Mikä on aaltojen leviäminen? Määritelmä, yhtälö ja sen tyypit

Kokeile Instrumenttia Ongelmien Poistamiseksi





Aalto on häiriö, joka siirtyy energiaa väliaineen tai avaruuden läpi, massansiirto on vähäistä tai ei lainkaan. On olemassa erilaisia ​​aaltoja, jotka tarjoavat monia erityyppisiä palveluja. Elektromagneettiset aallot ovat laajalti käytössä tekniset sovellukset . Käytämme aaltomuotoja erityyppisissä sovelluksissa, kuten langattomissa viestintä , Tutka, Avaruustutkimus , Marine, radionavigointi, kaukokartoitus jne ... Jotkut käyttävät näistä sovelluksista ohjattua välinettä aaltojen lähettämiseen, kun taas jotkut käyttävät ohjaamatonta mediaa. Tässä artikkelissa tiedämme, kuinka väliaineen ominaisuudet vaikuttavat aaltojen etenemiseen ja erilaisiin tapoihin, joilla aalto etenee.

Mikä on aaltojen leviäminen? - Määritelmä

Sähkömagneettiset aallot syntyvät virran kantaman säteilyn avulla kuljettaja . Johtimissa osa tuotettu teho pakenee ja etenee vapaaseen tilaan muodossa Sähkömagneettinen aalto , jolla on ajallisesti vaihteleva sähkökenttä, magneettikenttä ja etenemissuunta kohtisuorassa toisiinsa nähden.




Säteilee isotrooppinen lähetin, nämä aallot kulkevat eri polkujen kautta saavuttaakseen vastaanottimen. Reitti, jonka aalto kuljettaa lähettimestä kulkemiseen ja vastaanottimen saavuttamiseen, tunnetaan nimellä Aaltojen leviäminen.

Sähkömagneettinen (EM) tai radioaaltojen eteneminen

Kun isotrooppinen jäähdytin käytetään tarttuminen EM-aalloista saamme pallomaiset aaltoreunat kuvan osoittamalla tavalla, koska se säteilee EM-aaltoja tasaisesti ja tasaisesti kaikkiin suuntiin. Pallon keskipiste on tässä säteilijä, kun taas pallon säde on R. On selvää, että kaikilla pallon pinnalla olevilla etäisyyden R pisteillä on samat tehotiheydet.



Pallomainen aaltorintama

Pallomainen aaltorintama

E-aallot kulkevat vapaassa tilassa valon nopeudella, ts. c = Mutta EM aallot kulkevat toisen väliaineen läpi, nopeus pienenee. EM-aaltojen nopeuden missä tahansa muussa välineessä kuin vapaassa tilassa antaa

missä c on valon nopeus ja väliaineen suhteellinen läpäisevyys.


EM-aallot välittävät energiaa absorboimalla ja välittämällä uudelleen aaltoenergiaa väliaineen atomien kautta. Atomit absorboivat aaltoenergian, läpikäyvät tärinää ja kuljettavat energian EM-päästöjen uudelleenemissiolla samalla taajuudella. Väliaineen optinen tiheys vaikuttaa EM-aaltojen etenemiseen.

Aaltojen etenemisyhtälö

Aallot kulkevat monta reittiä matkalla kohti vastaanotinta. Monet parametrit päättävät aallon kulkeman polun, kuten lähettämisen ja vastaanottamisen korkeudet antennit , laukaisukulma lähettävässä päässä, toiminnan taajuus polarisaatio jne…

Monet aaltojen ominaisuuksista muuttuvat etenemisen aikana, kuten heijastus, taittuminen, diffraktio jne. ... johtuen etenemisväliaineen parametrien vaihteluista, kuten johtavuus, läpäisevyys, läpäisevyys ja estävien esineiden ominaisuudet.

Yleensä kun teho säteilee vapaassa tilassa, väliaineessa olevat kohteet voivat säteillä tai absorboida aaltoenergiaa. Joten kun lähetetään aalto väliaineen läpi, on välttämätöntä laskea aallolle mahdollisesti aiheutuva menetys. Tätä menetystä kutsutaan Radiolähetyksen menetys , joka perustuu käänteinen neliölainsäädäntö ja se lasketaan säteilytetyn tehon suhteena vastaanotettuun tehoon.

Friisin vapaa avaruusradion piiri

Friisin vapaa avaruusradion piiri

Koska tiedämme, että kun isotrooppista lähetintä käytetään, teho jakautuu tasaisesti, keskimääräinen teho voidaan ilmaista säteilytehona seuraavasti:

Testiantennin suuntaavuuden antaa

Oletetaan, että vastaanottava antenni vastaanottaa kaiken tuotetun tehon radioaalloilta ilman häviöitä. Antaa olla suurin teho, jonka vastaanottimen antenni saa sovitetussa kuormitustilassa. Milloin vastaanottavan antennin tehollinen aukko on, voimme kirjoittaa

Yleensä suuntaavuus ja tehokas aukko minkä tahansa antennin pinta-ala on sama kuin

Antaa olla vastaanottavan antennin suuntaavuus. Sitten,

Korvaamalla arvo kohdassa (3) saamme

Tämä yhtälö tunnetaan vapaan tilan lisääntymisen perusyhtälönä, joka tunnetaan myös nimellä Tuore vapaan tilan yhtälö. Tekijä ( λ / 4πr)kaksi kutsutaan vapaan tilan polun häviöksi, joka osoittaa signaalin menetystä. Polun menetys voidaan ilmaista

Voimme ilmaista yhtälön (6) desibeleinä,

Vastaanotettu teho voidaan ilmaista

Mikä yksinkertaistamisen yhteydessä annetaan

Tässä etäisyys r ilmaistaan ​​kilometreinä, kun taas taajuus f ilmaistaan MHz . Tämä osoittaa menetystä, joka johtuu aallon leviämisestä, kun se etenee lähteestä.

Aaltojen leviämisen tyypit

Maan ympäristön läpi kulkevat sähkömagneettiset aallot tai radioaaltojen eteneminen riippuvat paitsi itsensä ominaisuuksista myös ympäristön ominaisuuksista. On olemassa erilaisia ​​etenemisreittejä, joilla lähetetyt aallot pääsevät vastaanottimeen. Kaikki nämä tilat riippuvat toimintataajuudesta, lähettimen ja vastaanottimen välisestä etäisyydestä jne.

Aaltojen leviäminen

Aaltojen leviäminen

  • Aaltoja, jotka etenevät lähellä maan pintaa, kutsutaan MAAAALOT. Tämäntyyppinen eteneminen on mahdollista, kun lähettävä ja vastaanottava antenni ovat molemmat kiinni maan pinnalla.
  • Maa-aaltoja, jotka kulkevat ilman heijastuksia, kutsutaan suoriksi aalloksi tai avaruusaalloksi.
  • Maa-aaltoja, jotka etenevät vastaanottavaan antenniin maapallon heijastuksen kautta, kutsutaan maaperän heijastuneiksi aalloksi tai pinta-aalloksi.
  • Aaltoja, jotka pääsevät vastaanottavaan antenniin ylemmän ilmakehän ionisaation aiheuttaman sironnan ja heijastuksen vuoksi, kutsutaan Skywavesiksi.
  • Aaltoja, jotka heijastuvat tai hajaantuvat troposfäärissä ennen antennin saavuttamista, kutsutaan troposfäärin aaltoiksi.

Maa-aallon tai pinta-aaltojen leviäminen

Maa-aalto kulkee maan pintaa pitkin. Nämä aallot ovat vertikaalisesti polarisoituneita. Joten pystysuorat antennit ovat hyödyllisiä näille aalloille. Jos vaakasuorasti polarisoitunut aalto etenee maa-aallona, ​​maan johtavuuden vuoksi aallon sähkökenttä oikosulkeutuu.

Kun maa-aalto liikkuu pois lähettävästä antennista, se vaimennetaan. Tämän häviön minimoimiseksi siirtotien on oltava maan päällä ja korkea johtavuus. Tässä olosuhteessa meriveden tulisi olla paras johdin, mutta havaittiin, että veden suuri varastointi lammissa, hiekkaisessa tai kivisessä maaperässä osoittaa suurimmat tappiot.

Näin ollen suuritehoiset matalataajuiset lähettimet, jotka käyttävät maa-aaltojen etenemistä, sijaitsevat edullisesti meren rintamilla. Koska maahäviöt kasvavat nopeasti taajuuden mukana, tätä etenemistä käytetään käytännössä vain taajuuksille 2 MHz asti.

Keskiaaltolähetyksissä, vaikka maa-aallot ovat edullisia, jonkin verran energiaa siirretään ionosfääriin. Mutta päivällä ionosfääri absorboi energian kokonaan ja yöllä ionosfääri heijastaa energiaa takaisin maahan. Joten kaikki päivällä vastaanotettu lähetyssignaali johtuu vain maa-aallosta.

Maa-aaltojen etenemisen suurin alue ei riipu pelkästään taajuudesta, vaan myös lähettimen tehosta. Kun maa-aallot kulkevat maan pinnan yli, niitä kutsutaan myös pinta-aalloksi.

SkyWave-leviäminen

Jokainen pitkä keski- ja korkeiden taajuuksien radioviestintä suoritetaan skywave-etenemällä. Tässä tilassa maapallon ilmakehän yläosassa olevan ionisoidun alueen EM-aaltojen heijastusta käytetään aaltojen siirtämiseen pidemmille etäisyyksille.

Tätä ilmakehän osaa kutsutaan ionosfääriksi, jonka korkeus on noin 70-400 km. Ionosfääri heijastaa takaisin EM-aaltoja, jos taajuus on välillä 2-30 MHz. Tästä syystä tätä etenemismoodia kutsutaan myös nimellä lyhytaaltojen eteneminen.

Taivaan aaltojen etenemispisteen käyttö pisteiden väliseen tiedonsiirtoon on mahdollista pitkiä matkoja. Taivaan aaltojen monien heijastusten ansiosta globaali viestintä on mahdollista äärimmäisen pitkillä etäisyyksillä.

Mutta haittana on, että vastaanottimessa vastaanotettu signaali on haalistunut, koska suuri määrä aaltoja seuraa suurta määrää erilaisia ​​polkuja saavuttaakseen vastaanottopisteen.

Avaruusaaltojen leviäminen

Kun kyseessä on EM-aallot, joiden taajuus on 30 MHz - 300 MHz, avaruusaaltojen eteneminen on hyödyllistä. Tässä ominaisuudet Troposfääri käytetään lähetykseen.

Kun se toimii avaruusaaltojen etenemismoodissa, aalto saavuttaa vastaanottavan antennin suoraan lähettimestä tai heijastuksen jälkeen troposfääristä, joka on läsnä noin 16 km maanpinnan yläpuolella. Siksi avaruusaaltomoodi koostuu kahdesta komponentit ts. suora aalto ja epäsuora aalto .

Vaikka nämä komponentit lähetetään samanaikaisesti saman vaiheen kanssa, ne voivat saavuttaa vaiheen sisällä tai vaiheen ulkopuolella toistensa kanssa vastaanottimen päässä, riippuen eri polun pituuksista. Siten vastaanottimen puolella signaalin voimakkuus on suorien ja epäsuorien aaltojen voimakkuuksien vektorisumma.

Avaruus aaltojen eteneminen moodia käytetään erittäin korkeiden taajuuksien etenemiseen.

Mitä levitystä käytetään lyhytaaltolähetyksiin

Lyhytaaltolähetys tapahtuu yleensä taajuusalueella 1,7 - 30 MHz. Kuten edellä olemme nähneet, taajuudet tällä alueella etenevät Skywave-etenemismoodin kautta.

Taajuudesta tai aallonpituudesta riippuen sähkömagneettiset aallot tuottavat erilaisia ​​vaikutuksia eri materiaaleissa ja laitteissa. Siksi eri osat sähkömagneettinen spektri käytetään erilaisiin sovelluksiin. Mikä aaltojen etenemisestä kiehtoo sinua? Minkä etenemismoodin soveltaminen on haastavaa.