Val je poremećaj koji se prenosi energije kroz medij ili svemir s zanemarivom ili nikakvom količinom prijenosa mase. Postoje razne vrste valova koji pružaju mnogo različitih vrsta usluga. Elektromagnetski valovi su široko korišteni u inženjerske primjene . Valne oblike koristimo u raznim vrstama aplikacija poput bežične komunikacija , Radar, Istraživanje svemira , Pomorstvo, Radio-navigacija, daljinsko otkrivanje itd. Među tim aplikacijama neke koriste vođeni medij za slanje valova, dok neke koriste neupravljani medij. U ovom bismo članku znali kako svojstva medija utječu na širenje valova i razne načine na koje se val širi.

Što je širenje valova? - Definicija

Elektromagnetski valovi generiraju se zračenom snagom iz struje koja nosi vozač . U dirigentima je dio generirana snaga bježi i širi se u slobodni prostor u obliku Elektromagnetski val , koji ima vremenski promjenjivo električno polje, magnetsko polje i smjer širenja međusobno pravokutni.

Zračeno iz izotropni odašiljač, ti valovi putuju različitim putovima da bi došli do prijamnika. Put kojim je val prelazio od odašiljača i dolazio do prijemnika poznat je kao Razmnožavanje valova.

Elektromagnetsko (EM) ili širenje radio valova

Kada izotropni radijator se koristi za prijenos EM valova dobivamo sferne prednje valove kako je prikazano na slici jer EM valove zrači jednoliko i podjednako u svim smjerovima. Ovdje je središte kugle radijator, dok je polumjer kugle R. Jasno je da sve točke na udaljenosti R, koje leže na površini kugle, imaju jednake gustoće snage.

Sferna valovna fronta

E valovi putuju u slobodnom prostoru brzinom svjetlosti, tj. c = Ali EM valovi putuju kroz drugi medij brzina se smanjuje. Brzina EM valova u bilo kojem sredstvu osim slobodnog prostora dana je,

gdje je c brzina svjetlosti i relativna permitivnost medija.

EM valovi prenose energiju apsorpcijom i ponovnom emisijom energije valova od strane atoma u mediju. Atomi apsorbiraju valnu energiju, podvrgavaju se vibracijama i prenose energiju ponovnom emisijom EM iste frekvencije. Optička gustoća medija utječe na širenje EM valova.

Jednadžba širenja valova

Valovi kreću mnogim putovima do svog prijemnika. Mnogi parametri odlučuju o putu koji val prelazi, poput visine odašiljanja i prijema antene , kut lansiranja na kraju odašiljanja, učestalost rada polarizacija itd ...

Mnoga svojstva valova mijenjaju se tijekom širenja, poput refleksije, loma, difrakcije itd. ... zbog varijacije parametara širenja medija poput vodljivosti, propusnosti, propusnosti i karakteristika objekata koji ometaju.

Općenito, kad se snaga zrači u slobodnom prostoru, predmeti u mediju mogu zračiti ili apsorbirati energiju vala. Dakle, dok odašiljemo val kroz medij, neophodno je izračunati gubitak koji val može prouzročiti. Taj se gubitak naziva Gubitak radio prijenosa , koji se temelji na inverzni kvadratni zakon optike a izračunava se kao odnos zračene snage i primljene snage.

Friisov krug slobodnog svemira Friis

Kao što znamo da kada se koristi izotropni odašiljač, snaga se raspoređuje podjednako, prosječna snaga može se izraziti izraženom snagom kao,

Usmjerenost ispitne antene dana je s

Pretpostavimo da prijemna antena prima svu generiranu snagu od radio valova bez ikakvih gubitaka. Dozvolite da bude maksimalna snaga koju prima antena prijemnika pod usklađenim uvjetima opterećenja. Kada je efektivni otvor prijemne antene, možemo zapisati kao,

“upravljanje otvorenom i zatvorenom petljom ”

Općenito, usmjerenost i učinkovitost otvor površina bilo koje antene odnosi se na

Dopustite da je usmjerenost prijemne antene. Zatim,

Zamjenom vrijednosti u (3) dobivamo,

Ova je jednadžba poznata kao Osnovna jednadžba za širenje slobodnog prostora, također poznata kao Svježe jednadžba slobodnog prostora. Čimbenik ( λ / 4πr)^dva naziva se gubitkom putanje slobodnog prostora što ukazuje na gubitak signala. Gubitak puta može se izraziti kao

Jednadžbu (6) možemo izraziti u dB kao,

Primljena snaga može se izraziti kao

Koji se na pojednostavljenju daje kao,

Ovdje je udaljenost r izražena u kilometrima, dok je frekvencija f izražena u MHz . To ukazuje na gubitak uslijed širenja valova koji se događa kada se širi izvan izvora.

Vrste širenja valova

Širenje elektromagnetskih valova ili radio valova koji prolaze kroz okoliš zemlje ovise ne samo o njihovim svojstvima, već io svojstvima okoline. Postoje različiti putovi širenja kojima odabrani valovi mogu doći do prijamnika. Svi ovi načini rada ovise o učestalosti rada, udaljenosti između odašiljača i prijamnika itd ...

Razmnožavanje valova

Pozvani su valovi koji se šire u blizini zemljine površine PRIZEMLJI VALOVI. Ova vrsta širenja je moguća kada su antena za odašiljanje i primanje zatvorene na površini zemlje.
Prizemni valovi koji putuju bez ikakvog odraza nazivaju se izravnim valovima ili svemirskim valovima.
Prizemni valovi koji se šire na prijemnu antenu refleksijom od zemljine površine nazivaju se odbijeni valovi u zemlji ili površinski valovi.
Valovi koji dolaze do antene zbog raspršenja i refleksije ionizacijom u gornjim slojevima atmosfere nazivaju se Skywaves.
Valovi koji se odražavaju ili raspršuju u troposferi prije nego što dođu do antene nazivaju se troposferskim valovima.

Razmnožavanje zemaljskog vala ili površinskog vala

Prizemni val putuje površinom zemlje. Ti su valovi vertikalno polarizirani. Dakle, vertikalne antene korisne su za ove valove. Ako se vodoravno polarizirani val širi kao prizemni val, zbog vodljivosti zemlje, električno polje vala dolazi do kratkog spoja.

Kako se zemaljski val udaljava od odašiljačke antene, on se oslabljuje. Da bi se taj gubitak sveo na najmanju moguću mjeru, prijenosna putanja mora biti iznad tla s visokom vodljivošću. S obzirom na ovo stanje, morska voda trebala bi biti najbolji vodič, ali primijećeno je da veliko skladištenje vode u ribnjacima, pjeskovitom ili stjenovitom tlu pokazuje maksimalne gubitke.

Stoga su niskofrekventni odašiljači velike snage, koji koriste širenje prizemnih valova, po mogućnosti smješteni na oceanskim pročeljima. Kako se gubici tla brzo povećavaju s frekvencijom, ovo se širenje koristi praktički samo za signale do frekvencije 2 MHz.

Za srednjevalno emitiranje iako su poželjni prizemni valovi, neka se energija prenosi u ionosferu. Ali tijekom dana jonosfera energiju potpuno apsorbira, a noću jonosfera reflektira energiju natrag na zemlju. Dakle, sav emitirani signal primljen tijekom dana posljedica je samo zemaljskog vala.

Maksimalni domet širenja zemaljskog vala ne ovisi samo o frekvenciji već i o snazi odašiljača. Kako zemaljski valovi prelaze površinom zemlje, oni se nazivaju i površinskim valovima.

Razmnožavanje SkyWavea

Svaka duga radio komunikacija srednjih i visokih frekvencija provodi se širenjem nebeskih valova. U ovom načinu refleksija EM valova iz ioniziranog područja u gornjem dijelu atmosfere zemlje koristi se za prijenos valova na veće udaljenosti.

Ovaj dio atmosfere naziva se ionosfera koja je na oko 70-400 km visine. Ionosfera odražava EM valove ako je frekvencija između 2 i 30 MHz. Stoga se ovaj način širenja naziva i širenjem kratkog vala.

Korištenje širenja nebeskog vala u točku komunikacije na velikim udaljenostima je moguće. Uz višestruke refleksije nebeskih valova, moguća je globalna komunikacija na izuzetno velikim udaljenostima.

Ali nedostatak je taj što je signal primljen na prijamniku izblijedio zbog velikog broja valova koji slijede velik broj različitih putova do točke prijema.

Razmnožavanje svemirskog vala

Kada se radi o EM valovima frekvencije između 30 MHz do 300 MHz, tada je korisno širenje svemirskog vala. Ovdje svojstva Troposfera koriste se za prijenos.

Kada djeluje u načinu širenja svemirskog vala, val doseže prijemnu antenu izravno od odašiljača ili nakon refleksije od troposfere koja je prisutna na oko 16 km iznad površine zemlje. Stoga se način svemirskog vala sastoji od dva komponente tj. izravni val i neizravni val .

Iako se ove komponente prenose istodobno s istom fazom, međusobno mogu doći unutar faze ili izvan faze na kraju prijemnika, ovisno o različitim duljinama puta. Dakle, na strani prijemnika snaga signala je vektorski zbroj jakosti izravnih i neizravnih valova.

Svemir širenje valova način se koristi za širenje vrlo visokih frekvencija.

Koji se od razmnožavanja koristi za emitiranje kratkih valova

Emitiranje kratkih valova obično se odvija u frekvencijskom području od 1,7 - 30 MHz. Kao što smo gore vidjeli, frekvencije u ovom rasponu se šire putem Skywave načina širenja.

Ovisno o frekvenciji ili valnoj duljini, elektromagnetski valovi proizvode različite utjecaje u različitim materijalima i uređajima. Dakle, različiti dijelovi Elektromagnetski spektar koriste se za razne primjene. Što vas od širenja valova intrigira? Primjena koji način širenja vam se čini izazovnim.