L’ona és una pertorbació que es transfereix energia a través d’un mitjà o espai amb una transferència de massa insignificant o nul·la. Hi ha diversos tipus d’ones que ofereixen molts tipus de serveis diferents. Ones electromagnètiques s'utilitzen àmpliament a aplicacions d'enginyeria . Utilitzem formes d’ona en diversos tipus d’aplicacions, com ara la xarxa sense fils comunicació , Radar, Exploració espacial , Marines, navegació per ràdio, teledetecció, etc. Entre aquestes aplicacions, algunes utilitzen un mitjà guiat per a l'enviament d'ones, mentre que d'altres fan ús del mitjà no guiat. En aquest article, sabríem com les propietats del medi afecten la propagació de les ones i diverses maneres en què es propaga una ona.
Què és la propagació d'ones? - Definició
Les ones electromagnètiques són generades per la potència radiada del transport de corrent conductor . En els conductors, una part del energia generada s'escapa i es propaga a l'espai lliure en forma de Ona electromagnètica , que té un camp elèctric variable, el camp magnètic i la direcció de propagació ortogonals entre si.
Irradiat des d'un transmissor isòtrop, aquestes ones viatgen per diferents camins per arribar al receptor. Es coneix com a camí recorregut per l’ona per transitar des del transmissor i arribar al receptor Propagació d’ones.
Propagació electromagnètica (EM) o ràdio
Quan el radiador isòtrop s'utilitza per transmissió de les ones EM obtenim fronts d’ona esfèrics com es mostra a la figura perquè irradia ones EM de manera uniforme i igual en totes les direccions. Aquí el centre de l'esfera és el radiador, mentre que el radi de l'esfera és R. És evident que tots els punts a la distància R, situats a la superfície de l'esfera, tenen densitats de potència iguals.
Front d’ona esfèric
Les ones E viatgen a l’espai lliure amb la velocitat de la llum, és a dir. c = But EM les ones viatgen per un altre mitjà la velocitat es redueix. La velocitat de les ones EM en qualsevol mitjà que no sigui l’espai lliure ve donada per, 
on c és la velocitat de la llum i és la permitivitat relativa del medi.
Les ones EM transmeten energia mitjançant l'absorció i la reemissió d'energia d'ona pels àtoms del medi. Els àtoms absorbeixen l'energia de les ones, sofreixen vibracions i passen l'energia per la reemissió d'EM de la mateixa freqüència. La densitat òptica del medi afecta la propagació de les ones EM.
Equació de propagació d'ona
Les ones fan moltes rutes per arribar al receptor. Molts paràmetres decideixen el recorregut de l'ona, com ara les altures de transmissió i recepció antenes , l'angle de llançament a l'extrem transmissor, la freqüència d'operació polarització etc ...
Moltes de les propietats de les ones es modifiquen durant la propagació, com ara la reflexió, la refracció, la difracció, etc., a causa de la variació dels paràmetres dels mitjans de propagació, com ara la conductivitat, la permeabilitat, la permeabilitat i les característiques dels objectes que obstrueixen.
En general, quan la potència s’irradia a l’espai lliure, l’energia de les ones pot ser radiada o absorbida pels objectes del medi. Així, mentre es transmet una ona a través d’un mitjà, és fonamental calcular la pèrdua que es pot causar a l’ona. Aquesta pèrdua es diu Pèrdua de transmissió per ràdio , que es basa en llei quadrada inversa de l’òptica i es calcula com la proporció de la potència radiada a la potència rebuda.
Circuit de ràdio d’espai lliure de Friis
Com sabem que quan s’utilitza un transmissor isòtrop, la potència es distribueix de manera equitativa, la potència mitjana es pot expressar en termes de potència radiada com,
La directivitat d'una antena de prova ve donada per
Suposem que l’antena receptora rep tota la potència generada per les ones de ràdio sense cap pèrdua. Deixi ser la potència màxima que rep l'antena del receptor en condicions de càrrega coincidents. Quan és l'obertura efectiva de l'antena receptora, podem escriure com:
En general, la directivitat i l'eficàcia obertura l'àrea de qualsevol antena està relacionada com
Sigui la directivitat de l’antena receptora. Aleshores,
Substituint el valor en (3) obtenim,
Aquesta equació es coneix com l’equació fonamental per a la propagació de l’espai lliure, també coneguda com Fresc equació d’espai lliure. El factor ( λ / 4πr)2 s’anomena pèrdua de camí lliure de l’espai que indica la pèrdua del senyal. La pèrdua del camí es pot expressar com
Podem expressar l’equació (6) en dB com,
El poder rebut es pot expressar com
La qual cosa, sobre la simplificació, es dóna com,
Aquí la distància r s’expressa en quilòmetre mentre que la freqüència f s’expressa en MHz . Això indica la pèrdua a causa de la propagació de les ones que es produeix quan es propaga fora de la font.
Tipus de propagació d’ones
La propagació de les ones electromagnètiques o de les ones de ràdio, que travessen l’entorn de la terra, no només depenen de les propietats d’elles mateixes, sinó també de les propietats de l’entorn. Hi ha diferents camins de propagació pels quals les ones transmeses poden arribar al receptor. Tots aquests modes depenen de la freqüència de funcionament, la distància entre el transmissor i el receptor, etc.
Propagació d’ones
- Es diuen les ones que es propaguen prop de la superfície terrestre ONES DE TERRA. Aquest tipus de propagació és possible quan les antenes transmissores i receptores estan tancades a la superfície terrestre.
- Les ones terrestres que viatgen sense cap reflex es denominen ones directes o ones espacials.
- Les ones terrestres que es propaguen a l’antena receptora a través del reflex de la superfície terrestre s’anomenen ones reflectides al terra o ones superficials.
- Les ones que arriben a l’antena receptora a causa de la dispersió i la reflexió per la ionització a l’atmosfera superior s’anomenen Skywaves.
- Les ones reflectides o disperses a la troposfera abans d’arribar a l’antena s’anomenen ones de la troposfera.
Propagació d'ona de terra o d'ona superficial
Una ona terrestre recorre la superfície de la terra. Aquestes ones estan polaritzades verticalment. Per tant, les antenes verticals són útils per a aquestes ones. Si una ona polaritzada horitzontalment es propaga com una ona terrestre, a causa de la conductivitat de la terra, el camp elèctric de l’ona queda curtcircuitat.
A mesura que l’ona terrestre s’allunya de l’antena transmissora, es va atenuant. Per minimitzar aquesta pèrdua, el camí de transmissió ha de ser sobre el terreny amb una alta conductivitat. Respecte a aquesta condició, l'aigua de mar hauria de ser el millor conductor, però es va observar que un gran emmagatzematge d'aigua en estanys, sòls arenosos o rocosos presenta pèrdues màximes.
Per tant, els transmissors de baixa freqüència d’alta potència, que utilitzen propagacions d’ones terrestres, es troben preferentment als fronts oceànics. Com que les pèrdues de terra augmenten ràpidament amb la freqüència, aquesta propagació s'utilitza pràcticament només per a senyals de fins a freqüència de 2 MHz.
Per a la transmissió d'ones mitjanes, tot i que es prefereixen les ones terrestres, es transmet una mica d'energia a la ionosfera. Però durant el dia l’energia és totalment absorbida per la ionosfera i durant la nit la ionosfera reflecteix l’energia cap a la terra. Per tant, tot el senyal d’emissió rebut durant el dia es deu només a les ones terrestres.
El rang màxim de propagació de les ones terrestres no només depèn de la freqüència, sinó també de la potència del transmissor. A mesura que les ones terrestres passen per sobre la superfície de la terra, també s’anomenen ona superficial.
Propagació de SkyWave
Cada llarga comunicació radiofònica de freqüències mitjanes i altes es realitza mitjançant la propagació de l'ona cel. En aquest mode, la reflexió de les ones EM de la regió ionitzada a la part superior de l'atmosfera de la terra s'utilitza per a la transmissió d'ones a distàncies més grans.
Aquesta part de l’atmosfera s’anomena ionosfera que té una alçada d’uns 70-400 km. La ionosfera reflecteix les ones EM si la freqüència oscil·la entre els 2 i els 30 MHz. Per tant, aquest mode de propagació també s’anomena propagació d’ona curta.
És possible utilitzar la comunicació punt a punt de propagació de les ones cel·lulars a llargues distàncies. Amb les múltiples reflexions de les ones del cel, és possible la comunicació global a distàncies extremadament llargues.
Però l’inconvenient és que el senyal rebut al receptor s’ha esvaït a causa d’un gran nombre d’ones que segueixen un gran nombre de camins diferents per arribar al punt de recepció.
Propagació d’ones espacials
Quan estem davant d’ones EM de freqüència entre 30 MHz i 300 MHz, la propagació d’ones espacials és útil. Aquí propietats de Troposfera s’utilitzen per a la transmissió.
Quan opera en mode de propagació de l'ona espacial, l'ona arriba a l'antena receptora directament des del transmissor o després de la reflexió des de la troposfera que es troba a uns 16 km sobre la superfície terrestre. Per tant, el mode d'ona espacial consta de dos components és a dir. ona directa i ona indirecta .
Tot i que aquests components es transmeten al mateix temps amb la mateixa fase, poden arribar dins de la fase o fora de fase entre si a l'extrem del receptor, en funció de les diferents longituds del recorregut. Així, al costat del receptor, la intensitat del senyal és la suma vectorial de les forces de les ones directes i indirectes.
L’espai propagació d’ones El mode s'utilitza per a la propagació de freqüències molt altes.
Quina de la propagació s'utilitza per a la difusió d'ones curtes
L’emissió d’ones curtes sol tenir lloc en el rang de freqüències d’1,7 a 30 MHz. Com hem vist més amunt, les freqüències en aquest rang es propaguen a través del mode de propagació Skywave.
Depenent de la freqüència o longitud d'ona, les ones electromagnètiques produeixen diferents afectats en diversos materials i dispositius. Per tant, les diferents parts del espectre electromagnètic s’utilitzen per a diverses aplicacions. Quina de la propagació de les ones us intriga? Aplicació del mode de propagació que us sembla difícil.
