Apakah Penyebaran Gelombang? Definisi, Persamaan, dan Jenisnya

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Gelombang adalah gangguan yang berpindah tenaga melalui medium atau ruang dengan jumlah pemindahan jisim yang diabaikan atau tidak. Terdapat pelbagai jenis gelombang yang memberikan pelbagai jenis perkhidmatan. Gelombang elektromagnetik digunakan secara meluas di aplikasi kejuruteraan . Kami menggunakan bentuk gelombang dalam pelbagai jenis aplikasi seperti tanpa wayar komunikasi , Radar, Penerokaan Angkasa , Laut, navigasi Radio, Penginderaan jauh dan lain-lain ... Di antara aplikasi ini, beberapa menggunakan media yang dipandu untuk menghantar gelombang sedangkan yang lain menggunakan media yang tidak dipandu. Dalam artikel ini, kita akan mengetahui bagaimana sifat medium mempengaruhi penyebaran gelombang dan pelbagai cara gelombang menyebarkan.

Apakah Penyebaran Gelombang? - Definisi

Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh daya terpancar dari arus yang dibawa pemandu . Dalam konduktor, sebahagian daripada kuasa yang dihasilkan melarikan diri dan menyebarkan ke ruang bebas dalam bentuk Gelombang elektromagnetik , yang mempunyai medan elektrik, medan magnet, dan arah perambatan ortogonal yang berbeza-beza antara satu sama lain.




Terpancar dari sebuah pemancar isotropik, gelombang ini bergerak melalui jalan yang berbeza untuk mencapai penerima. Jalan yang diambil oleh gelombang untuk melakukan perjalanan dari pemancar dan sampai ke penerima dikenali sebagai Penyebaran Gelombang.

Elektromagnetik (EM) atau Penyebaran Gelombang Radio

Apabila radiator isotropik digunakan untuk penularan gelombang EM kita mendapat muka gelombang sfera seperti yang ditunjukkan dalam gambar kerana ia memancarkan gelombang EM secara seragam dan sama ke semua arah. Di sini pusat sfera adalah radiator sementara radius sfera adalah R. Jelas, semua titik pada jarak R, yang terletak di permukaan sfera mempunyai ketumpatan daya yang sama.



Gelombang Sfera

Gelombang Sfera

Gelombang E bergerak di ruang bebas dengan halaju cahaya .i. c = Tetapi EM gelombang bergerak melalui medium lain kelajuan berkurang. Kelajuan gelombang EM di mana-mana medium selain ruang bebas diberikan oleh,

di mana c adalah halaju cahaya dan kebolehtelapan relatif medium.


Gelombang EM menghantar tenaga dengan penyerapan dan pelepasan semula tenaga gelombang oleh atom dalam medium. Atom menyerap tenaga gelombang, mengalami getaran dan mengalirkan tenaga dengan mengeluarkan semula EM dengan frekuensi yang sama. Ketumpatan optik medium mempengaruhi penyebaran gelombang EM.

Persamaan Penyebaran Gelombang

Gelombang mengambil banyak laluan dalam perjalanan untuk sampai ke penerima. Banyak parameter menentukan jalan yang diambil oleh gelombang seperti ketinggian pemancaran dan penerimaan antena , sudut pelancaran pada hujung penghantaran, kekerapan operasi polarisasi dan lain-lain…

Sebilangan besar sifat gelombang diubah semasa penyebaran seperti pantulan, pembiasan, difraksi dan lain-lain ... kerana variasi parameter media penyebaran seperti kekonduksian, kebolehtelapan, kebolehtelapan, dan ciri-ciri objek yang menghalang.

Secara amnya, apabila daya dipancarkan di ruang bebas, tenaga gelombang dapat dipancarkan atau diserap oleh objek dalam medium. Oleh itu, semasa menghantar gelombang melalui medium, adalah mustahak untuk mengira kerugian yang boleh disebabkan oleh gelombang tersebut. Kerugian ini disebut Kerugian penghantaran radio , yang berdasarkan pada undang-undang optik segiempat terbalik dan dikira sebagai nisbah daya terpancar dengan daya yang diterima.

Litar Radio Ruang Bebas Friis

Litar Radio Ruang Bebas Friis

Seperti yang kita ketahui bahawa ketika pemancar isotropik digunakan, daya diedarkan secara sama rata, daya rata-rata dapat dinyatakan dari segi daya terpancar sebagai,

Arahan arah antena ujian diberikan oleh

Anggaplah bahawa antena penerima menerima semua kuasa yang dihasilkan dari gelombang radio tanpa kehilangan. Biarkan daya maksimum yang diterima oleh antena penerima dalam keadaan beban yang sepadan. Bilakah bukaan berkesan antena penerima, kita boleh menulis sebagai,

Secara umum, arahan dan berkesan bukaan kawasan untuk sebarang antena berkaitan sebagai

Biarlah pengarahan antena penerima. Kemudian,

Menggantikan nilai dalam (3) yang kita dapat,

Persamaan ini dikenali sebagai Fundamental Equation for free space Propagation, juga dikenali sebagai Segar persamaan ruang bebas. Faktornya ( λ / 4πr)dua dipanggil kehilangan laluan ruang bebas yang menunjukkan kehilangan isyarat. Kehilangan jalan boleh dinyatakan sebagai

Kita dapat menyatakan persamaan (6) dalam dB sebagai,

Kuasa yang diterima dapat dinyatakan sebagai

Yang, pada penyederhanaan diberikan sebagai,

Di sini jarak r dinyatakan dalam kilometer sementara frekuensi f dinyatakan dalam MHz . Ini menunjukkan kerugian akibat penyebaran gelombang yang berlaku ketika menyebarkan keluar dari sumbernya.

Jenis Penyebaran Gelombang

Penyebaran gelombang elektromagnetik atau gelombang radio, yang melalui persekitaran bumi tidak hanya bergantung pada sifat diri mereka sendiri tetapi juga pada sifat persekitaran. Terdapat jalan penyebaran yang berbeza di mana gelombang yang dihantar dapat sampai ke penerima. Semua mod ini bergantung pada kekerapan operasi, jarak antara pemancar dan penerima dll ...

Penyebaran Gelombang

Penyebaran Gelombang

  • Gelombang yang merebak di dekat permukaan bumi disebut GELOMBANG GROUND. Jenis penyebaran ini mungkin berlaku ketika antena pemancar dan penerima keduanya ditutup ke permukaan bumi.
  • Gelombang darat yang bergerak tanpa pantulan disebut gelombang langsung atau gelombang ruang angkasa.
  • Gelombang tanah yang merebak ke antena penerima melalui pantulan dari permukaan bumi disebut gelombang Refleksi Tanah atau gelombang Permukaan.
  • Gelombang yang mencapai antena penerima disebabkan oleh penyerakan dan pantulan oleh pengionan di atmosfer atas disebut Gelombang Langit.
  • Gelombang yang dipantulkan atau tersebar di troposfer sebelum mencapai antena disebut gelombang troposfer.

Gelombang Darat atau Penyebaran Gelombang Permukaan

Gelombang darat bergerak di sepanjang permukaan bumi. Gelombang ini terpolarisasi secara menegak. Jadi, antena menegak berguna untuk gelombang ini. Sekiranya gelombang terpolarisasi mendatar disebarkan sebagai gelombang tanah, kerana kekonduksian bumi, medan elektrik gelombang menjadi litar pintas.

Ketika gelombang darat bergerak jauh dari antena pemancar, ia akan dilemahkan. Untuk mengurangkan kerugian ini, laluan penghantaran mesti berada di atas tanah dengan kekonduksian yang tinggi. Sehubungan dengan keadaan ini, air laut harus menjadi konduktor terbaik tetapi diperhatikan bahawa penyimpanan air yang besar di kolam, tanah berpasir atau berbatu menunjukkan kerugian maksimum.

Oleh itu, pemancar frekuensi rendah kuasa tinggi, menggunakan perambatan gelombang darat, lebih baik terletak di bahagian depan lautan. Oleh kerana kerugian tanah meningkat dengan cepat dengan frekuensi, penyebaran ini digunakan secara praktikal untuk isyarat hingga frekuensi 2 MHz sahaja.

Untuk siaran gelombang sederhana walaupun gelombang tanah lebih disukai, beberapa tenaga dihantar ke ionosfera. Tetapi pada waktu siang tenaga diserap sepenuhnya oleh ionosfera dan pada waktu malam ionosfera memantulkan tenaga kembali ke bumi. Jadi semua isyarat siaran yang diterima pada waktu siang hanya disebabkan oleh gelombang tanah.

Julat maksimum penyebaran gelombang darat tidak hanya bergantung pada frekuensi tetapi juga pada kekuatan pemancar. Ketika gelombang tanah melintasi permukaan bumi mereka juga disebut gelombang Permukaan.

Penyebaran SkyWave

Setiap komunikasi radio panjang frekuensi sederhana dan tinggi dilakukan menggunakan penyebaran gelombang langit. Dalam mod ini pantulan gelombang EM dari wilayah terionisasi di bahagian atas atmosfer bumi digunakan untuk penghantaran gelombang ke jarak yang lebih jauh.

Bahagian atmosfera ini disebut ionosfera dengan ketinggian sekitar 70-400 km. Ionosfera memantulkan kembali gelombang EM jika frekuensi antara 2 hingga 30 MHz. Oleh itu, kaedah penyebaran ini juga disebut sebagai penyebaran gelombang pendek.

Menggunakan titik penyebaran gelombang langit untuk menunjukkan komunikasi jarak jauh adalah mungkin. Dengan pelbagai pantulan ombak langit, komunikasi global dapat dilakukan dengan jarak yang sangat jauh.

Tetapi kelemahannya adalah bahawa isyarat yang diterima di penerima telah pudar kerana sejumlah besar gelombang mengikuti sebilangan besar jalan yang berbeza untuk mencapai titik penerimaan.

Penyebaran Gelombang Angkasa

Ketika kita berhadapan dengan gelombang EM frekuensi antara 30 MHz hingga 300 MHz, maka penyebaran gelombang ruang berguna. Di sini harta tanah Troposfera digunakan untuk penghantaran.

Semasa beroperasi dalam mod penyebaran gelombang ruang, gelombang mencapai antena penerima secara langsung dari pemancar atau setelah pantulan dari troposfera yang berada pada jarak sekitar 16km di atas permukaan bumi. Oleh itu mod gelombang ruang terdiri daripada dua komponen .i.e. gelombang langsung dan gelombang tidak langsung .

Walaupun komponen ini dihantar pada masa yang sama dengan fasa yang sama, komponen ini dapat dicapai dalam fasa atau di luar fasa antara satu sama lain di hujung penerima bergantung pada panjang jalan yang berbeza. Oleh itu, kekuatan isyarat pada sisi penerima adalah jumlah vektor kekuatan gelombang langsung dan tidak langsung.

Ruang perambatan gelombang mod digunakan untuk penyebaran frekuensi yang sangat tinggi.

Penyebaran yang manakah digunakan untuk Penyiaran Gelombang Pendek

Penyiaran gelombang pendek biasanya berlaku dalam julat frekuensi 1.7 - 30 MHz. Seperti yang telah kita lihat di atas, frekuensi dalam julat ini disebarkan melalui mod penyebaran Skywave.

Bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang gelombang elektromagnetik menghasilkan kesan yang berbeza dalam pelbagai bahan dan peranti. Oleh itu, bahagian yang berlainan di spektrum elektromagnetik digunakan untuk pelbagai aplikasi. Antara penyebaran gelombang yang manakah yang menarik minat anda? Aplikasi mod penyebaran mana yang anda anggap mencabar.