Το Wave είναι μια διαταραχή που μεταφέρεται ενέργεια μέσω μέσου ή χώρου με αμελητέο ή καθόλου ποσό μαζικής μεταφοράς. Υπάρχουν διάφοροι τύποι κυμάτων που παρέχουν πολλούς διαφορετικούς τύπους υπηρεσιών. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα χρησιμοποιούνται ευρέως στο εφαρμοσμένης μηχανικής . Χρησιμοποιούμε κυματομορφές σε διάφορους τύπους εφαρμογών, όπως ασύρματη επικοινωνία , Ραντάρ, Εξερεύνηση του διαστήματος , Ναυτιλία, Ραδιοπλοήγηση, Τηλεπισκόπηση κλπ… Μεταξύ αυτών των εφαρμογών, ορισμένες χρησιμοποιούν καθοδηγητικό μέσο για την αποστολή κυμάτων ενώ κάποιες χρησιμοποιούν το μη καθοδηγούμενο μέσο. Σε αυτό το άρθρο, θα γνωρίζαμε πώς οι ιδιότητες του μέσου επηρεάζουν τη διάδοση κυμάτων και διάφορους τρόπους με τους οποίους διαδίδεται ένα κύμα.
Τι είναι η διάδοση κυμάτων; - Ορισμός
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από την ακτινοβολούμενη ισχύ από την τρέχουσα μεταφορά οδηγός . Στους αγωγούς, ένα μέρος του παραγόμενη δύναμη δραπετεύει και διαδίδεται στον ελεύθερο χώρο με τη μορφή Ηλεκτρομαγνητικό κύμα , το οποίο έχει χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο, μαγνητικό πεδίο και κατεύθυνση διάδοσης ορθογώνια μεταξύ τους.
Ακτινοβολήθηκε από ένα ισοτροπικός πομπός, Αυτά τα κύματα ταξιδεύουν σε διαφορετικές διαδρομές για να φτάσουν στο δέκτη. Η διαδρομή που ακολουθεί το κύμα για να ταξιδέψει από τον πομπό και να φτάσει στο δέκτη είναι γνωστή ως Διάδοση κυμάτων.
Ηλεκτρομαγνητική (EM) ή διάδοση ραδιοκυμάτων
Οταν ο ισοτροπικό καλοριφέρ χρησιμοποιείται για μετάδοση των κυμάτων EM έχουμε σφαιρικά κύματα όπως φαίνεται στην εικόνα, επειδή ακτινοβολεί κύματα EM ομοιόμορφα και εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις. Εδώ το κέντρο της σφαίρας είναι το καλοριφέρ ενώ η ακτίνα της σφαίρας είναι R. Σαφώς, όλα τα σημεία στην απόσταση R, που βρίσκονται στην επιφάνεια της σφαίρας έχουν ίση πυκνότητα ισχύος.
Σφαιρικό κύμα
Τα κύματα Ε ταξιδεύουν στον ελεύθερο χώρο με την ταχύτητα του φωτός. c = Αλλά EM τα κύματα ταξιδεύουν σε ένα άλλο μέσο που μειώνει η ταχύτητα. Η ταχύτητα των κυμάτων EM σε οποιοδήποτε μέσο εκτός του ελεύθερου χώρου δίνεται από, 
όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός και είναι σχετική διαπερατότητα του μέσου.
Τα κύματα EM μεταδίδουν ενέργεια με απορρόφηση και εκ νέου εκπομπή ενέργειας κυμάτων από τα άτομα στο μέσο. Τα άτομα απορροφούν την κυματική ενέργεια, υφίστανται δονήσεις και περνούν την ενέργεια με την εκ νέου εκπομπή EM της ίδιας συχνότητας. Η οπτική πυκνότητα του μέσου επηρεάζει τη διάδοση των κυμάτων EM.
Εξίσωση διάδοσης κυμάτων
Τα κύματα ακολουθούν πολλές διαδρομές για να φτάσουν στο δέκτη. Πολλές παράμετροι αποφασίζουν τη διαδρομή που ακολουθεί το κύμα, όπως τα ύψη της μετάδοσης και της λήψης κεραίες , η γωνία εκτόξευσης στο άκρο μετάδοσης, η συχνότητα λειτουργίας πόλωση και τα λοιπά…
Πολλές από τις ιδιότητες των κυμάτων τροποποιούνται κατά τη διάδοση, όπως η ανάκλαση, η διάθλαση, η περίθλαση κλπ ... λόγω της διακύμανσης των παραμέτρων των μέσων διάδοσης όπως η αγωγιμότητα, η διαπερατότητα, η διαπερατότητα και τα χαρακτηριστικά των εμποδίων αντικειμένων.
Γενικά, όταν η ισχύς ακτινοβολείται στον ελεύθερο χώρο, η ενέργεια κυμάτων μπορεί να ακτινοβολείται ή να απορροφάται από τα αντικείμενα στο μέσο. Έτσι, ενώ μεταδίδετε ένα κύμα μέσω ενός μέσου, είναι σημαντικό να υπολογίσετε την απώλεια που μπορεί να προκληθεί στο κύμα. Αυτή η απώλεια ονομάζεται Απώλεια ραδιοφωνικής μετάδοσης , το οποίο βασίζεται στο αντίστροφος τετραγωνικός νόμος της οπτικής και υπολογίζεται ως ο λόγος της ακτινοβολημένης ισχύος προς τη λαμβανόμενη ισχύ.
Κύκλωμα ραδιοφώνου ελεύθερου χώρου Friis
Όπως γνωρίζουμε ότι όταν χρησιμοποιείται ένας ισοτροπικός πομπός, η ισχύς κατανέμεται εξίσου, η μέση ισχύς μπορεί να εκφραστεί σε όρους ακτινοβολημένης ισχύος όπως,
Η κατευθυντικότητα μιας δοκιμαστικής κεραίας δίνεται από
Ας υποθέσουμε ότι η κεραία λήψης λαμβάνει όλη την παραγόμενη ισχύ από τα ραδιοκύματα χωρίς απώλεια. Ας είναι η μέγιστη ισχύς που λαμβάνεται από την κεραία του δέκτη υπό μια αντίστοιχη κατάσταση φόρτωσης. Πότε είναι το αποτελεσματικό άνοιγμα της κεραίας λήψης, μπορούμε να γράψουμε ως,
Σε γενικές γραμμές, η κατευθυντικότητα και αποτελεσματική άνοιγμα περιοχή για οποιαδήποτε κεραία σχετίζεται ως
Ας είναι η κατευθυντικότητα της κεραίας λήψης. Επειτα,
Αντικαθιστώντας την τιμή στο (3) έχουμε,
Αυτή η εξίσωση είναι γνωστή ως η θεμελιώδης εξίσωση για τον ελεύθερο χώρο, επίσης γνωστή ως Φρέσκο εξίσωση ελεύθερου χώρου. Ο παράγοντας ( λ/4πr)δύο ονομάζεται απώλεια διαδρομής ελεύθερου χώρου που δείχνει την απώλεια του σήματος. Η απώλεια διαδρομής μπορεί να εκφραστεί ως
Μπορούμε να εκφράσουμε την εξίσωση (6) σε dB ως,
Η ληφθείσα ισχύς μπορεί να εκφραστεί ως
Που, για την απλοποίηση δίνεται ως,
Εδώ η απόσταση r εκφράζεται σε χιλιόμετρο ενώ η συχνότητα f εκφράζεται σε MHz . Αυτό δείχνει απώλεια λόγω της εξάπλωσης κυμάτων που λαμβάνει χώρα όταν εξαπλώνεται έξω από την πηγή.
Τύποι διάδοσης κυμάτων
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ή η διάδοση των ραδιοκυμάτων, που διέρχονται από το περιβάλλον της γης εξαρτώνται όχι μόνο από τις ιδιότητες του εαυτού τους, αλλά και από τις ιδιότητες του περιβάλλοντος. Υπάρχουν διαφορετικές διαδρομές διάδοσης μέσω των οποίων τα μεταδιδόμενα κύματα μπορούν να φτάσουν στον δέκτη. Όλοι αυτοί οι τρόποι εξαρτώνται από τη συχνότητα λειτουργίας, την απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη κλπ…
Διάδοση κυμάτων
- Τα κύματα που διαδίδονται κοντά στην επιφάνεια της γης ονομάζονται ΜΕΓΑΛΑ κύματα. Αυτός ο τύπος διάδοσης είναι δυνατός όταν η κεραία εκπομπής και λήψης αμφότερες είναι κλειστές στην επιφάνεια της γης.
- Τα κύματα του εδάφους που ταξιδεύουν χωρίς καμία αντανάκλαση ονομάζονται Άμεσα κύματα ή Διαστημικά κύματα.
- Τα κύματα του εδάφους που διαδίδονται στην κεραία λήψης μέσω της ανάκλασης από την επιφάνεια της γης ονομάζονται κύματα αντανακλάται στο έδαφος ή κύματα επιφανείας.
- Τα κύματα που φτάνουν στην κεραία λήψης λόγω σκέδασης και ανάκλασης από τον ιονισμό στην ανώτερη ατμόσφαιρα ονομάζονται Skywaves.
- Τα κύματα που ανακλώνονται ή διασκορπίζονται στην τροπόσφαιρα πριν φτάσουν στην κεραία ονομάζονται κύματα τροπόσφαιρας.
Διάδοση κύματος εδάφους ή επιφανείας
Ένα κύμα εδάφους ταξιδεύει κατά μήκος της επιφάνειας της γης. Αυτά τα κύματα είναι κάθετα πολωμένα. Έτσι, οι κάθετες κεραίες είναι χρήσιμες για αυτά τα κύματα. Εάν ένα οριζόντια πολωμένο κύμα διαδίδεται ως κύμα εδάφους, λόγω της αγωγιμότητας της γης, το ηλεκτρικό πεδίο του κύματος βραχυκυκλώνεται.
Καθώς το κύμα εδάφους απομακρύνεται από την κεραία εκπομπής, εξασθενεί. Για να ελαχιστοποιηθεί αυτή η απώλεια, η διαδρομή μετάδοσης πρέπει να είναι πάνω από το έδαφος με υψηλή αγωγιμότητα. Σε σχέση με αυτήν την κατάσταση, το θαλασσινό νερό πρέπει να είναι ο καλύτερος αγωγός, αλλά παρατηρήθηκε ότι η μεγάλη αποθήκευση νερού σε λίμνες, αμμώδη ή βραχώδη εδάφη παρουσιάζει μέγιστες απώλειες.
Ως εκ τούτου, οι πομποί χαμηλής συχνότητας υψηλής ισχύος, χρησιμοποιώντας πολλαπλασιασμούς κυμάτων εδάφους, βρίσκονται κατά προτίμηση στα μέτωπα του ωκεανού. Καθώς οι απώλειες γείωσης αυξάνονται γρήγορα με τη συχνότητα, αυτή η διάδοση χρησιμοποιείται πρακτικά μόνο για σήματα έως και 2 MHz.
Για μετάδοση μεσαίου κύματος αν και προτιμούνται τα επίγεια κύματα, κάποια ενέργεια μεταδίδεται στην ιονόσφαιρα. Αλλά κατά τη διάρκεια της ημέρας η ενέργεια απορροφάται πλήρως από την ιονόσφαιρα και κατά τη διάρκεια της νύχτας η ιονόσφαιρα αντανακλά την ενέργεια πίσω στη γη. Έτσι, όλο το σήμα εκπομπής που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας οφείλεται μόνο στο κύμα εδάφους.
Το μέγιστο εύρος της διάδοσης κύματος εδάφους όχι μόνο εξαρτάται από τη συχνότητα αλλά και από την ισχύ του πομπού. Καθώς τα κύματα του εδάφους περνούν πάνω από την επιφάνεια της γης ονομάζονται επίσης κύμα επιφανείας.
Διάδοση SkyWave
Κάθε μακρά ραδιοεπικοινωνία μεσαίων και υψηλών συχνοτήτων πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας διάδοση skywave. Σε αυτόν τον τρόπο η αντανάκλαση των κυμάτων EM από την ιονισμένη περιοχή στο άνω μέρος της ατμόσφαιρας της γης χρησιμοποιείται για τη μετάδοση κυμάτων σε μεγαλύτερες αποστάσεις.
Αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας ονομάζεται ιονόσφαιρα με ύψος περίπου 70-400 χλμ. Η ιονόσφαιρα αντανακλά πίσω τα κύματα EM εάν η συχνότητα κυμαίνεται μεταξύ 2 και 30 MHz. Ως εκ τούτου, αυτός ο τρόπος διάδοσης ονομάζεται επίσης ως διάδοση μικρών κυμάτων.
Είναι δυνατή η χρήση σημείου διάδοσης ουρανού σε σημείο για επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις. Με τις πολλαπλές αντανακλάσεις των κυμάτων του ουρανού, είναι δυνατή η παγκόσμια επικοινωνία σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις.
Αλλά ένα μειονέκτημα είναι ότι το σήμα που λαμβάνεται στον δέκτη έχει ξεθωριάσει λόγω ενός μεγάλου αριθμού κυμάτων που ακολουθούν έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών διαδρομών για να φτάσουν στο σημείο λήψης.
Διάδοση διαστημικού κύματος
Όταν ασχολούμαστε με EM κύματα συχνότητας μεταξύ 30 MHz έως 300 MHz, τότε η διάδοση διαστημικού κύματος είναι χρήσιμη. Εδώ ιδιότητες του Τροποσφαίρα χρησιμοποιούνται για μετάδοση.
Όταν λειτουργεί σε λειτουργία διάδοσης διαστημικών κυμάτων, το κύμα φθάνει στην κεραία λήψης απευθείας από τον πομπό ή μετά από ανάκλαση από τροπόσφαιρα που βρίσκεται περίπου 16 χλμ. Πάνω από την επιφάνεια της γης. Ως εκ τούτου, η λειτουργία διαστημικού κύματος αποτελείται από δύο συστατικά δηλ. άμεσο κύμα και έμμεσο κύμα .
Αν και αυτά τα συστατικά μεταδίδονται ταυτόχρονα με την ίδια φάση, μπορούν να φτάσουν εντός της φάσης ή εκτός φάσης μεταξύ τους στο άκρο του δέκτη ανάλογα με τα διαφορετικά μήκη διαδρομής. Έτσι, στην πλευρά του δέκτη η ισχύς σήματος είναι το διανυσματικό άθροισμα των δυνατοτήτων των άμεσων και έμμεσων κυμάτων.
το διάστημα διάδοση κυμάτων Η λειτουργία χρησιμοποιείται για τη διάδοση πολύ υψηλών συχνοτήτων.
Ποια από τη διάδοση χρησιμοποιείται για μετάδοση σύντομων κυμάτων
Η μετάδοση μικρού κύματος πραγματοποιείται συνήθως στο εύρος συχνοτήτων 1,7 - 30 MHz. Όπως έχουμε δει παραπάνω, οι συχνότητες σε αυτό το εύρος διαδίδονται μέσω της λειτουργίας διάδοσης Skywave.
Ανάλογα με τη συχνότητα ή το μήκος κύματος, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγουν διαφορετικά επηρεασμένα σε διάφορα υλικά και συσκευές. Ως εκ τούτου, τα διάφορα μέρη του ηλεκτρομαγνητικό φάσμα χρησιμοποιούνται για διάφορες εφαρμογές. Ποιο από τα κύματα σας διαδίδει; Εφαρμογή του τρόπου διάδοσης που θεωρείτε προκλητικό.
