Ktorá z propagácií sa používa na krátke vlnové vysielanie
Krátkovlnné vysielanie sa zvyčajne uskutočňuje vo frekvenčnom rozsahu 1,7 - 30 MHz. Ako sme videli vyššie, frekvencie v tomto rozsahu sa šíria prostredníctvom režimu šírenia Skywave.
V závislosti od frekvencie alebo vlnovej dĺžky produkujú elektromagnetické vlny rôzne ovplyvnené rôznymi materiálmi a zariadeniami. Preto sú tu rôzne časti elektromagnetické spektrum sa využívajú pre rôzne aplikácie. Ktoré z rozšírení vĺn vás zaujíma? Aplikácia toho, ktorý z režimov šírenia je podľa vás náročná.
