Vlna je porucha, která se přenáší energie médiem nebo prostorem se zanedbatelným nebo žádným množstvím přenosu hmoty. Existují různé typy vln, které poskytují mnoho různých typů služeb. Elektromagnetické vlny jsou široce používány v inženýrské aplikace . Křivky používáme v různých typech aplikací, jako jsou bezdrátové sdělení , Radar, Průzkum vesmíru , Námořní, Rádiová navigace, Dálkový průzkum atd. Mezi těmito aplikacemi některá používají naváděné médium pro odesílání vln, zatímco jiná používají neřízené médium. V tomto článku bychom věděli, jak vlastnosti média ovlivňují šíření vln a různými způsoby, jak se vlna šíří.
Co je to Wave Propagation? - Definice
Elektromagnetické vlny jsou generovány vyzařovanou energií z vedení proudu Řidič . Ve vodičích je součástí generovaná energie uniká a šíří se do volného prostoru v podobě Elektromagnetická vlna , který má časově proměnné elektrické pole, magnetické pole a směr šíření vzájemně kolmé.
Vyzařované z izotropní vysílač, tyto vlny cestují různými cestami, aby se dostaly k přijímači. Cesta, kterou vlna prochází z vysílače a dosáhne přijímače, je známá jako Šíření vln.
Elektromagnetické (EM) nebo rádiové vlnění
Když izotropní radiátor se používá pro přenos EM vln dostaneme sférické čelní strany, jak je znázorněno na obrázku, protože vyzařuje EM vlny rovnoměrně a rovnoměrně ve všech směrech. Zde je střed koule radiátor, zatímco poloměr koule je R. Je zřejmé, že všechny body ve vzdálenosti R, ležící na povrchu koule, mají stejné výkonové hustoty.
Sférická vlna
Vlny E cestují ve volném prostoru rychlostí světla. Tj. c = Ale EM vlny cestují jiným médiem, rychlost se snižuje. Rychlost EM vln v jakémkoli jiném médiu než ve volném prostoru je dána vztahem, 
kde c je rychlost světla a je relativní permitivita média.
EM vlny přenášejí energii absorpcí a reemise vlnové energie atomy v médiu. Atomy absorbují vlnovou energii, procházejí vibracemi a energii předávají opětovným vyzařováním EM se stejnou frekvencí. Optická hustota média ovlivňuje šíření EM vln.
Rovnice šíření vln
Vlny se vydávají mnoha cestami k cestě k přijímači. Mnoho parametrů rozhoduje o cestě vlnou, jako jsou výšky vysílače a přijímače antény , úhel vystřelení na vysílacím konci, frekvence provozu polarizace atd…
Mnoho vlastností vln se během šíření upravuje, jako je odraz, lom, difrakce atd. ... kvůli variacím parametrů množícího se média, jako je vodivost, permitivita, propustnost a vlastnosti překážejících objektů.
Obecně platí, že když je energie vyzařována do volného prostoru, může být vlnová energie vyzařována nebo absorbována objekty v médiu. Takže při přenosu vlny médiem je nezbytné vypočítat ztrátu, která může vlně způsobit. Tato ztráta se nazývá Ztráta rádiového přenosu , který je založen na zákon inverzní čtverce optiky a vypočítá se jako poměr vyzářeného výkonu k přijatému výkonu.
Friis Free Space Radio Circuit
Jak víme, že je-li použit izotropní vysílač, je výkon distribuován rovnoměrně, průměrný výkon lze vyjádřit jako vyzářený výkon jako,
Směrovost zkušební antény je dána vztahem
Předpokládejme, že přijímací anténa přijímá veškerou generovanou energii z rádiových vln beze ztráty. Dovolit je maximální výkon přijímaný anténou přijímače při shodném zatížení. Kdy je efektivní clona přijímací antény, můžeme psát jako,
Obecně platí, že směrovost a efektivní clona plocha pro jakoukoli anténu souvisí jako
Nechť je směrovost přijímací antény. Pak,
Dosazením hodnoty v (3) dostaneme,
Tato rovnice je známá jako Základní rovnice pro šíření volného prostoru, také známá jako Čerstvý rovnice volného prostoru. Faktor ( λ / 4πr)dva se nazývá ztráta cesty volným prostorem, což naznačuje ztrátu signálu. Ztráta cesty může být vyjádřena jako
Rovnici (6) můžeme vyjádřit v dB jako,
Přijatý výkon lze vyjádřit jako
Který, na zjednodušení je uveden jako,
Zde je vzdálenost r vyjádřena v kilometrech, zatímco frekvence f je vyjádřena v MHz . To naznačuje ztrátu v důsledku šíření vln, které probíhá, když se šíří ven ze zdroje.
Druhy vlnového šíření
Šíření elektromagnetických vln nebo rádiových vln procházejících zemským prostředím závisí nejen na jejich vlastnostech, ale také na vlastnostech prostředí. Existují různé cesty šíření, kterými se přenášené vlny mohou dostat k přijímači. Všechny tyto režimy závisí na provozní frekvenci, vzdálenosti mezi vysílačem a přijímačem atd ...
Šíření vln
- Vlny, které se šíří poblíž zemského povrchu, se nazývají POZEMNÍ VLNY. Tento typ šíření je možný, když jsou vysílací i přijímací anténa uzavřeny k zemskému povrchu.
- Pozemní vlny, které se pohybují bez jakéhokoli odrazu, se nazývají přímé vlny nebo vesmírné vlny.
- Pozemní vlny, které se šíří na přijímací anténu odrazem od zemského povrchu, se nazývají zemské odražené vlny nebo povrchové vlny.
- Vlny, které se dostanou k přijímací anténě v důsledku rozptylu a odrazu ionizací v horní atmosféře, se nazývají Skywaves.
- Vlny, které se odrážejí nebo rozptýlí v troposféře před dosažením antény, se nazývají vlny troposféry.
Šíření pozemní nebo povrchové vlny
Pozemní vlna cestuje po povrchu Země. Tyto vlny jsou vertikálně polarizovány. Pro tyto vlny jsou tedy užitečné vertikální antény. Pokud se vodorovně polarizovaná vlna šíří jako zemská vlna, v důsledku vodivosti Země dojde ke zkratu elektrického pole vlny.
Jak se zemská vlna vzdaluje od vysílací antény, zeslabuje se. Aby se minimalizovala tato ztráta, musí být přenosová cesta nad zemí s vysokou vodivostí. S ohledem na tento stav by měla být nejlepším vodičem mořská voda, ale bylo zjištěno, že velké zásoby vody v rybnících, písčitá nebo kamenitá půda vykazují maximální ztráty.
Vysokofrekvenční nízkofrekvenční vysílače využívající šíření pozemních vln jsou proto přednostně umístěny na oceánských frontách. Protože zemní ztráty rychle rostou s frekvencí, toto šíření se používá prakticky pouze pro signály do frekvence 2 MHz.
U vysílání se středními vlnami se dává přednost pozemním vlnám, ale určitá energie se přenáší do ionosféry. Ale během dne je energie zcela absorbována ionosférou a během noci ionosféra odráží energii zpět na Zemi. Takže veškerý vysílaný signál přijímaný během dne je způsoben pouze pozemní vlnou.
Maximální rozsah šíření pozemních vln závisí nejen na frekvenci, ale také na výkonu vysílače. Jak pozemské vlny procházejí po povrchu Země, nazývají se také povrchové vlny.
Propagace SkyWave
Každá dlouhá rádiová komunikace středních a vysokých frekvencí se provádí pomocí šíření nebeských vln. V tomto režimu se pro přenos vln na delší vzdálenosti používá odraz EM vln od ionizované oblasti v horní části zemské atmosféry.
Tato část atmosféry se nazývá ionosféra, která je ve výšce asi 70–400 km. Ionosféra odráží zpět EM vlny, pokud je frekvence mezi 2 až 30 MHz. Tento způsob šíření se proto také nazývá šíření krátkých vln.
Je možné použít komunikaci šíření vln oblohy k bodu na velké vzdálenosti. Díky více odrazům vln oblohy je možná globální komunikace na extrémně dlouhé vzdálenosti.
Nevýhodou však je, že signál přijímaný přijímačem vybledl kvůli velkému počtu vln sledujících velký počet různých cest k dosažení přijímacího bodu.
Propagace vesmírných vln
Pokud se jedná o EM vlny o frekvenci mezi 30 MHz a 300 MHz, pak je užitečné šíření vesmírných vln. Zde jsou vlastnosti Troposféra slouží k přenosu.
Při provozu v režimu šíření kosmických vln se vlna dostává k přijímací anténě přímo z vysílače nebo po odrazu od troposféry, která je přítomna asi 16 km nad zemským povrchem. Režim vesmírných vln se tedy skládá ze dvou komponenty .tj. přímá vlna a nepřímá vlna .
I když jsou tyto komponenty přenášeny současně se stejnou fází, mohou dosáhnout ve fázi nebo mimo fázi navzájem na konci přijímače v závislosti na různých délkách dráhy. Na straně přijímače je tedy síla signálu vektorovým součtem sil přímých a nepřímých vln.
Prostor šíření vln režim se používá pro šíření velmi vysokých frekvencí.
Která z propagací se používá pro krátkovlnné vysílání
Krátkovlnné vysílání obvykle probíhá ve frekvenčním rozsahu 1,7 - 30 MHz. Jak jsme viděli výše, frekvence v tomto rozsahu se šíří režimem šíření Skywave.
V závislosti na frekvenci nebo vlnové délce produkují elektromagnetické vlny různé vlivy v různých materiálech a zařízeních. Proto jsou různé části elektromagnetické spektrum jsou využívány pro různé aplikace. Které z šíření vln vás zaujalo? Aplikace, které z propagačního režimu považujete za náročné.
