Golf is een verstoring die wordt overgedragen energie via medium of ruimte met verwaarloosbare of geen hoeveelheid massaoverdracht. Er zijn verschillende soorten golven die veel verschillende soorten diensten verlenen. Elektromagnetische golven worden veel gebruikt in technische toepassingen We gebruiken golfvormen in verschillende soorten toepassingen, zoals draadloos communicatie , Radar, Ruimteonderzoek , Scheepvaart, radionavigatie, teledetectie enz. Van deze toepassingen gebruiken sommige een geleid medium voor het verzenden van golven, terwijl andere gebruikmaken van het ongeleide medium. In dit artikel zouden we weten hoe de eigenschappen van medium de voortplanting van golven en verschillende manieren waarop een golf zich voortplant, beïnvloeden.
Wat is golfvoortplanting? - Definitie
Elektromagnetische golven worden gegenereerd door het uitgestraalde vermogen van de stroomvoerende bestuurder In geleiders, een deel van de opgewekte stroom ontsnapt en plant zich voort in de vrije ruimte in de vorm van Elektromagnetische golf , die een in de tijd variërend elektrisch veld, magnetisch veld en voortplantingsrichting orthogonaal op elkaar heeft.
Uitgestraald van een isotrope zender, deze golf reist via verschillende paden om de ontvanger te bereiken. Het pad dat de golf volgt om van de zender af te leggen en de ontvanger te bereiken, staat bekend als Voortplanting van golven.
Voortplanting van elektromagnetische (EM) of radiogolven
Wanneer de isotrope radiator is gebruikt voor overdragen van EM-golven krijgen we sferische golffronten, zoals weergegeven in de figuur, omdat het EM-golven gelijkmatig en gelijkmatig in alle richtingen uitstraalt. Hier is het midden van de bol de straler, terwijl de straal van de bol R is. Het is duidelijk dat alle punten op de afstand R, die op het oppervlak van de bol liggen, gelijke vermogensdichtheden hebben.
Sferisch golffront
De E-golven reizen in de vrije ruimte met de lichtsnelheid, d.w.z.. c = Maar EM golven reizen door een ander medium, de snelheid neemt af. De snelheid van EM-golven in elk medium anders dan vrije ruimte wordt gegeven door, 
waarbij c de lichtsnelheid is en de relatieve permittiviteit van het medium.
EM-golven zenden energie uit door absorptie en heremissie van golfenergie door de atomen in het medium. De atomen absorberen de golfenergie, ondergaan trillingen en geven de energie door door EM van dezelfde frequentie opnieuw uit te zenden. De optische dichtheid van het medium beïnvloedt de voortplanting van EM-golven.
Golfvoortplantingsvergelijking
Golven nemen onderweg veel routes om de ontvanger te bereiken. Veel parameters bepalen het pad dat de golf volgt, zoals de hoogte van het verzenden en ontvangen antennes , de hoek van lancering aan het zendende uiteinde, de frequentie van de operatie polarisatie enz…
Veel van de eigenschappen van de golven veranderen tijdens de voortplanting, zoals reflectie, breking, diffractie, enz… vanwege de variatie van parameters van voortplantende media zoals geleidbaarheid, permittiviteit, permeabiliteit en kenmerken van belemmerende objecten.
Over het algemeen kan, wanneer vermogen wordt uitgestraald in de vrije ruimte, de golfenergie worden uitgestraald of geabsorbeerd door de objecten in het medium. Dus tijdens het verzenden van een golf door een medium is het essentieel om het verlies te berekenen dat aan de golf kan worden toegebracht. Dit verlies wordt genoemd Verlies van radiotransmissie , die is gebaseerd op inverse kwadratische wet van optica en wordt berekend als de verhouding tussen het uitgestraalde vermogen en het ontvangen vermogen.
Friis Free Space Radio Circuit
Omdat we weten dat wanneer een isotrope zender wordt gebruikt, het vermogen gelijkmatig wordt verdeeld, kan het gemiddelde vermogen worden uitgedrukt in termen van uitgestraald vermogen als,
De richtingsgevoeligheid van een testantenne wordt gegeven door
Stel dat de ontvangende antenne al het opgewekte vermogen van de radiogolven zonder enig verlies ontvangt. Laat het maximale vermogen zijn dat wordt ontvangen door de ontvangerantenne onder een aangepaste belasting. Wanneer is het effectieve diafragma van de ontvangende antenne, kunnen we schrijven als,
Over het algemeen de gerichtheid en effectief opening gebied voor elke antenne is gerelateerd als
Laat de gerichtheid van de ontvangende antenne zijn. Vervolgens,
Als we de waarde in (3) vervangen, krijgen we,
Deze vergelijking staat bekend als de fundamentele vergelijking voor de voortplanting van vrije ruimte, ook wel bekend als Vers vrije ruimte vergelijking. De factor λ / 4πr)twee wordt het verlies van vrije ruimte pad genoemd, wat het verlies van het signaal aangeeft. Padverlies kan worden uitgedrukt als
We kunnen de vergelijking (6) in dB uitdrukken als,
Het ontvangen vermogen kan worden uitgedrukt als
Welke, over vereenvoudiging wordt gegeven als,
Hier wordt afstand r uitgedrukt in kilometer terwijl frequentie f wordt uitgedrukt in MHz Dit duidt op verlies als gevolg van golfspreiding die plaatsvindt wanneer het zich uit de bron voortplant.
Soorten golfvoortplanting
De voortplanting van elektromagnetische golven of radiogolven die door de omgeving van de aarde gaan, hangt niet alleen af van de eigenschappen van zichzelf, maar ook van de eigenschappen van de omgeving. Er zijn verschillende voortplantingspaden waardoor de uitgezonden golven de ontvanger kunnen bereiken. Al deze modi zijn afhankelijk van de bedieningsfrequentie, de afstand tussen zender en ontvanger enz ...
Voortplanting van golven
- De golven die zich voortplanten nabij het aardoppervlak worden genoemd GRONDGOLVEN. Dit type voortplanting is mogelijk wanneer de zendende en ontvangende antenne beide gesloten zijn voor het aardoppervlak.
- De grondgolven die zonder enige reflectie reizen, worden directe golven of ruimtegolven genoemd.
- De grondgolven die zich voortplanten naar de ontvangende antenne door de weerkaatsing van het aardoppervlak worden Ground Reflected waves of Surface golven genoemd.
- De golven die de ontvangende antenne bereiken door verstrooiing en reflectie door de ionisatie in de bovenste atmosfeer worden Skywaves genoemd.
- De golven die worden gereflecteerd of verstrooid in de troposfeer voordat ze de antenne bereiken, worden troposfeergolven genoemd.
Voortplanting van grondgolven of oppervlaktegolven
Een grondgolf reist langs het aardoppervlak. Deze golven zijn verticaal gepolariseerd. Verticale antennes zijn dus handig voor deze golven. Als een horizontaal gepolariseerde golf zich voortplant als een grondgolf, als gevolg van de geleidbaarheid van de aarde, wordt het elektrische veld van de golf kortgesloten.
Terwijl de grondgolf van de zendantenne weg beweegt, wordt deze verzwakt. Om dit verlies te minimaliseren, moet het transmissiepad met een hoge geleidbaarheid over de grond zijn. Met betrekking tot deze toestand zou zeewater de beste geleider moeten zijn, maar er werd opgemerkt dat grote opslag van water in vijvers, zandige of rotsachtige grond maximale verliezen vertoont.
Vandaar dat hoogvermogen laagfrequente zenders, die gebruik maken van grondgolfvoortplantingen, bij voorkeur op oceaanfronten worden geplaatst. Omdat grondverliezen snel toenemen met de frequentie, wordt deze voortplanting praktisch alleen gebruikt voor signalen tot een frequentie van 2 MHz.
Voor uitzendingen in de middengolf, hoewel grondgolven de voorkeur hebben, wordt er enige energie naar de ionosfeer overgedragen. Maar overdag wordt de energie volledig geabsorbeerd door de ionosfeer en 's nachts reflecteert de ionosfeer energie terug naar de aarde. Dus al het uitgezonden signaal dat overdag wordt ontvangen, is alleen het gevolg van grondgolven.
Het maximale bereik van de voortplanting van grondgolven is niet alleen afhankelijk van de frequentie, maar ook van het vermogen van de zender. Als grondgolven over het aardoppervlak gaan, worden ze ook wel de oppervlaktegolf genoemd.
SkyWave-voortplanting
Elke lange radiocommunicatie van gemiddelde en hoge frequenties wordt uitgevoerd met behulp van skywave-voortplanting. In deze modus wordt de reflectie van EM-golven uit het geïoniseerde gebied in het bovenste deel van de atmosfeer van de aarde gebruikt voor het doorgeven van golven over grotere afstanden.
Dit deel van de atmosfeer wordt ionosfeer genoemd en bevindt zich op ongeveer 70-400 km hoogte. Ionosphere reflecteert de EM-golven als de frequentie tussen 2 en 30 MHz is. Daarom wordt deze voortplantingswijze ook wel korte golfvoortplanting genoemd.
Het gebruik van voortplantingspunt-naar-punt communicatie over lange afstanden is mogelijk. Met de veelvoudige reflecties van luchtgolven is wereldwijde communicatie over extreem lange afstanden mogelijk.
Maar een nadeel is dat het bij de ontvanger ontvangen signaal vervaagd is doordat een groot aantal golven een groot aantal verschillende paden volgt om het ontvangende punt te bereiken.
Voortplanting van ruimtegolven
Als we te maken hebben met EM-golven met een frequentie tussen 30 MHz en 300 MHz, is de voortplanting van ruimtegolven nuttig. Hier eigenschappen van Troposfeer worden gebruikt voor verzending.
Bij gebruik in de voortplantingsmodus van de ruimtegolf bereikt de golf de ontvangende antenne rechtstreeks van de zender of na reflectie vanuit de troposfeer die aanwezig is op ongeveer 16 km boven het aardoppervlak. Vandaar dat de ruimtegolfmodus uit twee bestaat componenten .d.w.z. directe golf en indirecte golf
Hoewel deze componenten tegelijkertijd met dezelfde fase worden verzonden, kunnen ze binnen de fase of uit fase met elkaar komen aan het ontvangereinde, afhankelijk van de verschillende padlengtes. Aan de ontvangerzijde is de signaalsterkte dus de vectorsom van sterktes van directe en indirecte golven.
De ruimte golfvoortplanting modus wordt gebruikt voor de voortplanting van zeer hoge frequenties.
Welke van de voortplanting wordt gebruikt voor uitzendingen met korte golven
De uitzending van de korte golf vindt doorgaans plaats in het frequentiebereik van 1,7 - 30 MHz. Zoals we hierboven hebben gezien, worden de frequenties in dit bereik voortgeplant via de Skywave-voortplantingsmodus.
Afhankelijk van de frequentie of golflengte produceren de elektromagnetische golven verschillende effecten in verschillende materialen en apparaten. Vandaar dat de verschillende onderdelen van de elektromagnetisch spectrum worden gebruikt voor verschillende toepassingen. Welke van de golfvoortplanting intrigeert je? Toepassing van welke van de propagatiemodus u een uitdaging vindt.
