Wave er en forstyrrelse som overføres energi gjennom medium eller rom med ubetydelig eller ingen mengde masseoverføring. Det er forskjellige typer bølger som gir mange forskjellige typer tjenester. Elektromagnetiske bølger er mye brukt i tekniske applikasjoner . Vi bruker bølgeformer i forskjellige typer applikasjoner, for eksempel trådløs kommunikasjon , Radar, Utforsking av verdensrommet , Marin, radionavigering, fjernmåling osv ... Blant disse applikasjonene bruker noen guidet medium for å sende bølger, mens noen bruker det ikke-guidede mediet. I denne artikkelen vil vi vite hvordan egenskapene til medium påvirker forplantningen av bølger og forskjellige måter en bølge forplantes på.
Hva er bølgeforplantning? - Definisjon
Elektromagnetiske bølger genereres av utstrålt kraft fra strømføringen sjåfør . I ledere er en del av generert kraft rømmer og forplantes til fritt rom i form av Elektromagnetisk bølge , som har et tidsvarierende elektrisk felt, magnetfelt og forplantningsretning retvinklet til hverandre.
Strålte fra en isotrop transmitter, disse bølgene beveger seg gjennom forskjellige baner for å nå mottakeren. Banen som bølgen tar for å reise fra senderen og nå mottakeren er kjent som Bølgeforplantning.
Elektromagnetisk (EM) eller forplantning av radiobølger
Når isotropisk radiator brukes til overføring av EM-bølger får vi sfæriske bølgefronter som vist på figuren fordi den utstråler EM-bølger jevnt og likt i alle retninger. Her er sfærens sentrum radiatoren mens sfærens radius er R. Det er klart at alle punktene på avstanden R, som ligger på overflaten av sfæren, har like kraftdensiteter.
Sfærisk bølgefront
E-bølgene beveger seg i det frie rommet med lysets hastighet, dvs. c = Men EM bølgene beveger seg gjennom et annet medium, reduserer farten. Hastigheten til EM-bølger i ethvert annet medium enn ledig plass er gitt av, 
hvor c er lysets hastighet og er relativ permittivitet for mediet.
EM-bølger overfører energi ved absorpsjon og gjenutslipp av bølgeenergi av atomene i mediet. Atomer absorberer bølgenergien, gjennomgår vibrasjoner og overfører energien ved gjenutslipp av EM med samme frekvens. Den optiske tettheten til mediet påvirker forplantningen av EM-bølger.
Bølgeforplantningsligning
Bølger tar mange ruter på vei for å nå mottakeren. Mange parametere bestemmer banen som blir tatt av bølgen, for eksempel høyden på overføring og mottakelse antenner , lanseringsvinkelen ved overføringsenden, operasjonsfrekvensen polarisering etc…
Mange av egenskapene til bølgene blir modifisert under forplantning, for eksempel refleksjon, refraksjon, diffraksjon osv. ... på grunn av variasjonen av parametere for forplantningsmedier som ledningsevne, permittivitet, permeabilitet og karakteristika for hindrende objekter.
Generelt, når kraft utstråles i det frie rommet, kan bølgeenergien utstråles eller absorberes av gjenstandene i mediet. Så mens du overfører en bølge gjennom et medium, er det viktig å beregne tapet som kan bli forårsaket av bølgen. Dette tapet kalles Tap av radiooverføring , som er basert på invers kvadratisk lov om optikk og beregnes som forholdet mellom utstrålt effekt og mottatt effekt.
Friis Free Space Radio Circuit
Som vi vet at når en isotrop sender brukes, fordeles kraft likt, kan gjennomsnittseffekt uttrykkes i form av utstrålt kraft som,
Direktiviteten til en testantenne er gitt av
Anta at mottakerantennen mottar all den genererte kraften fra radiobølgene uten tap. La være maksimal effekt mottatt av mottakerantennen under samsvarende belastningstilstand. Når er den effektive blenderåpningen til mottakerantennen, kan vi skrive som,
Generelt er direktivet og effektivt blenderåpning område for en hvilken som helst antenne er relatert til
La være retningsgiveren til mottakerantennen. Deretter,
Ved å erstatte verdien i (3) får vi,
Denne ligningen er kjent som den grunnleggende ligningen for forplantning av ledig plass, også kjent som Fersk ledig romligning. Faktoren ( λ / 4πr)to kalles ledig tap av ledig plass som indikerer tap av signalet. Banetap kan uttrykkes som
Vi kan uttrykke ligningen (6) i dB som,
Mottatt kraft kan uttrykkes som
Som på forenkling er gitt som,
Her uttrykkes avstand r i kilometer mens frekvens f uttrykkes i MHz . Dette indikerer tap på grunn av bølgespredning som finner sted når det forplantes ut av kilden.
Typer av bølgeforplantning
De elektromagnetiske bølgene eller radiobølgenes forplantning, som går gjennom jordens miljø, avhenger ikke bare av egenskapene til seg selv, men også av miljøets egenskaper. Det er forskjellige formeringsveier der de overførte bølgene kan nå mottakeren. Alle disse modusene avhenger av operasjonsfrekvensen, avstanden mellom sender og mottaker osv ...
Bølgeforplantning
- Bølgene som forplanter seg nær jordoverflaten kalles JORDBØLGER. Denne typen forplantning er mulig når både sender- og mottaksantenne er stengt til jordoverflaten.
- Bakken bølger som beveger seg uten refleksjon kalles direkte bølger eller rombølger.
- Bakken bølger som forplanter seg til mottakerantenne gjennom refleksjonen fra jordoverflaten kalles bakken reflekterte bølger eller overflaten bølger.
- Bølgene som når mottaksantennen på grunn av spredning og refleksjon ved ionisering i den øvre atmosfæren kalles Skywaves.
- Bølgene som reflekteres eller spres i troposfæren før de når antennen kalles troposfærebølger.
Bakgrunnsbølge eller overflatebølgeforplanting
En bakkebølge beveger seg langs jordoverflaten. Disse bølgene er vertikalt polariserte. Så vertikale antenner er nyttige for disse bølgene. Hvis en horisontalt polarisert bølge forplantes som en jordbølge, på grunn av jordens ledningsevne, blir det elektriske feltet til bølgen kortsluttet.
Når bakkebølgen beveger seg vekk fra antennen, blir den dempet. For å minimere dette tapet, må overføringsbanen være over bakken med høy ledningsevne. Med hensyn til denne tilstanden, bør sjøvann være den beste lederen, men det ble observert at stor lagring av vann i dammer, sand eller steinete jord viser maksimale tap.
Derfor er høyfrekvente lavfrekvente sendere, som bruker jordbølgeforplantning, fortrinnsvis plassert på havfronter. Ettersom jordtap øker raskt med frekvens, brukes denne forplantningen praktisk talt kun til signaler opp til frekvensen 2 MHz.
For kringkasting av middels bølger, selv om jordbølger er foretrukket, overføres energi til ionosfæren. Men på dagtid absorberes energien fullstendig av ionosfæren, og om natten reflekterer ionosfæren energi tilbake til jorden. Så alt kringkastingssignalet som mottas på dagtid, skyldes bare bakken.
Det maksimale omfanget av forplantning av bakken, avhenger ikke bare av frekvensen, men også av senderen. Når jordbølger passerer over jordoverflaten, blir de også kalt overflatebølgen.
SkyWave Formering
Hver lang radiokommunikasjon av middels og høy frekvens utføres ved hjelp av skywave-forplantning. I denne modusen brukes refleksjon av EM-bølger fra det ioniserte området i den øvre delen av jordens atmosfære for overføring av bølger til lengre avstander.
Denne delen av atmosfæren kalles ionosfæren som er i omtrent 70-400 km høyde. Ionosfæren reflekterer EM-bølgene tilbake hvis frekvensen er mellom 2 og 30 MHz. Derfor kalles denne formeringsmåten også som kortbølgeforplantning.
Det er mulig å bruke kommunikasjon over himmelbølgeforplantning fra punkt til punkt over lange avstander. Med flere refleksjoner av himmelbølger er global kommunikasjon over ekstremt lange avstander mulig.
Men en ulempe er at signalet som mottas fra mottakeren har falmet på grunn av et stort antall bølger som følger et stort antall forskjellige veier for å nå mottakspunktet.
Utbredelse av rombølger
Når vi har å gjøre med EM-bølger med frekvens mellom 30 MHz til 300 MHz, er rombølgeutbredelse nyttig. Her egenskaper av Troposfæren brukes til overføring.
Når vi opererer i rombølgeutbredelsesmodus, når bølgen mottaksantennen direkte fra senderen eller etter refleksjon fra troposfæren, som er til stede omtrent 16 km over jordoverflaten. Derfor består rombølgemodus av to komponenter .dvs. direkte bølge og indirekte bølge .
Selv om disse komponentene overføres samtidig med samme fase, kan de nå i fasen eller ut av fasen med hverandre i mottakerenden, avhengig av de forskjellige banelengdene. Dermed er signalstyrken på mottakersiden vektorsummen av styrker av direkte og indirekte bølger.
Verdensrommet bølgeforplantning modus brukes til forplantning av svært høye frekvenser.
Hvilken av forplantningen brukes til kortbølgesending
Kortbølgesending foregår vanligvis i frekvensområdet 1,7 - 30 MHz. Som vi har sett ovenfor forplantes frekvensene i dette området gjennom Skywave-formeringsmodus.
Avhengig av frekvens eller bølgelengde produserer de elektromagnetiske bølgene forskjellige påvirket i forskjellige materialer og enheter. Derfor er de forskjellige delene av elektromagnetisk spektrum brukes til forskjellige applikasjoner. Hvilken av bølgeforplantningene fascinerer deg? Bruk av hvilken av formeringsmodus du synes er utfordrende.
