Ano ang Wave Propagation? Kahulugan, Equation, at Mga Uri nito

Ang Wave ay isang kaguluhan na lumilipat lakas sa pamamagitan ng daluyan o puwang na may kapabayaan o walang halaga ng mass transfer. Mayroong iba't ibang mga uri ng mga alon na nagbibigay ng maraming iba't ibang mga uri ng mga serbisyo. Mga alon ng electromagnetic ay malawakang ginagamit sa mga aplikasyon sa engineering . Gumagamit kami ng mga waveform sa iba't ibang uri ng mga application tulad ng wireless komunikasyon , Radar, Paggalugad sa Kalawakan , Marine, Navigasyon sa radyo, Remote sensing atbp ... Kabilang sa mga application na ito, ang ilan ay gumagamit ng patnubay na daluyan para sa pagpapadala ng mga alon samantalang ang ilan ay gumagamit ng hindi patnubay na medium. Sa artikulong ito, malalaman natin kung paano nakakaapekto ang mga katangian ng daluyan sa paglaganap ng mga alon at iba't ibang mga paraan kung saan kumakalat ang isang alon.

Ano ang Wave Propagation? - Kahulugan

Ang mga Electromagnetic Waves ay nabuo ng nagniningning na lakas mula sa kasalukuyang pagdadala driver . Sa mga conductor, isang bahagi ng nabuong lakas makatakas at kumakalat sa malayang puwang sa anyo ng Elektromagnetikong alon , na mayroong isang nagkakaibang oras na larangan ng elektrisidad, patlang na pang-magnetiko, at direksyon ng paglaganap ng orthogonal sa bawat isa.

Nag-radiate mula sa an isotropic transmitter, ang alon na ito ay naglalakbay sa iba't ibang mga landas upang maabot ang tatanggap. Ang landas na tinahak ng alon upang maglakbay mula sa transmiter at maabot ang tatanggap ay kilala bilang Paglaganap ng Wave.

Electromagnetic (EM) o Radio Wave Propagation

Kapag ang isotropic radiator ay ginagamit para sa paghahatid ng mga alon ng EM nakakakuha tayo ng mga spherical wavefronts tulad ng ipinakita sa pigura dahil nagpapalabas ito ng pantay-pantay at pantay sa mga alon ng EM sa lahat ng direksyon. Dito ang gitna ng globo ay ang radiator habang ang radius ng globo ay R. Malinaw, ang lahat ng mga puntos sa distansya R, nakahiga sa ibabaw ng globo ay may pantay na mga density ng kuryente.

Spherical Wavefront

Ang E mga alon ay naglalakbay sa libreng puwang na may bilis ng ilaw .i.e. c = Ngunit EM ang mga alon ay naglalakbay sa ibang medium na binabawasan ng bilis. Ang bilis ng mga alon ng EM sa anumang daluyan maliban sa libreng puwang ay ibinibigay ng,

kung saan ang c ay ang bilis ng ilaw at may kaugnay na permittivity ng daluyan.

Ang mga alon ng EM ay nagpapadala ng enerhiya sa pamamagitan ng pagsipsip at muling paglabas ng lakas ng alon ng mga atomo sa daluyan. Ang mga atomo ay sumisipsip ng lakas ng alon, sumailalim sa mga panginginig at ipasa ang enerhiya sa pamamagitan ng muling paglabas ng EM ng parehong dalas. Ang optical density ng daluyan ay nakakaapekto sa paglaganap ng mga alon ng EM.

Equation ng Propagation ng Wave

Dumadaan ang mga alon sa maraming mga ruta patungo sa tatanggap. Maraming mga parameter ang nagpapasya sa landas na tinahak ng alon tulad ng taas ng paglilipat at pagtanggap antena , ang anggulo ng paglulunsad sa pagtatapos ng dulo, ang dalas ng operasyon polariseysyon atbp…

Marami sa mga pag-aari ng mga alon ang nabago sa panahon ng paglaganap tulad ng pagsasalamin, repraksyon, diffraction atbp ... dahil sa pagkakaiba-iba ng mga parameter ng pagpapalaganap ng media tulad ng conductivity, permittivity, permeability, at katangian ng mga nakahahadlang na bagay.

Pangkalahatan, kapag ang kuryente ay nasasalamin sa libreng puwang, ang lakas ng alon ay maaaring masasalamin o hinihigop ng mga bagay sa daluyan. Kaya't habang nagpapadala ng isang alon sa pamamagitan ng isang daluyan mahalaga na kalkulahin ang pagkawala na maaaring sanhi ng alon. Ang pagkawala na ito ay tinawag Pagkawala sa paghahatid ng radyo , na kung saan ay batay sa kabaligtaran parisukat na batas ng optika at kinakalkula bilang ang ratio ng radiated power sa natanggap na lakas.

Friis Libreng Space Radio Circuit

Tulad ng alam natin na kapag ginamit ang isang isotropic transmitter, ang kapangyarihan ay pantay na naipamahagi, ang average na lakas ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng sinasalamin na kuryente bilang,

Ang direktiba ng isang test antena ay ibinibigay ng

Ipagpalagay na ang tumatanggap na antena ay tumatanggap ng lahat ng nabuong lakas mula sa mga alon ng radyo nang walang anumang pagkawala. Hayaan ang maximum na lakas na natanggap ng antena ng tatanggap sa ilalim ng isang katugmang kondisyon sa pag-load. Kailan ang mabisang siwang ng tumatanggap na antena, maaari kaming magsulat bilang,

Sa pangkalahatan, ang direktiba at epektibo siwang lugar para sa anumang antena ay nauugnay bilang

Hayaan ang pagiging direktiba ng tumatanggap na antena. Pagkatapos,

Ang pagpapalit ng halaga sa (3) nakukuha natin,

Ang equation na ito ay kilala bilang Fundamental Equation para sa libreng space Propagation, na kilala rin bilang Sariwa libreng equation equation. Ang kadahilanan ( λ / 4πr)^dalawa ay tinatawag na pagkawala ng libreng landas sa puwang na nagsasaad ng pagkawala ng signal. Ang pagkawala ng landas ay maaaring ipahayag bilang

Maaari naming ipahayag ang equation (6) sa dB bilang,

Ang natanggap na lakas ay maaaring ipahayag bilang

Alin, sa pagpapasimple ay ibinibigay bilang,

Dito ipinapakita ang distansya r sa isang kilometro habang ang dalas f ay ipinapakita sa MHz . Ipinapahiwatig nito ang pagkawala dahil sa nagaganap na pagkalat ng alon kapag kumakalat ito sa labas ng pinagmulan.

Mga uri ng Wave Propagation

Ang mga electromagnetic na alon o pagpapalaganap ng mga alon ng radyo, na dumadaan sa kapaligiran ng mundo ay nakasalalay hindi lamang sa mga pag-aari ng kanilang sarili kundi pati na rin sa mga pag-aari ng kapaligiran. Mayroong iba't ibang mga landas ng pagpapalaganap kung saan maaaring maabot ng mga nailipat na alon ang tatanggap. Ang lahat ng mga mode na ito ay nakasalalay sa dalas ng pagpapatakbo, ang distansya sa pagitan ng transmitter at receiver atbp…

Paglaganap ng Wave

• Ang mga alon na kumakalat malapit sa ibabaw ng lupa ay tinawag GROUND WAVES. Posible ang ganitong uri ng pagpapalaganap kapag ang paglilipat at pagtanggap ng antena ay parehong sarado sa ibabaw ng lupa.
• Ang mga alon sa lupa na naglalakbay nang walang anumang repleksyon ay tinatawag na Direktang mga alon o mga alon ng Space.
• Ang mga alon ng lupa na kumakalat sa tumatanggap na antena sa pamamagitan ng pagmuni-muni mula sa ibabaw ng lupa ay tinatawag na Ground Reflected waves o Surface waves.
• Ang mga alon na umaabot sa tumatanggap na antena dahil sa pagkalat at pagninilay ng ionization sa itaas na kapaligiran ay tinatawag na Skywaves.
• Ang mga alon na nasasalamin o nakakalat sa tropospera bago maabot ang antena ay tinatawag na mga troposaur alon.

Ground Wave o Surface Wave Propagation

Ang isang alon sa lupa ay naglalakbay sa buong kalupaan. Ang mga alon na ito ay patayo na naka-polarize. Kaya, ang mga patayong antena ay kapaki-pakinabang para sa mga alon na ito. Kung ang isang pahalang na polarized na alon ay naipalaganap bilang isang ground wave, dahil sa kondaktibiti ng lupa, ang electric field ng alon ay nakakakuha ng maikling ikot.

Habang ang ground wave ay naglalakbay palayo sa nagpapadala ng antena ay napapahina ito. Upang mapaliit ang pagkawala na ito, ang landas sa paghahatid ay dapat na higit sa lupa na may mataas na kondaktibiti. Na patungkol sa kondisyong ito, ang tubig sa dagat ay dapat na pinakamahusay na konduktor ngunit napansin na ang malaking pag-iimbak ng tubig sa mga pond, mabuhangin o mabato na lupa ay nagpapakita ng maximum na pagkalugi.

Samakatuwid, ang mga de-kuryenteng transmiter na may mababang lakas na dalas, na gumagamit ng mga paglaganap ng ground wave, ay mas mabuti na matatagpuan sa mga harapan ng karagatan. Habang ang mga pagkalugi sa lupa ay mabilis na tumaas sa dalas, ang paglaganap na ito ay ginagamit praktikal para sa mga signal hanggang sa dalas na 2 MHz lamang.

Para sa medium na pag-broadcast ng alon bagaman ang mga alon sa lupa ay ginustong ang ilang enerhiya ay naililipat sa ionosfer. Ngunit sa oras ng araw ang enerhiya ay ganap na hinihigop ng ionosfer at sa oras ng gabi ang ionosfer ay sumasalamin ng enerhiya pabalik sa lupa. Kaya't ang lahat ng signal ng pag-broadcast na natanggap sa oras ng araw ay dahil sa ground wave lamang.

Ang maximum na saklaw ng pagpapalaganap ng alon ng lupa ay hindi lamang nakasalalay sa dalas ngunit sa lakas din ng nagpapadala. Habang dumadaan ang mga alon sa lupa sa ibabaw ng lupa tinawag din silang Surface alon.

Paglaganap ng SkyWave

Ang bawat mahabang komunikasyon sa radyo ng daluyan at mataas na mga frequency ay isinasagawa gamit ang Skywave propagation. Sa mode na ito ang pagsasalamin ng mga alon ng EM mula sa ionized na rehiyon sa itaas na bahagi ng himpapawid ng mundo ay ginagamit para sa paghahatid ng mga alon sa mas mahabang distansya.

Ang bahaging ito ng atmospera ay tinatawag na ionosphere na nasa taas na 70-400 km. Sinasalamin ng ionosfer ang mga alon ng EM kung ang dalas ay nasa pagitan ng 2 hanggang 30 MHz's. Samakatuwid, ang mode ng pagpapalaganap na ito ay tinatawag ding Short wave propagation.

Ang paggamit ng point ng pagkakalat ng alon ng kalangitan upang maituro ang komunikasyon sa mahabang distansya ay posible. Sa maraming pagninilay ng mga alon ng langit, posible ang pandaigdigang komunikasyon sa sobrang distansya.

Ngunit ang isang sagabal ay ang signal na natanggap sa tatanggap ay kupas dahil sa isang malaking bilang ng mga alon na sumusunod sa isang malaking bilang ng mga iba't ibang mga landas upang maabot ang punto ng pagtanggap.

Paglaganap ng Space Wave

Kapag nakikipag-usap kami sa mga alon ng EM ng dalas sa pagitan ng 30 MHz hanggang 300 MHz, kung gayon kapaki-pakinabang ang paglaganap ng space wave. Dito mga katangian ng Troposfer ay ginagamit para sa paghahatid.

Kapag nagpapatakbo sa mode ng paglaganap ng space wave, naabot ng alon ang pagtanggap ng antena nang direkta mula sa transmitter o pagkatapos ng pagmuni-muni mula sa troposfera na naroroon sa halos 16km sa itaas ng ibabaw ng lupa. Samakatuwid ang space wave mode ay binubuo ng dalawa mga sangkap ako.e. direktang alon at hindi direktang alon .

Kahit na ang mga sangkap na ito ay ipinapadala nang sabay-sabay sa parehong yugto na maaari nilang maabot sa loob ng phase o wala sa phase sa bawat isa sa dulo ng receiver depende sa iba't ibang haba ng landas. Kaya, sa panig ng lakas ng signal signal ay ang vector kabuuan ng mga kalakasan ng direkta at hindi direktang mga alon.

Ang puwang paglaganap ng alon Ang mode ay ginagamit para sa pagpapalaganap ng napakataas na mga frequency.

Alin sa Propagation ang Ginagamit Para sa Maikling Pag-broadcast ng Wave

Karaniwang nagaganap ang maikling pagsasahimpapawaw na alon sa saklaw ng dalas ng 1.7 - 30 MHz. Tulad ng nakita natin sa itaas ng mga dalas sa saklaw na ito ay naipalaganap sa pamamagitan ng Skywave mode ng paglaganap.

Nakasalalay sa dalas o haba ng daluyong ng mga electromagnetic na alon ay gumagawa ng iba't ibang apektado sa iba't ibang mga materyales at aparato. Samakatuwid, ang iba't ibang mga bahagi ng electromagnetic spectrum ay ginagamit para sa iba't ibang mga application. Alin sa pagpapalaganap ng alon ang nakakaintriga sa iyo? Paglalapat ng alin sa mga mode ng pagpapalaganap na nakikita mong hamon.