Wave es una perturbación que transfiere energía a través del medio o el espacio con una cantidad insignificante o nula de transferencia de masa. Hay varios tipos de ondas que prestan muchos tipos diferentes de servicios. Ondas electromagnéticas son ampliamente utilizados en aplicaciones de ingeniería . Usamos formas de onda en varios tipos de aplicaciones, como inalámbricas. comunicación , Radar, Exploración espacial , Marina, Navegación por radio, Teledetección, etc. Entre estas aplicaciones, algunas utilizan un medio guiado para enviar ondas mientras que otras hacen uso del medio no guiado. En este artículo, conoceríamos cómo las propiedades del medio afectan la propagación de ondas y las diversas formas en que se propaga una onda.
¿Qué es la propagación de ondas? - Definición
Las ondas electromagnéticas son generadas por la energía irradiada por la corriente que lleva conductor . En conductores, una parte del energía generada se escapa y se propaga al espacio libre en forma de Onda electromagnética , que tiene un campo eléctrico variable en el tiempo, un campo magnético y una dirección de propagación ortogonal entre sí.
Radiado de un transmisor isotrópico, estas ondas viajan por diferentes caminos para llegar al receptor. El camino que toma la onda para viajar desde el transmisor y llegar al receptor se conoce como Propagación de onda.
Propagación electromagnética (EM) o de ondas de radio
Cuando el radiador isotrópico se utiliza para transmisión de ondas EM, obtenemos frentes de onda esféricos como se muestra en la figura porque irradia ondas EM de manera uniforme e igual en todas las direcciones. Aquí el centro de la esfera es el radiador, mientras que el radio de la esfera es R. Claramente, todos los puntos a la distancia R, que se encuentran en la superficie de la esfera, tienen densidades de potencia iguales.
Frente de onda esférico
Las ondas E viajan en el espacio libre con la velocidad de la luz, es decir. c = But EM las ondas viajan a través de otro medio, la velocidad se reduce. La velocidad de las ondas EM en cualquier medio que no sea el espacio libre está dada por, 
donde c es la velocidad de la luz y es la permitividad relativa del medio.
Las ondas EM transmiten energía por absorción y reemisión de energía de las olas por los átomos en el medio. Los átomos absorben la energía de las olas, experimentan vibraciones y pasan la energía por reemisión de EM de la misma frecuencia. La densidad óptica del medio afecta la propagación de ondas EM.
Ecuación de propagación de ondas
Las olas toman muchas rutas en su camino para llegar al receptor. Muchos parámetros deciden el camino que toma la onda, como las alturas de la transmisión y la recepción. antenas , el ángulo de lanzamiento en el extremo de transmisión, la frecuencia de operación polarización etc…
Muchas de las propiedades de las ondas se modifican durante la propagación, como reflexión, refracción, difracción, etc., debido a la variación de los parámetros de los medios de propagación como conductividad, permitividad, permeabilidad y características de los objetos obstructores.
Generalmente, cuando se irradia energía en el espacio libre, la energía de las olas puede ser irradiada o absorbida por los objetos en el medio. Por lo tanto, al transmitir una onda a través de un medio, es fundamental calcular la pérdida que se le puede causar a la onda. Esta pérdida se llama Pérdida de transmisión de radio , que se basa en ley del cuadrado inverso de la óptica y se calcula como la relación entre la potencia radiada y la potencia recibida.
Circuito de radio del espacio libre de viernes
Como sabemos que cuando se utiliza un transmisor isotrópico, la potencia se distribuye por igual, la potencia media se puede expresar en términos de potencia radiada como,
La directividad de una antena de prueba viene dada por
Suponga que la antena receptora recibe toda la potencia generada por las ondas de radio sin ninguna pérdida. Sea la potencia máxima recibida por la antena del receptor en una condición de carga adaptada. Cuando es la apertura efectiva de la antena receptora, podemos escribir como,
En general, la directividad y efectividad abertura El área de cualquier antena se relaciona como
Sea la directividad de la antena receptora. Entonces,
Sustituyendo el valor en (3) obtenemos,
Esta ecuación se conoce como la ecuación fundamental para la propagación en el espacio libre, también conocida como Fresco ecuación de espacio libre. El factor ( λ / 4πr)2 se denomina pérdida de trayectoria en el espacio libre que indica la pérdida de la señal. La pérdida de ruta se puede expresar como
Podemos expresar la ecuación (6) en dB como,
La potencia recibida se puede expresar como
Que, en simplificación se da como,
Aquí la distancia r se expresa en kilómetros mientras que la frecuencia f se expresa en MHz . Esto indica una pérdida debido a la propagación de la onda que se produce cuando se propaga fuera de la fuente.
Tipos de propagación de ondas
Las ondas electromagnéticas o de propagación de las ondas de radio, que atraviesan el medio ambiente de la tierra, dependen no solo de las propiedades de sí mismas sino también de las propiedades del medio ambiente. Existen diferentes caminos de propagación por los cuales las ondas transmitidas pueden llegar al receptor. Todos estos modos dependen de la frecuencia de funcionamiento, la distancia entre el transmisor y el receptor, etc.
Propagación de onda
- Las ondas que se propagan cerca de la superficie de la tierra se llaman ONDAS DE TIERRA. Este tipo de propagación es posible cuando la antena transmisora y receptora están cerradas a la superficie de la tierra.
- Las ondas terrestres que viajan sin ningún reflejo se denominan ondas directas u ondas espaciales.
- Las ondas terrestres que se propagan a la antena receptora a través del reflejo de la superficie terrestre se denominan ondas terrestres reflejadas u ondas superficiales.
- Las ondas que llegan a la antena receptora debido a la dispersión y la reflexión de la ionización en la atmósfera superior se denominan Skywaves.
- Las ondas que se reflejan o se dispersan en la troposfera antes de llegar a la antena se denominan ondas de la troposfera.
Propagación de ondas de superficie o de superficie
Una onda de tierra viaja a lo largo de la superficie de la tierra. Estas ondas están polarizadas verticalmente. Entonces, las antenas verticales son útiles para estas ondas. Si una onda polarizada horizontalmente se propaga como una onda terrestre, debido a la conductividad de la tierra, el campo eléctrico de la onda se cortocircuita.
A medida que la onda terrestre se aleja de la antena transmisora, se atenúa. Para minimizar esta pérdida, la ruta de transmisión debe estar sobre el suelo con alta conductividad. Con respecto a esta condición, el agua de mar debería ser el mejor conductor pero se observó que grandes depósitos de agua en estanques, suelos arenosos o rocosos presentan pérdidas máximas.
Por lo tanto, los transmisores de alta potencia y baja frecuencia, que utilizan propagaciones de ondas terrestres, se ubican preferiblemente en los frentes oceánicos. Como las pérdidas de tierra aumentan rápidamente con la frecuencia, esta propagación se utiliza prácticamente solo para señales de hasta 2 MHz de frecuencia.
Para la transmisión de onda media, aunque se prefieren las ondas terrestres, se transmite cierta energía a la ionosfera. Pero durante el día, la ionosfera absorbe completamente la energía y durante la noche la ionosfera refleja la energía de regreso a la tierra. Entonces, toda la señal de transmisión recibida durante el día se debe únicamente a la onda terrestre.
El rango máximo de propagación de ondas terrestres no solo depende de la frecuencia sino también de la potencia del transmisor. A medida que las ondas terrestres pasan sobre la superficie de la tierra, también se denominan ondas superficiales.
Propagación SkyWave
Todas las comunicaciones de radio largas de frecuencias medias y altas se realizan utilizando la propagación de ondas del cielo. En este modo, la reflexión de ondas electromagnéticas de la región ionizada en la parte superior de la atmósfera de la tierra se usa para la transmisión de ondas a distancias más largas.
Esta parte de la atmósfera se llama ionosfera y se encuentra a unos 70-400 km de altura. La ionosfera refleja las ondas EM si la frecuencia está entre 2 y 30 MHz. Por lo tanto, este modo de propagación también se denomina propagación de onda corta.
Es posible utilizar la comunicación punto a punto de propagación de ondas del cielo a largas distancias. Con los múltiples reflejos de las ondas del cielo, es posible la comunicación global a distancias extremadamente largas.
Pero un inconveniente es que la señal recibida en el receptor se ha desvanecido debido a una gran cantidad de ondas que siguen una gran cantidad de caminos diferentes para llegar al punto de recepción.
Propagación de ondas espaciales
Cuando se trata de ondas electromagnéticas de frecuencia entre 30 MHz y 300 MHz, la propagación de ondas espaciales es útil. Aquí propiedades de Troposfera se utilizan para la transmisión.
Cuando se opera en el modo de propagación de ondas espaciales, la onda llega a la antena receptora directamente desde el transmisor o después de la reflexión de la troposfera, que está presente a unos 16 km sobre la superficie terrestre. Por lo tanto, el modo de onda espacial consta de dos componentes .es decir. onda directa y onda indirecta .
Aunque estos componentes se transmiten al mismo tiempo con la misma fase, pueden llegar dentro de la fase o fuera de fase entre sí en el extremo del receptor dependiendo de las diferentes longitudes de ruta. Por tanto, en el lado del receptor, la intensidad de la señal es la suma vectorial de las intensidades de las ondas directas e indirectas.
El espacio propagación de onda El modo se utiliza para la propagación de frecuencias muy altas.
¿Cuál de la propagación se utiliza para la transmisión de onda corta?
La radiodifusión por onda corta suele tener lugar en el rango de frecuencias de 1,7 a 30 MHz. Como hemos visto anteriormente, las frecuencias en este rango se propagan a través del modo de propagación Skywave.
Dependiendo de la frecuencia o longitud de onda las ondas electromagnéticas producen diferentes afectados en diversos materiales y dispositivos. Por tanto, las diferentes partes del espectro electromagnético se utilizan para diversas aplicaciones. ¿Cuál de la propagación de ondas te intriga? La aplicación de cuál de los modos de propagación le resulta difícil.
