Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

14
1 5. STRUCTURA ŞI CLASIFICAREA UNDELOR ELECTROMAGNETICE 5.1. Noţiuni generale Undele electromagnetice a căror frecvenţă este cuprinsă între limitele 10 -3  Hz şi 10 16 Hz se numesc unde radio. Aceste limite pot fi exprimate şi în lungimi de undă, raportate la propagarea undelor în vid şi anume între limitele 310 -8  şi 3 10 11 m. această delimitare a frecvenţelor undelor radio este cu totul convenţională. În tabelul 5.1. sunt date denumirile utilizate mai frecvent şi limitele inferioare şi superioare. Tabelul 5.1. Limita inferioar ă Limita superioar ă f [Hz] λ [m] Gama f [Hz] λ [m] 10 11  unde radio de frecvenţă sonor ă şi infrasonor ă 10 6  310 2  10 6  foarte lungi (U.F.L.) miriametrice 310 4 10 4  310 4 10 4  lungi (U.L.) kilometrice (U. km.) 310 5 10 3  310 5 10 3  medii (U.M.) hectometrice (U.hm.) 310 6  10 2  310 6  10 2  scurte (U.S.) decametrice (U.dam.) 310 7  10 310 7  10 ultrascurte (U.U.S.) metrice (U.m.) 310 8  1 310 8  1 decimetrice (U.dm.) 310 9  10  –1  310 9  10  –1  centimetrice (U.cm.) 310 10  10  –2  310 10  10  –2     h   e   r          ţ    i   e   n   e   r   a    d    i   o   e    l   e   c    t   r    i   c   e   m    i   c   r   o   u   n    d   e milimetrice (U.mm.) 310 11  10  –3  310 11  10  –3 IR-C 10 14  3 µm 10 14  3 µm IR-B 2,1410 14 1,4 µm 2,1410 14 1,4 µm    i   n    f   r   a   r   o        ş    i    i IR-A 410 14 0,75 µm 410 14 0,75 µm luminoase vizibile 7,510 14 0,4 µm 7,510 14 0,4 µm UV-A 9,5510 14 0,315 µm 9,5510 14 0,315 µm UV-B 1,0710 15 0,28 µm 1,0710 15 0,28 µm    U    l    t   r   a     v    i   o    l   e    t   e UV-C 310 15 0,1 µm 310 16 0,01 µm X 310 20  1 pm < 1 pm γ < 1 pm

Transcript of Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

Page 1: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 1/14

1

5. STRUCTURA ŞI CLASIFICAREA UNDELOR 

ELECTROMAGNETICE

5.1. Noţiuni generale

Undele electromagnetice a căror frecvenţă este cuprinsă între limitele 10-3 Hz şi 1016 Hz se numesc unde radio. Aceste limite pot fi exprimate şi înlungimi de undă, raportate la propagarea undelor în vid şi anume între limitele3⋅10-8 şi 3⋅1011 m. această delimitare a frecvenţelor undelor radio este cu totulconvenţională.

În tabelul 5.1. sunt date denumirile utilizate mai frecvent şi limiteleinferioare şi superioare.

Tabelul 5.1.

Limita inferioar ă Limita superioar ă f [Hz] λ [m]

Gamaf [Hz] λ [m]

1011  unde radio de frecvenţă sonor ă şi infrasonor ă  106 

3⋅102  106  foarte lungi (U.F.L.)miriametrice 3⋅104 104 

3⋅104 104  lungi (U.L.)kilometrice (U. km.) 3⋅105 103 

3⋅105 103 medii (U.M.)

hectometrice (U.hm.)3⋅106  102 

3⋅106  102  scurte (U.S.)decametrice (U.dam.) 3⋅107  10

3⋅107  10ultrascurte (U.U.S.)

metrice (U.m.) 3⋅108  1

3⋅108  1decimetrice

(U.dm.) 3⋅109  10 –1 

3⋅109  10 –1 centimetrice

(U.cm.) 3⋅1010  10 –2 

3⋅1010  10 –2 

   h  e  r         ţ   i  e  n  e

  r  a   d   i  o  e   l  e  c   t  r   i  c  e

  m   i  c  r  o  u  n   d  e

milimetrice(U.mm.) 3⋅1011  10 –3 

3⋅1011  10 –3 IR-C 1014  3 µm1014  3 µm IR-B 2,14⋅1014 1,4 µm

2,14⋅1014 1,4 µm    i  n   f  r  a  r  o       ş   i   i

IR-A 4⋅1014 0,75 µm4⋅1014 0,75 µm luminoase vizibile 7,5⋅1014 0,4 µm

7,5⋅1014 0,4 µm UV-A 9,55⋅1014 0,315 µm9,55⋅1014 0,315 µm UV-B 1,07⋅1015 0,28 µm1,07⋅1015 0,28 µm

   U   l   t  r  a  -

  v   i  o   l  e   t  e

UV-C 3⋅1015 0,1 µm3⋅1016 0,01 µm X 3⋅1020  1 pm

< 1 pm γ  < 1 pm

Page 2: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 2/14

2

Undele cuprinse între 1 cm şi 10 m se mai numesc şi unde foarte scurte(UFS), iar undele decimetrice şi centimetrice se numesc şi unde cu frecvenţă foarte înaltă (UFFI). De multe ori, prin undele de frecvenţă foarte înaltă sesubînţeleg undele foarte scurte.

Undele radio, care se propagă liber, au multiple utilizări în tehnicamodernă. Dintre acestea cele mai importante sunt: realizarea diferitelor moduri de telecomunicaţii (radio, telefonice, telegrafice, televiziune etc.),descoperirea şi determinarea locului diferitelor obiecte (radiolocaţia),comanda la distanţă (radiotelecomanda), determinarea direcţiei în care se află o staţie de emisie (radiogoniometrarea), dirijarea avioanelor  şi rachetelor (radionavigaţia).

Cu toate deosebirile esenţiale dintre utilizările undelor radio, ele au şimulte păr ţi comune. În primul rând, toate utilizările folosesc linia deradiocomunica ţ ie sau pe scurt, linia radio.

La fiecare linie radio se pot deosebi cel puţin trei păr ţi componente:instalaţia de emisie, cea de recepţie şi mediul prin care se propagă. În figura5.1. este prezentată cea mai simplă linie radio.

Fig. 5.1. Linia radio simplă 

Funcţionarea sigur ă a unei linii radio este determinată, pe de o parte, destarea instalaţiilor de emisie şi recepţie, iar pe de altă parte, de alegereacorectă a frecvenţei de lucru şi a puterii de radiaţie, de modul de instalare aantenelor şi de starea mediului prin care se propagă undele.

Mediul prin care se propagă undele are o acţiune dublă asupra acestora. În primul rând are loc o atenuare a undelor, iar în al doilea rând, mediul în carese propagă undele este o sursă de distorsiuni pentru semnalele transmise.

Prin atenuarea undelor radio se înţelege micşorarea intensităţii câmpuluielectric datorită: disipării naturale a puterii undelor, absorbţiei lor prin mediulîn care se propagă, precum şi difracţiei şi dispersiei lor.

Din punct de vedere al propagării undelor radio, spaţiul din jurul globuluiterestru poate fi împăr ţit în patru domenii: troposfera (Tr), stratosfera (Str),ionosfera (I) şi spaţiul interplanetar (SI) (fig. 5.2).

Page 3: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 3/14

3

Fig. 5.2. Domeniile în care se împarte spaţiul din jurul Pământului

Troposfera se întinde de la suprafaţa Pământului până la înălţimea deaproximativ 20 km. Este un mediu neomogen, caracterizat printr-o micşoraretreptată a valorii indicelui de refracţie odată cu creşterea înălţimii şi prinneomogenităţi locale.

Stratosfera se întinde de la 20 km până la 80 km şi este un domeniu care,din punct de vedere al propagării undelor radio, nu pune nici o problemă.

 Ionosfera este domeniul ionizat al atmosferei care se întinde de la 80 km până la limita superioar ă a atmosferei. În general, se comportă ca un mediusemiconductor. În acest domeniu are loc fenomenul de refracţie treptată a

undelor radio, ceea ce poate determina reflexia lor  şi revenirea pe suprafaţaPământului.

5.2. Clasificarea undelor radio după modurile de propagare

Undele radio care se propagă cu viteză constantă într-un mediu omogen,izotrop şi neabsorbant, parcurgând o traiectorie rectilinie, se numesc undedirecte. Noţiunea de undă directă are mai mult un rol teoretic.

Undele radio care se propagă în imediata vecinătate a suprafeţeiPământului şi care, de regulă, ocolesc calota sferică a acestuia pe bazafenomenului de difracţie, se numesc unde de suprafa ţă. Prin intermediulundelor de suprafaţă se realizează legătura între două puncte situate învecinătate suprafeţei Pământului.

În figura 5.3 a este reprezentată prin săgeţi pline traiectoria unei unde caresufer ă difracţie, iar prin săgeată punctată traiectoria uneia care nu se difractă.În figura 5.3 b este prezentată dispersia undelor radio.

Page 4: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 4/14

4

a bFig. 5.3. Propagarea undelor radio: a) cu şi f ăr ă difracţie; b) cu dispersie

Undele radio, care se propagă la distanţe relativ mari (până la 1000 km)datorită dispersie troposferice, se numesc unde troposferice.

Undele radio, care se propagă la distanţe mari şi, în anumite condiţii,ocolesc globul pământesc, prin una sau mai multe reflexii în ionosfer ă (fig.5.4), precum şi undele care sunt dispersate de neomogenităţile locale aleionosferei şi sunt recepţionate de Pământ, se numesc unde ionosferice sau

 spa ţ iale.

Fig. 5.4. Unde ionosferice

5.3. Propagarea undei directe

Se presupune că sursa de radiaţie este un radiator izotrop, punctiformaşezat într-un mediu omogen, izotrop şi neabsorbant. În aceste condiţiiintensitatea efectivă a câmpului electric este dată de relaţia:

Eef =r 

P30 Σ ,

m

V, (5.1)

unde: PΣ este puterea radiată uniform de sursă;r – distanţa de la sursă la punctul curent.

În practică însă se utilizează instalaţii de antene directive, a căror 

directivitate este evaluată de coeficientul de directivitate raportat la radiatorul

Page 5: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 5/14

5

izotrop punctiform (D). Utilizarea unei antene directive în loc de radiatorulizotrop punctiform, duce la mărirea densităţii fluxului de putere pe direcţia deradiaţie maximă a antenei de D ori. În aceste condiţii relaţia (5.1) devine:

Eef 

=r 

DP30 Σ ,

m

V, (5.2)

sau

Eef =r 

DP173 Σ ,

m

mV. (5.3)

Amplitudinea intensităţii câmpului electric este dată de relaţia:

Em =r 

DP245 Σ ,

m

mV, (5.4)

iar valoarea instantanee a aceluiaşi câmp:

E =r 

DP245 Σ cos(ωt – βr),

m

mV. (5.5)

Relaţiile (5.3) ÷ (5.5) pot fi considerate ca fiind diferite forme deexprimare a formulei de bază a propag ării undelor radio, deşi caracterizează 

 propagarea undei directe.

5.4. Polarizarea undelor radio

 Noţiunea de polarizare a undelor a apărut în legătur ă cu variaţia în timpul propagării a orientării şi a amplitudinii vectorului intensităţii câmpuluielectric al undelor radio. Cazul general al polarizării undelor radio este

 polarizarea eliptică, polarizarea circular ă şi liniar ă fiind cazuri particulare ale polarizării eliptice.

În figura 5.5. este prezentată o undă polarizată eliptic, când se consider ă că în punctul de recepţie au sosit două componente, reciproc perpendiculare

1E  şi 2E , care au atât amplitudinea cât şi faza diferite.

Page 6: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 6/14

6

Fig. 5.5. Unda polarizată elipticÎn practică se vorbeşte de undă polarizată orizontal, dacă vectorul E este

într-un plan orizontal, şi de polarizare verticală, dacă vectorul H este într-un plan orizontal.

5.5. Reflexia undelor radio

În studiul problemelor de propagare a undelor scurte şi foarte scurte, unrol deosebit îl joacă fenomenul de reflexie a undelor radio. Importanţacunoaşterii particularităţilor acestui fenomen poate fi ilustrată prin următorulexemplu. Fie o antenă situată în punctul A (fig. 5.6) la înălţimea h deasupraPământului, la care soseşte o undă polarizată orizontal. Direcţia ei de

 propagare formează unghiul γ cu orizontala locului. Datorită faptului că unda

 plană este formată dintr-o mulţime infinită de unde paralele, în punctul Asoseşte şi unda reflectată de suprafaţa Pământului în punctul B. Câmpul totaldin A va rezulta din interferenţa celor două unde.

Fig. 5.6. Unda radio directă şi cea reflectată 

Intensitatea câmpului electric rezultant din punctul A poate fi determinatnumai dacă se cunoaşte amplitudinea şi faza celor două unde careinterferează. Amplitudinea şi faza câmpului electric reflectat depinde decoeficientul complex de reflexie:

R = R ⋅e – jθ (5.6)Problema care trebuie rezolvată poate fi enunţată astfel: la limita de

separaţie plană dintre aer  şi sol, care este un mediu semiconductor, soseştesub un unghi de incidenţă, ϕi, o undă polarizată orizontal sau vertical, având o

intensitate bine determinată a câmpului electric. Este necesar să se determine

Page 7: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 7/14

7

direcţia de propagare a undei reflectate, amplitudinea şi faza ei dup ce are locreflexia.

Direcţia de propagare a undei reflectate se determină pe baza legilor reflexiei cunoscute din optică. Conform acestora, unghiul de reflexie este egal

cu cel de incidenţă  şi că raza incidentă, cea reflectată  şi normala dusă lasuprafaţa reflectantă în punctul de reflexie sunt coplanare.Modificarea amplitudinii şi a fazei undei incidente datorită reflexiei se

exprimă cu ajutorul lui R.Dacă valoarea instantanee a câmpului electric al undei incidente se

exprimă cu relaţia:E = Em⋅e

 jωt (5.7)atunci valoarea instantanee a undei reflectate este dată de relaţia:

Er = R ⋅Em⋅e jωt = R ⋅Em⋅e

 j(ωt – θ), (5.8)

în care R este modulul lui R, iar θ este argumentul lui.De remarcat că (5.8) este valabilă numai la limita de separaţie a celor două medii. R caracterizează modificarea (micşorarea) amplitudinii undeireflectate, iar θ modificarea fazei de reflexie.

Studiul amănunţit al reflexiei undelor radio arată că variaţiile lui R şi θ, încazul unor parametrii daţi ai solului, depind de polarizarea undelor incidente.

5.6. Radiaţia secundară 

Fenomenul de radiaţie secundar ă are o importanţă deosebită în cazulliniilor radio secundare (fig. 5.7).

Fig. 5.7. Linie radio secundar ă 

Acest tip de linie se caracterizează prin faptul că emiţătorul şi receptorulse află în acelaşi punct (A). La celălalt capăt al liniei se află un radiator secundar, adică un corp cu conductibilitate mai mult sau mai puţin bună care,sub acţiunea undelor radio incidente, se transformă într-o sursă de radiaţiesecundar ă. O parte din puterea radiaţiei secundare este captată de antena derecepţie şi transmisă instalaţiei de recepţie. În anumite cazuri instalaţia derecepţie poate fi şi într-un alt punct (B).

Page 8: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 8/14

8

Funcţionarea instalaţiilor de radiolocaţie se bazează pe existenţa radiaţieisecundare. Corpurile metalice, care au dimensiuni finite şi se află în câmpulundelor electromagnetice, sunt surse de radiaţie secundar ă. Aceste corpurireflectă şi dispersează undele radio, iar energia curenţilor de înaltă frecvenţă 

induşi pe suprafaţa lor se transformă în energia undelor secundare radiate întoate direcţiile.Sub acţiunea undelor incidente radiatorul secundar devine o sursă de

radiaţie secundar ă, având puterea de radiaţie P’, care este legată de densitateafluxului de putere (S) prin relaţia:

P’ = F⋅S, [W], (5.9)unde F este suprafa ţ a efectivă de dispersie.Din punct de vedere fizic, ea reprezintă o suprafaţă din care radiatorul

secundar, pare să extragă puterea undelor secundare. Radiatorul secundar are,de obicei, propriet

ăţi directive determinate, de aceea m

ărimea ariei suprafe

ţei

efective de dispersie depinde de direcţia considerată. Din punct de vedere practic prezintă interes acea valoare a suprafeţei efective, care caracterizează undele secundare şi care se propagă în sens opus sensului de propagare aundelor incidente.

Chiar dacă există anumite relaţii de calcul a lui F, în practică mărimea luiF se determină pe cale experimentală, folosind fie corpul respectiv, fie omachetă a acestuia. Astfel s-au găsit următoarele valori medii ale suprafeţeiefective de dispersie: avion de vânătoare 5 ÷ 15 m2, avion de bombardamentuşor 40 ÷ 70 m2, avion de bombardament greu 100 ÷ 150 m2, proiectil de 75mm 1 m2 etc.

În acelaşi timp se poate determina şi distanţa maximă de descoperire aunei staţii de radiolocaţie.

5.7. Propagarea undelor de suprafaţă 

5.7.1. Parametrii electrici ai soluluiDatorită aspectului variat şi foarte complex al suprafeţei globului

 pământesc, studiul propagării undelor de suprafaţă pune probleme deosebite.

Din punct de vedere al fenomenelor de propagare a undelor radio, gradulde neregularitate a diferitelor feluri de terenuri poate fi apreciat numai pe bazaraportului dintre dimensiunile neregularităţii şi lungimea de undă a undelor radio. Pentru undele lungi şi foarte lungi toate formele de teren cu excepţiaterenului muntos, pot fi considerate ca netede. Pentru undele decimetrice şicentimetrice, chiar  şi o mică agitaţie la suprafaţa mării sau o vegetaţieneînsemnată, constituie neregularităţi importante.

Diferitele feluri de suprafeţe ale globului pământesc pot fi împăr ţite îndouă grupe. Din prima grupă fac parte acele tipuri de suprafeţe care se

caracterizează prin neregularităţi neînsemnate, datorită cărui fapt ele pot fi

Page 9: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 9/14

9

înlocuite direct printr-o suprafaţă netedă, care are aceeaşi parametri electriciechivalenţi. Parametrii electrici echivalenţi se aleg în aşa fel încât absorbţiaundelor produsă de suprafaţa netedă echivalentă să fie egală cu cea produsă desuprafaţa reală neregulată.

Din cea de-a doua grupă fac parte pădurile şi localităţile mari. Undele carese propagă deasupra unei păduri sunt absorbite, mai ales, din cauza curenţilor induşi în trunchiurile şi ramurile copacilor, care pot fi consideraţi ca nişteantene puse la pământ.

Desigur, mecanismul absorbţiei undelor de către pădure nu este acelaşi cucel al unei suprafeţe netede semiconductoare, dar se pot alege parametriielectrici ai unui sol neted semiconductor astfel încât absorbţia undelor care se

 propagă deasupra acestui sol imaginar să fie aceeaşi ca şi deasupra pădurii. Lafel se aleg parametrii unei suprafeţe echivalente în privinţa proprietăţilor absorbante în cazul unei localităţi mai mari.

O altă simplificare constă în aceea că se neglijează schimbarea continuă a proprietăţilor solului de-a lungul liniei radio. Nu este posibil ca în calcule să se ţină seama de toate variaţiile parametrilor electrici ai terenului. Se pot luaîn considerare numai variaţiile bruşte, cum ar fi, de exemplu, ţărmul mării.

5.7.2. Cazul antenelor ridicatePentru ca o antenă să poată fi considerată ridicată trebuie să îndeplinească 

două condiţii: –   antena trebuie să fie alimentată cu un fider care să nu radieze unde

radio (din acest punct de vedere antenele nesimetrice de tipul Τ şi Γ nu pot fi considerate ca antene ridicate, chiar dacă au înălţimi mari);

 –   înălţimea h la care este situată antena trebuie să fie de câteva ori maimare decât lungimea de undă.

Astfel de antene se găsesc numai la instalaţiile radiotehnice care lucrează în gama undelor scurte şi foarte scurte. Antene ridicate tipice sunt antenele deteleviziune, cele de radiodifuziune de unde foarte scurte cu modulaţie înfrecvenţă, antenele liniilor de radioreleu şi antenele staţiilor de radiolocaţie şide radiodirijare. În acest caz antena de emisie poate fi considerată ca fiind

 punctiformă, iar problema se limitează la determinarea câmpului electric într-un singur punct şi anume în cel de instalare a antenei de recepţie C (fig. 5.8).

Page 10: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 10/14

10

Dacă lungimea liniei radio (r) şi înălţimile antenelor (h1 şi h2) sunt date, se poate determina poziţia punctului B, prin urmare, şi valorile unghiului deincidenţă ϕi sau a unghiului complementar (de înălţime) (γ). De asemenea, se

 poate determina diferenţa de drum (∆Γ) dintre unda directă şi cea reflectată.Pe de altă parte, cunoscând parametrii electrici ai solului (εr  şi σ) în punctulde reflexie, se pot determina, cu ajutorul diagramelor, modulul R  şi faza θ acoeficientului de reflexie R.

Câmpul electric rezultant în punctul C se obţine prin compunereacâmpului direct, 1E şi a celui reflectat, 2E .

 În cazul polarizării orizontale a undelor , în practică se foloseşte valoareaeficace a intensităţii câmpului în zona de radiaţie:

Eef 

=oo

2

ocosR 2R 1

DP173χ++Σ ,

m

mV, (5.10)

Unde: PΣ este puterea radiată, în kW;D – coeficientul de directivitate al antenei;R o – modulul coeficientului de reflexie pentru polarizare orizontală 

a undelor.Unghiul χo = θo + β∆r unde θo este faza coeficientului de reflexie pentru

unde polarizate orizontal.În cazuri practice, ţinând cont de condiţiile concrete, relaţia (5.10) se

 poate simplifica.

În cazul polarizării verticale a undelor pentru Eef se obţine expresia:

Eef =r 

DP173 Σ ⋅F,

m

mV, (5.11)

unde:

F = VV22

V2 coscoscosR 2cosR cos χγα+γ+α . (5.12)

5.7.3. Cazul antenelor situate pe PământPentru antenele situate pe Pământ, Eef  se calculează cu relaţia (5.11), în

care F este factorul de atenuare şi care ţinea seama de faptul că undele radio

Fig. 5.8 Propagarea undelor în cazul antenelor ridicate 

Page 11: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 11/14

11

se propagă în imediata vecinătate a solului semiconductor (aici F nu areexpresia (5.12)). Există diagrame pentru determinarea lui F.

5.7.4. Propagarea undelor radio deasupra unui sol neomogen

Cazuri de propagare a undelor radio deasupra unui sol omogen seîntâlnesc destul de rar în practică. În calcule, însă, se ţine seama numai dacă apar variaţii bruşte şi mari ale parametrilor solului. În aceste cazuri problemase pune în felul următor: în punctul A, la suprafaţa Pământului, se află antenade emisie, în punctul B se găseşte antena de recepţie, iar în C are locschimbarea proprietăţilor solului (fig. 5.9). Se cunosc: puterea de radiaţie (PΣ),coeficientul de directivitate (D), lungimea de undă (λ), lungimile celor două trasee (r 1 şi r 2) şi parametrii electrici ai celor două soluri.

Fig. 5.9. Propagarea undelor deasupra unui sol neomogen

Problema care se pune este de a determina intensitatea câmpului electricîn B.

Relaţia de calcul este (5.11), unde de asemenea, pentru F s-au găsitdiverse relaţii, diagrame etc.

Există o relaţie de calcul pentru F în cazul fenomenului de „refrac ţ ie la ţărm“, prin aceasta înţelegându-se fenomenul de schimbare a direcţiei de propagare a undelor de suprafaţă la trecerea lor peste ţărm. Pe măsur ă ce punctul de recepţie se îndepărtează de ţărm, refracţia se micşorează simţitor,deci acest fenomen reprezintă o perturbaţie locală.

5.7.5. Distanţa vizibilităţii directeÎn continuare nu se mai neglijează curbura Pământului, ceea ce înseamnă 

că studiul propagării undelor de suprafaţă este mai apropiat de condiţiile reale.Consider ăm cazul când antena de emisie se găseşte la înălţimea h1, iar antenade recepţie la înălţimea h2 (fig. 5.10).

Page 12: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 12/14

12

Fig. 5.10. Distanţa vizibilităţii directe

Plecând de la ∆ACO cu C = 90o se deduce:

1haacos+=α , (5.13)

1

211

ha

hah2sin

+

+=α . (5.14)

Dar  α este mic şi deci sinα  ≈  α. De asemenea, h1 << a (a – razaPământului), deci rezultă:

α ≈ a

ah2 1 . (5.15)

Pe de altă parte

α =a

r 10 . (5.16)

Din (5.15) şi (5.16) rezultă:r 10 = 1ah2 , [m], (5.17)

sau

r 10 = 3,57 1h , [km], (5.18)

cu h1 exprimat în m.Relaţia (5.18) poate fi extinsă şi pentru r 20.Distanţa vizibilităţii directe în cazul a două antene directe ridicate este:

r 0 = r 10 + r 20 = ( )21 hha2 +⋅ , [m], (5.19)

sau

r 0 = 3,57 ( )21 hh +⋅ , [km]. (5.20)

5.7.6. Propagarea undelor radio în limitele vizibilităţii directedeasupra suprafeţei sferice a Pământului

Page 13: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 13/14

13

În figura 5.11 este prezentat cazul antenelor ridicate, însă în condiţiile încare se ţine seama şi de sfericitatea Pământului, din cauza curburiiPământului, deci datorită faptului că undele se reflectă pe o suprafaţă semiconductoare convexă, fenomenul de reflexie este însoţit de o dispersie a

undelor, ceea ce duce la o atenuare a undelor reflectate.

Câmpul electric rezultant în punctul B este obţinut prin compunereacâmpurilor direct şi reflectat. Intensitatea efectivă a acestui câmp secalculează cu relaţia:

Eef =λΣ

2r 

DP18,2h1h2, (5.21)

valabilă pentru r << 0,8 r 0.

5.7.7. Propagarea undelor radio dincolo de vizibilitatea directă Din punct de vedere al studiului fenomenelor ce au loc la propagareaundelor deasupra suprafeţei sferice omogene a Pământului este convenabil calinia radio să fie împăr ţită în trei zone (fig. 5.12):

(1)  – zona vizibilităţii directe;(2)  – zona de penumbr ă;(3)  – zona de umbr ă.

Prin zona vizibilităţii directe se înţelege por ţiunea din linie cuprinsă întrelimitele 0 < r < 0,8 r 0, r 0 fiind distanţa vizibilităţii directe. Por ţiunea situată înimediata vecinătate a limitei vizibilităţii directe (0,8 r 0 < r < 1,2 r 0) este zonade penumbr ă, iar dincolo de 1,2 r 0 este zona de umbr ă.

Fig. 5.11. Propagarea undelor radio deasupra suprafeţei

sferice a Pământului 

Page 14: Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

7/22/2019 Curs1 Structura Si Clasificarea Undelor Electromagnetice

http://slidepdf.com/reader/full/curs1-structura-si-clasificarea-undelor-electromagnetice 14/14

14

Fig. 5.12. Zonele liniei radio

În prima zonă la propagarea undelor radio intervine fenomenul dereflexie. În zonele de penumbr ă  şi umbr ă undele radio pătrund datorită 

fenomenului de difracţie.Pentru simplificarea calculelor, în practică, s-au întocmit grafice în

vederea determinării câmpului electric în funcţie de distanţa dintre antena deemisie şi cea de recepţie.