A hullám olyan zavar, amely átkerül energia közepesen vagy űrben, elhanyagolható vagy semmilyen tömegátadással. Különböző típusú hullámok léteznek, amelyek sokféle szolgáltatást nyújtanak. Elektromágneses hullámok ban széles körben használják mérnöki alkalmazások . A hullámformákat különféle típusú alkalmazásokban használjuk, például vezeték nélküli kommunikáció , Radar, Űrkutatás , Tengeri, rádiónavigáció, távérzékelés stb. Ezek közül az alkalmazások közül egyesek irányított közeget használnak hullámok küldésére, míg mások a nem irányított közeget használják. Ebben a cikkben megtudnánk, hogy a közeg tulajdonságai hogyan befolyásolják a hullámok terjedését és a hullám terjedésének különféle módjait.
Mi a hullámterjesztés? - Meghatározás
Az elektromágneses hullámokat az árammal sugárzott teljesítmény generálja sofőr . A karmesterekben a generált teljesítmény formájában megszökik és a szabad térbe terjed Elektromágneses hullám , amelynek időben változó elektromos mezője, mágneses tere és terjedési iránya egymásra merőleges.
Sugárzott egy izotróp adó, ezek a hullámok különböző utakon haladnak, hogy elérjék a vevőt. A hullám által megtett út, amely az adóból halad és eléri a vevőt, a következő: Hullámterjesztés.
Elektromágneses (EM) vagy rádióhullám terjedés
Amikor az izotróp radiátor használják terjedés az EM hullámokból gömb alakú hullámhegyeket kapunk, amint az az ábrán látható, mert az EM hullámokat minden irányban egységesen és egyformán sugározza. Itt a gömb középpontja a sugárzó, míg a gömb sugara R. Nyilvánvaló, hogy az R távolságban lévő, a gömb felületén fekvő összes pontnak azonos a teljesítménysűrűsége.
Gömb alakú hullámfront
Az E hullámok a szabad térben a fény sebességével haladnak. c = De EM a hullámok egy másik közegen haladnak át, a sebesség csökken. Az EM hullámok sebességét a szabad tér kivételével bármilyen közegben a 
ahol c a fény sebessége és a közeg relatív permittivitása.
Az EM hullámok a közegben lévő atomok abszorpciójával és a hullámenergia újbóli kibocsátásával továbbítják az energiát. Az atomok elnyelik a hullámenergiát, rezgéseken mennek keresztül, és ugyanazon frekvenciájú EM újbóli kibocsátásával adják át az energiát. A közeg optikai sűrűsége befolyásolja az EM hullámok terjedését.
Hullámterjedési egyenlet
A hullámok sok útvonalon haladnak a vevő felé. Számos paraméter dönti el a hullám által megtett utat, például az adó és a vétel magassága antennák , az indítási szög az adó végén, a működés gyakorisága polarizáció stb…
A hullámok sok tulajdonsága a terjedés során módosul, például visszaverődés, fénytörés, diffrakció stb. ... a szaporító közeg paramétereinek, például vezetőképességének, permittivitásának, permeabilitásának és az akadályozó tárgyak jellemzőinek változása miatt.
Általában, ha a szabad térben kisugárzik az energiát, a hullám energiáját kisugározhatják vagy elnyelik a közegben lévő tárgyak. Tehát miközben egy hullámot közvetít egy közegen keresztül, elengedhetetlen a hullámnak okozott veszteség kiszámítása. Ezt a veszteséget hívják Rádióátviteli veszteség , amelynek alapja a az optika inverz négyzet törvénye és kiszámítják a kisugárzott teljesítmény és a vett teljesítmény arányaként.
Friis szabad űrrádió áramkör
Mivel tudjuk, hogy izotróp adó használata esetén a teljesítmény egyenlően oszlik el, az átlagos teljesítmény kifejezhető sugárzott teljesítményként,
A tesztantenna irányíthatóságát a
Tegyük fel, hogy a vevőantenna veszteség nélkül fogadja a rádióhullámok által generált teljes energiát. Legyen az a maximális teljesítmény, amelyet a vevőantenna fogad, megfelelő terhelési körülmények között. Mikor van a vevő antenna effektív rekesze, írhatunk,
Általában az irányíthatóság és a hatékony nyílás bármely antenna területe összefügg
Legyen a vevő antenna irányíthatósága. Azután,
Ha a (3) pontban szereplő értéket behelyettesítjük,
Ez az egyenlet a szabad tér terjedésének alapvető egyenlete, más néven Friss szabad téregyenlet. A tényező ( λ / 4πr)két szabad tér útvesztésnek nevezzük, amely a jel elvesztését jelzi. Az útvesztés kifejezhető
A (6) egyenletet dB-ben kifejezhetjük,
A fogadott teljesítmény kifejezhető
Amely az egyszerűsítéskor a következő:
Itt az r távolság kilométerben, az f frekvencia pedig MHz . Ez azt jelzi, hogy a hullám terjedése miatti veszteség akkor következik be, amikor az a forrásból terjed.
A hullámterjedés típusai
A föld környezetén áthaladó elektromágneses hullámok vagy rádióhullámok terjedése nemcsak önmaguk tulajdonságaitól, hanem a környezet tulajdonságaitól is függ. Különböző terjedési utak vannak, amelyeken keresztül az átvitt hullámok eljuthatnak a vevőhöz. Mindezek az üzemmódok a működés gyakoriságától, az adó és a vevő közötti távolságtól stb. Függenek.
Hullámterjesztés
- A földfelszín közelében terjedő hullámokat nevezzük Földi hullámok. Ez a fajta terjedés akkor lehetséges, ha az adó és a vevő antenna mind a föld felszínéhez van zárva.
- A talajhullámokat, amelyek minden visszaverődés nélkül haladnak, közvetlen hullámoknak vagy űrhullámoknak nevezzük.
- Azokat a talajhullámokat, amelyek a földfelszín tükröződésén keresztül terjednek a vevő antennára, földi visszaverődő hullámoknak vagy felszíni hullámoknak nevezzük.
- Azokat a hullámokat, amelyek a vevőantennához jutnak a felső légkör ionizációja által történő szóródás és visszaverődés miatt, Skywaves-nek nevezzük.
- Azokat a hullámokat, amelyek az antenna elérése előtt visszaverődnek vagy szétszóródnak a troposzférában, troposzféra hullámoknak nevezzük.
Földhullám vagy felszíni hullám terjedése
Földhullám halad végig a föld felszínén. Ezek a hullámok függőlegesen polarizáltak. Tehát a függőleges antennák hasznosak ezeknél a hullámoknál. Ha egy vízszintesen polarizált hullám földhullámként terjed, a föld vezetőképessége miatt a hullám elektromos mezője rövidzárlatos lesz.
Amint a földhullám eltávolodik az adóantennától, az csillapodik. Ennek a veszteségnek a minimalizálása érdekében az átviteli útnak a föld felett kell lennie, nagy vezetőképességgel. Ebből a szempontból a tengervíznek kell a legjobb vezetőnek lennie, de megfigyelték, hogy a nagy mennyiségű víz tárolása tavakban, homokos vagy sziklás talajban maximális veszteségeket mutat.
Ezért a nagy teljesítményű, alacsony frekvenciájú adók, földi hullámok terjedésével, előnyösen az óceán frontjain helyezkednek el. Mivel a földi veszteségek a frekvenciával gyorsan növekednek, ezt a terjedést gyakorlatilag csak a 2 MHz-es frekvenciáig terjedő jelekre használják.
Közepes hullámú sugárzás esetén, bár a földhullámokat részesítik előnyben, némi energiát továbbítanak az ionoszférába. De nappal az energiát teljesen elnyeli az ionoszféra, éjszaka pedig az ionoszféra visszaveri az energiát a földre. Tehát a nappali időben vett összes sugárzási jel csak a földhullámnak köszönhető.
A földhullám terjedésének maximális tartománya nemcsak a frekvenciától, hanem az adó teljesítményétől is függ. Amint a földhullámok áthaladnak a föld felszínén, Felszíni hullámoknak is nevezik őket.
SkyWave terjedése
Minden hosszú, közepes és magas frekvenciájú rádiótávközlés skywave terjedéssel történik. Ebben az üzemmódban a föld atmoszférájának felső részén lévő ionizált régióból származó EM hullámok visszaverődését használják a hullámok nagyobb távolságokra történő továbbítására.
A légkör ezen részét ionoszférának nevezzük, amely körülbelül 70-400 km magasságban van. Az ionoszféra visszaveri az EM hullámokat, ha a frekvencia 2 és 30 MHz között van. Ezért ezt a terjedési módot rövid hullám terjedésnek is nevezik.
Az éghullám terjedési pontok közötti kommunikáció nagy távolságokra lehetséges. Az éghullámok többszörös visszaverésével a globális kommunikáció rendkívül nagy távolságokon lehetséges.
De hátránya, hogy a vevőnél vett jel elhalványult a hullámok nagy száma miatt, nagyszámú különböző utat követve, hogy elérjék a vételi pontot.
Űrhullám terjedése
Amikor 30 MHz és 300 MHz közötti frekvenciájú EM hullámokkal van dolgunk, akkor hasznos az űrhullámok terjedése. Itt tulajdonságai Troposzféra továbbításra használják.
Ha űrhullám terjedési módban működik, a hullám a vevőantennához jut el közvetlenül az adótól vagy a földfelszín felett körülbelül 16 km-re lévő troposzférából való visszaverődést követően. Ezért az űrhullám mód kettőből áll alkatrészek .azaz. közvetlen hullám és közvetett hullám .
Bár ezeket az alkatrészeket ugyanabban az időben továbbítják ugyanazzal a fázissal, a fázison belül elérhetik, vagy a fázison kívülre juthatnak egymással a vevő végén, a különböző pályahosszak függvényében. Tehát a vevő oldalán a jelerősség a közvetlen és indirekt hullámok erősségének vektorösszege.
Az űr hullám terjedése módot nagyon magas frekvenciák terjedésére használják.
A terjedés melyikét használják rövidhullámú műsorszóráshoz
A rövidhullámú műsorszórás általában az 1,7 - 30 MHz frekvenciatartományban zajlik. Amint fentebb láthattuk, a frekvenciák ebben a tartományban terjednek a Skywave terjedési módján keresztül.
A frekvenciától vagy a hullámhossztól függően az elektromágneses hullámok különböző anyagokat és eszközöket befolyásolnak. Ezért a elektromágneses spektrum különféle alkalmazásokhoz használják. A hullámterjedés melyike érdekli? A terjedési mód melyikének alkalmazása kihívást jelent.
