Волна - это нарушение, которое переносит энергия через среду или пространство с незначительным или нулевым массопереносом. Существуют различные типы волн, которые предоставляют множество различных услуг. Электромагнитные волны широко используются в инженерные приложения . Мы используем сигналы в различных типах приложений, например в беспроводных сетях. коммуникация , Радар, Исследование космоса , Морское дело, Радионавигация, Дистанционное зондирование и т. Д. Среди этих приложений некоторые используют управляемую среду для отправки волн, тогда как некоторые используют неуправляемую среду. В этой статье мы узнаем, как свойства среды влияют на распространение волн и различные пути распространения волн.
Что такое распространение волн? - Определение
Электромагнитные волны генерируются излучаемой мощностью от токопроводящей Водитель . В проводниках часть генерируемая мощность ускользает и распространяется в свободное пространство в виде Электромагнитная волна , который имеет изменяющееся во времени электрическое поле, магнитное поле и направление распространения, ортогональные друг другу.
Излучено изотропный передатчик, эти волны проходят разными путями, чтобы достичь приемника. Путь, по которому волна проходит от передатчика и достигает приемника, известен как Распространение волн.
Электромагнитное (ЭМ) или распространение радиоволн
Когда изотропный радиатор используется для коробка передач Из электромагнитных волн мы получаем сферические волновые фронты, как показано на рисунке, потому что они излучают электромагнитные волны равномерно и одинаково во всех направлениях. Здесь центр сферы - излучатель, а радиус сферы равен R. Ясно, что все точки на расстоянии R, лежащие на поверхности сферы, имеют равные плотности мощности.
Сферический волновой фронт
E-волны распространяются в свободном пространстве со скоростью света. c = Но EM волны проходят через другую среду, скорость уменьшается. Скорость электромагнитных волн в любой среде, кроме свободного пространства, определяется как 
где c - скорость света, а - относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Электромагнитные волны передают энергию за счет поглощения и повторного излучения волновой энергии атомами в среде. Атомы поглощают волновую энергию, совершают колебания и передают энергию путем повторного излучения ЭМ той же частоты. Оптическая плотность среды влияет на распространение электромагнитных волн.
Уравнение распространения волны
Волны идут по многим маршрутам, чтобы достичь приемника. Многие параметры определяют путь, по которому проходит волна, например, высота передачи и приема. антенны , угол пуска на передающем конце, частота срабатывания поляризация так далее…
Многие свойства волн изменяются во время распространения, такие как отражение, преломление, дифракция и т. Д.… Из-за изменения параметров распространяющихся сред, таких как проводимость, диэлектрическая проницаемость, проницаемость и характеристики препятствующих объектов.
Обычно, когда энергия излучается в свободном пространстве, энергия волны может излучаться или поглощаться объектами в среде. Таким образом, при передаче волны через среду важно рассчитать потери, которые могут быть вызваны волной. Эта потеря называется Потеря радиопередачи , который основан на закон обратных квадратов оптики и рассчитывается как отношение излучаемой мощности к полученной мощности.
Радиосеть Фриис Свободное пространство
Поскольку мы знаем, что при использовании изотропного передатчика мощность распределяется поровну, средняя мощность может быть выражена в терминах излучаемой мощности как
Направленность тестовой антенны определяется выражением
Предположим, что приемная антенна принимает всю генерируемую мощность радиоволн без каких-либо потерь. Пусть будет максимальной мощностью, принимаемой антенной приемника при согласованной нагрузке. Когда эффективная апертура приемной антенны, мы можем записать как,
В целом направленность и эффективность отверстие площадь для любой антенны связана как
Позвольте быть направленность приемной антенны. Потом,
Подставляя значение в (3), получаем,
Это уравнение известно как основное уравнение распространения в свободном пространстве, также известное как Свежий уравнение свободного пространства. Фактор ( λ / 4πr)два называется потерей на свободном пути, что указывает на потерю сигнала. Потери на трассе можно выразить как
Мы можем выразить уравнение (6) в дБ как
Полученная мощность может быть выражена как
Которая, при упрощении, дается как,
Здесь расстояние r выражается в километрах, а частота f выражается в МГц . Это указывает на потери из-за распространения волны, происходящей при ее распространении от источника.
Типы распространения волн
Распространение электромагнитных волн или радиоволн, проходящих через окружающую среду Земли, зависит не только от свойств самих себя, но и от свойств окружающей среды. Существуют разные пути распространения, по которым передаваемые волны могут достигать приемника. Все эти режимы зависят от частоты работы, расстояния между передатчиком и приемником и т. Д.
Распространение волн
- Волны, распространяющиеся у поверхности земли, называются ЗАЗЕМНЫЕ ВОЛНЫ. Этот тип распространения возможен, когда передающая и приемная антенны закрыты от поверхности земли.
- Земные волны, которые распространяются без отражения, называются прямыми волнами или космическими волнами.
- Земные волны, которые распространяются к приемной антенне через отражение от поверхности земли, называются волнами, отраженными от земли или поверхностными волнами.
- Волны, которые достигают приемной антенны из-за рассеяния и отражения ионизацией в верхних слоях атмосферы, называются небесными волнами.
- Волны, которые отражаются или рассеиваются в тропосфере до достижения антенны, называются тропосферными волнами.
Земная волна или распространение поверхностных волн
Земная волна распространяется по поверхности земли. Эти волны вертикально поляризованы. Таким образом, вертикальные антенны полезны для этих волн. Если горизонтально поляризованная волна распространяется как земная волна, из-за проводимости земли электрическое поле волны закорачивается.
Когда земная волна распространяется от передающей антенны, она затухает. Чтобы свести к минимуму эти потери, путь передачи должен проходить по земле с высокой проводимостью. Что касается этого условия, морская вода должна быть лучшим проводником, но было замечено, что большие запасы воды в прудах, песчаной или каменистой почве приводят к максимальным потерям.
Следовательно, низкочастотные передатчики большой мощности, использующие распространение земных волн, предпочтительно размещать на фронтах океана. Поскольку потери в земле быстро растут с увеличением частоты, такое распространение практически используется только для сигналов с частотой до 2 МГц.
Для вещания на средних волнах, хотя предпочтительны наземные волны, некоторая энергия передается в ионосферу. Но в дневное время энергия полностью поглощается ионосферой, а в ночное время ионосфера отражает энергию обратно на Землю. Таким образом, весь радиосигнал, принимаемый в дневное время, связан только с земной волной.
Максимальный диапазон распространения земной волны зависит не только от частоты, но и от мощности передатчика. Поскольку земные волны проходят по поверхности земли, их также называют поверхностными волнами.
Распространение SkyWave
Каждая длинная радиосвязь на средних и высоких частотах осуществляется с использованием распространения небесных волн. В этом режиме отражение электромагнитных волн от ионизированной области в верхней части земной атмосферы используется для передачи волн на большие расстояния.
Эта часть атмосферы называется ионосферой и находится на высоте около 70-400 км. Ионосфера отражает обратно электромагнитные волны, если частота составляет от 2 до 30 МГц. Следовательно, этот способ распространения также называют распространением коротких волн.
Возможно использование пространственной связи для передачи космических волн на большие расстояния. Благодаря многократным отражениям небесных волн возможна глобальная связь на чрезвычайно больших расстояниях.
Но недостатком является то, что сигнал, принятый в приемнике, затухает из-за большого количества волн, следующих по большому количеству различных путей, чтобы достичь точки приема.
Распространение космической волны
Когда мы имеем дело с электромагнитными волнами с частотой от 30 МГц до 300 МГц, полезно распространение космических волн. Здесь свойства Тропосфера используются для передачи.
При работе в режиме распространения космической волны волна достигает приемной антенны непосредственно от передатчика или после отражения от тропосферы, которая находится на высоте около 16 км над земной поверхностью. Следовательно, мода космической волны состоит из двух составные части . т.е. прямая волна и непрямая волна .
Хотя эти компоненты передаются в одно и то же время с одной и той же фазой, они могут достигать в фазе или не в фазе друг с другом на стороне приемника, в зависимости от разных длин пути. Таким образом, на приемной стороне мощность сигнала представляет собой векторную сумму сил прямых и непрямых волн.
Космос распространение волн режим используется для распространения очень высоких частот.
Какое из распространений используется для коротковолнового вещания?
Коротковолновое вещание обычно происходит в диапазоне частот 1,7 - 30 МГц. Как мы видели выше, частоты в этом диапазоне распространяются в режиме распространения Skywave.
В зависимости от частоты или длины волны электромагнитные волны по-разному влияют на различные материалы и устройства. Следовательно, разные части электромагнитный спектр используются для различных приложений. Что из распространения волн вас заинтриговало? Применение того, какой из режимов распространения вы считаете сложным.
