Vilnis ir traucējums, kas pāriet enerģija vidē vai kosmosā ar nenozīmīgu masas pārnesi vai bez tās. Pastāv dažādi viļņu veidi, kas sniedz daudz dažādu pakalpojumu veidu. Elektromagnētiskie viļņi tiek plaši izmantoti inženierzinātņu lietojumi . Viļņu formas mēs izmantojam dažāda veida lietojumprogrammās, piemēram, bezvadu komunikācija , Radars, Kosmosa izpēte , Jūras, radionavigācija, attālā uztveršana utt. Starp šiem lietojumiem viļņu sūtīšanai daži izmanto vadāmu datu nesēju, turpretī citi izmanto nevadāmo datu nesēju. Šajā rakstā mēs uzzinātu, kā barotnes īpašības ietekmē viļņu izplatīšanos un dažādus viļņa izplatīšanās veidus.
Kas ir viļņu izplatīšanās? - Definīcija
Elektromagnētiskos viļņus rada izstarotā jauda no strāvas pārnēsāšanas šoferis . Diriģentos daļa no ģenerētā jauda aizbēg un izplatās brīvā telpā Elektromagnētiskais vilnis , kuram ir mainīgs laika elektriskais lauks, magnētiskais lauks un izplatīšanās virziens, kas ir perpendikulārs viens otram.
Izstaro no izotropiskais raidītājs, šie viļņi pārvietojas pa dažādiem ceļiem, lai sasniegtu uztvērēju. Ceļš, ko viļņš iziet no raidītāja un sasniedz uztvērēju, ir pazīstams kā Viļņu izplatīšanās.
Elektromagnētiskā (EM) vai radioviļņu izplatīšanās
Kad izotropiskais radiators tiek izmantots pārnešana no EM viļņiem mēs iegūstam sfēriskas viļņu frontes, kā parādīts attēlā, jo tas izstaro EM viļņus vienmērīgi un vienādi visos virzienos. Šeit sfēras centrs ir radiators, savukārt sfēras rādiuss ir R. Skaidrs, ka visiem punktiem R attālumā, kas atrodas uz sfēras virsmas, ir vienādi jaudas blīvumi.
Sfēriska viļņu fronte
E viļņi pārvietojas brīvajā telpā ar gaismas ātrumu. T.i. c = Bet EM viļņi pārvietojas pa citu barotni, ātrums samazinās. EM viļņu ātrumu jebkurā vidē, izņemot brīvo vietu, izsaka: 
kur c ir gaismas ātrums un ir barotnes relatīvā caurlaidība.
EM viļņi pārraida enerģiju, absorbējot un atkārtoti izstarojot viļņu enerģiju vidē esošajiem atomiem. Atomi absorbē viļņu enerģiju, iziet vibrācijas un nodod enerģiju, atkārtoti emitējot tādas pašas frekvences EM. Barotnes optiskais blīvums ietekmē EM viļņu izplatīšanos.
Viļņu izplatības vienādojums
Lai sasniegtu uztvērēju, viļņi veic daudz maršrutu. Daudzi parametri nosaka viļņa ceļu, piemēram, raidītāja un uztvērēja augstums antenas , palaišanas leņķis raidītāja galā, darbības biežums polarizācija utt.
Daudzas viļņu īpašības izplatīšanās laikā tiek modificētas, piemēram, atstarošana, refrakcija, difrakcija utt. ... sakarā ar pavairošanas vides parametru izmaiņām, piemēram, vadītspēju, caurlaidību, caurlaidību un šķēršļu objektu īpašībām.
Parasti, ja enerģija tiek izstarota brīvajā telpā, viļņu enerģiju var izstarot vai absorbēt vidē esošie objekti. Tāpēc, raidot vilni caur barotni, ir svarīgi aprēķināt zaudējumus, kurus viļņam var izraisīt. Šis zaudējums tiek saukts Radiopārraides zudums , kuras pamatā ir apgrieztais kvadrātiskais optikas likums un tiek aprēķināts kā izstarotās jaudas un saņemtās jaudas attiecība.
Friisa brīvās kosmosa radio ķēde
Kā mēs zinām, ka, lietojot izotropisko raidītāju, jauda tiek sadalīta vienādi, vidējo jaudu var izteikt kā izstaroto jaudu,
Testa antenas virzību nosaka
Pieņemsim, ka uztverošā antena saņem visu radīto enerģiju no radioviļņiem bez zaudējumiem. Ļaujiet būt maksimālajai jaudai, ko uztvērēja antena saņem atbilstoša slodzes apstākļos. Kad ir efektīvā uztverošās antenas diafragma, mēs varam rakstīt kā
Kopumā virzība un efektīva diafragmas atvērums jebkuras antenas laukums ir saistīts kā
Ļaujiet būt uztverošās antenas virzībai. Tad,
Aizstājot vērtību (3), mēs iegūstam,
Šis vienādojums ir pazīstams kā brīvās telpas izplatības pamatvienādojums, pazīstams arī kā Svaigi brīvās telpas vienādojums. Faktors ( λ / 4πr)divi sauc par brīvā kosmosa ceļa zudumu, kas norāda uz signāla zudumu. Ceļa zudumu var izteikt kā
Vienādojumu (6) mēs varam izteikt dB kā:
Saņemto jaudu var izteikt kā
Kas, vienkāršojot, tiek dots kā:
Šeit attālums r ir izteikts kilometros, bet frekvence f ir izteikta MHz . Tas norāda uz zaudējumiem viļņu izplatīšanās dēļ, kad tie izplatās ārpus avota.
Viļņu izplatīšanās veidi
Elektromagnētiskie viļņi vai radioviļņu izplatīšanās, kas iet caur zemes vidi, ir atkarīga ne tikai no pašu īpašībām, bet arī no vides īpašībām. Ir dažādi izplatīšanās ceļi, pa kuriem raidītie viļņi var sasniegt uztvērēju. Visi šie režīmi ir atkarīgi no darbības biežuma, attāluma starp raidītāju un uztvērēju utt.
Viļņu izplatīšanās
- Tiek saukti viļņi, kas izplatās netālu no zemes virsmas ZEMES VIĻŅI. Šāda veida izplatīšanās ir iespējama, ja raidošā un uztverošā antena ir aizvērta uz zemes virsmas.
- Zemes viļņus, kas pārvietojas bez jebkādiem atstarojumiem, sauc par tiešajiem vai kosmosa viļņiem.
- Zemes viļņus, kas izplatās uz uztverošo antenu caur atstarojumu no zemes virsmas, sauc par zemes atstarotajiem vai virsmas viļņiem.
- Viļņus, kas sasniedz uztverošo antenu izkliedes un atstarošanas dēļ jonizējot atmosfēras augšējos slāņos, sauc par Skywaves.
- Viļņus, kas pirms antenas sasniegšanas tiek atspoguļoti vai izkliedēti troposfērā, sauc par troposfēras viļņiem.
Zemes vai Virszemes viļņu izplatīšanās
Gar zemes virsmu virzās zemes vilnis. Šie viļņi ir vertikāli polarizēti. Tātad vertikālās antenas ir noderīgas šiem viļņiem. Ja horizontāli polarizēts vilnis tiek izplatīts kā zemes vilnis, zemes vadītspējas dēļ viļņa elektriskais lauks tiek īssavienots.
Zemes vilnim virzoties prom no raidošās antenas, tas kļūst vājināts. Lai samazinātu šo zudumu, pārraides ceļam jābūt virs zemes ar augstu vadītspēju. Attiecībā uz šo stāvokli jūras ūdenim jābūt vislabākajam vadītājam, taču tika novērots, ka liela ūdens uzkrāšanās dīķos, smilšainā vai akmeņainā augsnē rada maksimālos zaudējumus.
Tādējādi lieljaudas zemfrekvences raidītāji, izmantojot zemes viļņu izplatīšanos, vēlams izvietot okeāna frontēs. Tā kā zemes zudumi ar frekvenci strauji palielinās, šo izplatību praktiski izmanto tikai līdz 2 MHz frekvencei.
Lai gan vidēja viļņa apraidei priekšroka ir zemes viļņiem, daļa enerģijas tiek pārnesta uz jonosfēru. Bet dienas laikā enerģiju pilnībā absorbē jonosfēra, un nakts laikā jonosfēra atspoguļo enerģiju atpakaļ uz zemes. Tātad visu dienas laikā saņemto apraides signālu rada tikai zemes viļņi.
Zemes viļņu izplatīšanās maksimālais diapazons ir atkarīgs ne tikai no frekvences, bet arī no raidītāja jaudas. Kad zemes viļņi iet pāri zemes virsmai, tos sauc arī par virsmas vilni.
SkyWave pavairošana
Katra gara vidējo un augsto frekvenču radiosakari tiek veikti, izmantojot skywave izplatīšanos. Šajā režīmā viļņu pārnešanai uz lielākiem attālumiem tiek izmantota EM viļņu atstarošana no zemes atmosfēras augšdaļā esošā jonizētā reģiona.
Šo atmosfēras daļu sauc par jonosfēru, kuras augstums ir aptuveni 70–400 km. Jonosfēra atspoguļo atpakaļ EM viļņus, ja frekvence ir no 2 līdz 30 MHz. Tādējādi šo izplatīšanās veidu sauc arī par īsviļņu izplatīšanos.
Ir iespējams izmantot debess viļņu izplatīšanās punktu uz punktu komunikāciju lielos attālumos. Ar daudzkārtēju debesu viļņu atspoguļojumu ir iespējama globāla komunikācija ārkārtīgi lielos attālumos.
Bet trūkums ir tāds, ka uztvērējā saņemtais signāls ir izbalējis, jo liels skaits viļņu seko lielam skaitam dažādu ceļu, lai sasniegtu uztveršanas punktu.
Kosmosa viļņu izplatīšanās
Kad mums ir darīšana ar EM viļņiem, kuru frekvence ir no 30 MHz līdz 300 MHz, kosmosa viļņu izplatīšanās ir noderīga. Šeit īpašības Troposfēra tiek izmantoti pārraidei.
Darbojoties kosmosa viļņu izplatīšanās režīmā, vilnis uztverošo antenu sasniedz tieši no raidītāja vai pēc refleksijas no troposfēras, kas atrodas aptuveni 16 km virs zemes virsmas. Tādējādi kosmosa viļņu režīms sastāv no diviem komponentiem t.i. tiešais vilnis un netiešais vilnis .
Lai gan šie komponenti tiek pārraidīti vienlaikus ar to pašu fāzi, tie var sasniegt fāzi vai ārpus fāzes viens ar otru uztvērēja galā, atkarībā no dažādiem ceļa garumiem. Tādējādi uztvērēja pusē signāla stiprums ir tiešo un netiešo viļņu stiprumu vektoru summa.
Telpa viļņu izplatīšanās režīmu izmanto ļoti augstu frekvenču izplatīšanai.
Kurš no pavairošanas veidiem tiek izmantots īsviļņu apraidei
Īsviļņu apraide parasti notiek frekvenču diapazonā 1,7 - 30 MHz. Kā mēs redzējām iepriekš, šī diapazona frekvences tiek izplatītas caur Skywave izplatīšanās režīmu.
Atkarībā no frekvences vai viļņa garuma elektromagnētiskie viļņi dažādos materiālos un ierīcēs rada atšķirīgu iedarbību. Tādējādi dažādās daļas elektromagnētiskais spektrs tiek izmantoti dažādiem lietojumiem. Kurš no viļņu izplatīšanās jūs intriģē? Kurš no pavairošanas režīmiem jums šķiet sarežģīts.
