Wave je motnja, ki se prenaša energija skozi medij ali vesolje z zanemarljivim prenosom mase ali brez njega. Obstajajo različne vrste valov, ki nudijo veliko različnih vrst storitev. Elektromagnetni valovi se pogosto uporabljajo v inženirske aplikacije . Valovne oblike uporabljamo v različnih vrstah aplikacij, kot je brezžična komunikacijo , Radar, Raziskovanje vesolja , Pomorstvo, radijska navigacija, daljinsko zaznavanje itd ... Med temi aplikacijami nekateri uporabljajo voden medij za pošiljanje valov, nekateri pa neupravljani medij. V tem članku bi vedeli, kako lastnosti medija vplivajo na širjenje valov in na različne načine, kako se val širi.
Kaj je širjenje valov? - Definicija
Elektromagnetni valovi se ustvarjajo s pomočjo sevane moči iz nosilca toka voznik . V vodnikih je del proizvedena moč pobegne in se razširi v prosti prostor v obliki Elektromagnetno valovanje , ki ima časovno spremenljivo električno polje, magnetno polje in smer širjenja, pravokotno med seboj.
Sevali iz izotropni oddajnik, ta val potuje po različnih poteh, da doseže sprejemnik. Pot, ki jo je val prehodil od oddajnika in prišel do sprejemnika, je znana kot Razmnoževanje valov.
Elektromagnetno (EM) ali širjenje radijskih valov
Ko izotropni radiator se uporablja za prenos EM valov dobimo sferične valovne fronte, kot je prikazano na sliki, ker EM valove enakomerno in enakomerno oddaja v vse smeri. Tu je središče krogle radiator, polmer krogle pa R. Jasno je, da imajo vse točke na razdalji R, ki ležijo na površini krogle, enake gostote moči.
Sferična valovna fronta
E valovi potujejo v prostem prostoru s svetlobno hitrostjo, tj. c = Ampak EM valovi potujejo skozi drug medij, hitrost pa se zmanjša. Hitrost EM valov v katerem koli mediju, ki ni prosti prostor, je podana z, 
kjer je c hitrost svetlobe in relativna propustnost medija.
EM valovi oddajajo energijo z absorpcijo in ponovnim oddajanjem valovne energije z atomi v mediju. Atomi absorbirajo valovno energijo, podvržejo se vibracijam in prenašajo energijo s ponovnim oddajanjem EM enake frekvence. Optična gostota medija vpliva na širjenje EM valov.
Enačba širjenja valov
Valovi uberejo številne poti na poti, da dosežejo sprejemnik. Številni parametri določajo pot vala, na primer višine oddajnega in sprejemnega signala antene , kot izstrelitve na koncu oddajanja, pogostost delovanja polarizacija itd ...
Številne lastnosti valov se med širjenjem spremenijo, kot so odsev, lom, difrakcija itd ... zaradi spreminjanja parametrov razmnoževalnih medijev, kot so prevodnost, propustnost, prepustnost in značilnosti ovirajočih predmetov.
Na splošno lahko pri oddajanju moči v prostem prostoru predmeti v mediju sevajo ali absorbirajo valovno energijo. Torej, med oddajanjem vala skozi medij je nujno izračunati izgubo, ki jo lahko povzroči val. Ta izguba se imenuje Izguba radijskega prenosa , ki temelji na inverzni kvadratni zakon optike in se izračuna kot razmerje med sevano močjo in sprejeto močjo.
Friisov radijski krog Friis
Kot vemo, da se pri uporabi izotropnega oddajnika moč porazdeli enakomerno, povprečno moč pa lahko izrazimo v obliki sevane moči kot
Usmerjenost preskusne antene je podana z
Predpostavimo, da sprejemna antena brez izgub izgubi vso proizvedeno moč iz radijskih valov. Naj bo največja moč, ki jo prejema antena sprejemnika v pogojih usklajene obremenitve. Kdaj je efektivna odprtina sprejemne antene, lahko zapišemo kot,
Na splošno je usmerjenost in učinkovita zaslonko površina katere koli antene je povezana kot
Naj bo usmerjenost sprejemne antene. Potem,
Z nadomestitvijo vrednosti v (3) dobimo,
Ta enačba je znana kot Temeljna enačba za širjenje prostega prostora, znana tudi kot Sveže enačba prostega prostora. Faktor ( λ / 4πr)dva se imenuje izguba prostega prostora, kar pomeni izgubo signala. Izgubo poti lahko izrazimo kot
Enačbo (6) lahko izrazimo v dB kot,
Prejeto moč lahko izrazimo kot
Kar je na poenostavitvi navedeno kot,
Tu je razdalja r izražena v kilometrih, frekvenca f pa v MHz . To kaže na izgubo zaradi širjenja valov, ko se širi iz vira.
Vrste širjenja valov
Širjenje elektromagnetnih valov ali radijskih valov skozi zemeljsko okolje ni odvisno samo od lastnih lastnosti, temveč tudi od lastnosti okolja. Obstajajo različne poti širjenja, po katerih lahko oddani valovi dosežejo sprejemnik. Vsi ti načini so odvisni od pogostosti delovanja, razdalje med oddajnikom in sprejemnikom itd.
Razmnoževanje valov
- Valovi, ki se širijo v bližini zemeljske površine, se imenujejo TLOHNI VALOVI. Ta vrsta širjenja je mogoča, kadar sta oddajna in sprejemna antena zaprti na zemeljsko površino.
- Zemeljski valovi, ki potujejo brez kakršnega koli odseva, se imenujejo neposredni valovi ali vesoljski valovi.
- Zemeljski valovi, ki se širijo na sprejemno anteno skozi odsev od zemeljske površine, se imenujejo odsevani valovi ali površinski valovi.
- Valovi, ki dosežejo sprejemno anteno zaradi razpršitve in odboja z ionizacijo v zgornjem ozračju, se imenujejo Skywaves.
- Valovi, ki se odbijejo ali razpršijo v troposferi, preden dosežejo anteno, se imenujejo troposferski valovi.
Razmnoževanje talnih ali površinskih valov
Zemeljski val potuje po površini zemlje. Ti valovi so navpično polarizirani. Torej, navpične antene so koristne za te valove. Če se vodoravno polariziran val razširi kot talni val, zaradi prevodnosti zemlje električno polje vala pride do kratkega stika.
Ko se talni val oddaljuje od oddajne antene, se oslabi. Da bi to izgubo zmanjšali, mora biti prenosna pot nad tlemi z visoko prevodnostjo. Glede na to stanje bi morala biti morska voda najboljši prevodnik, vendar je bilo ugotovljeno, da veliko shranjevanje vode v ribnikih, peščenih ali kamnitih tleh kaže največje izgube.
Zato so nizkofrekvenčni oddajniki visoke moči, ki uporabljajo širjenje talnih valov, po možnosti nameščeni na oceanskih frontah. Ker se izgube tal hitro povečujejo s frekvenco, se to širjenje uporablja praktično samo za signale do frekvence 2 MHz.
Za oddajanje srednjih valov, čeprav so prednostni zemeljski valovi, se nekaj energije prenese v ionosfero. Toda podnevi jonosfera v celoti absorbira energijo, ponoči pa jonosfera odraža energijo nazaj na zemljo. Torej ves oddajni signal, prejet podnevi, je posledica samo talnega vala.
Največji obseg širjenja talnega vala ni odvisen samo od frekvence, temveč tudi od moči oddajnika. Ko zemeljski valovi prehajajo po površini zemlje, jih imenujemo tudi površinski val.
Razmnoževanje SkyWave
Vsaka dolga radijska komunikacija srednjih in visokih frekvenc se izvaja s širjenjem nebesnih valov. V tem načinu se odboj EM valov od ioniziranega območja v zgornjem delu zemeljske atmosfere uporablja za prenos valov na daljše razdalje.
Ta del ozračja se imenuje ionosfera, ki je na višini približno 70-400 km. Ionosfera odbija EM valove, če je frekvenca med 2 in 30 MHz. Zato je ta način širjenja imenovan tudi širjenje kratkih valov.
Uporaba točke širjenja valov neba do točke je možna na velike razdalje. Z večkratnimi odsevi nebesnih valov je možna globalna komunikacija na izjemno velikih razdaljah.
Toda pomanjkljivost je, da je signal, sprejet na sprejemniku, zaradi velikega števila valov, ki sledijo velikemu številu različnih poti do točke sprejema, zbledel.
Razmnoževanje vesoljskih valov
Kadar imamo opravka z EM valovi s frekvenco med 30 MHz in 300 MHz, je koristno širjenje vesoljskih valov. Tu so lastnosti Troposfera se uporabljajo za prenos.
Ko deluje v načinu širjenja vesoljskih valov, val doseže sprejemno anteno neposredno od oddajnika ali po odboju od troposfere, ki je prisotna približno 16 km nad zemeljsko površino. Zato je način vesoljskega valovanja sestavljen iz dveh sestavnih delov tj. neposredni val in posredni val .
Čeprav se te komponente prenašajo istočasno z isto fazo, lahko med seboj dosežejo znotraj faze ali izven faze na koncu sprejemnika, odvisno od različnih dolžin poti. Tako je na strani sprejemnika moč signala vektorska vsota jakosti neposrednih in posrednih valov.
Prostor širjenje valov način se uporablja za širjenje zelo visokih frekvenc.
Kateri od razmnoževanja se uporablja za oddajanje kratkih valov
Oddajanje kratkih valov običajno poteka v frekvenčnem območju od 1,7 do 30 MHz. Kot smo videli zgoraj, se frekvence v tem območju širijo v načinu širjenja Skywave.
Glede na frekvenco ali valovno dolžino elektromagnetni valovi povzročajo različne vplive na različne materiale in naprave. Zato so različni deli elektromagnetni spekter se uporabljajo za različne aplikacije. Katero od širjenja valov vas zanima? Kateri način razmnoževanja se vam zdi izziv.
