Новости

Teorie rádiové vlny: Likebez / Habr

obraz.

Myslím, že každý zkroucený rukojeť rádia, přepínání mezi "VHF", "DV", "SV" a slyšel syčení z reproduktorů.

Ale kromě rozluštění škrtů, ne každý chápe, že se schovává za těmito písmeny.

Pojďme se blíže s teorií rádiové vlny.

Rádiová vlna
obraz.

Vlnová délka (λ) je vzdálenost mezi přilehlými hřebeny vln.

Amplituda (A) je maximální odchylka od průměrné hodnoty s oscilačním pohybem.

Období (t) - čas jednoho úplného oscilačního pohybu

Frekvence (v) - počet celkových období za sekundu

Existuje vzorec, který umožňuje určení vlnové délky frekvence:

obraz.

Kde: vlnová délka (m) se rovná poměru rychlosti světla (km / h) k frekvenci (kHz)

"VHF", "DV", "SV"

Super dlouhé vlny - v = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).

Mají majetek proniknout tloušťku vody na 20 m a v souvislosti s tím se používají k komunikaci s ponorkami, a loď není nutná popsat do této hloubky, stačí hodit rozhlasovou bóju na tuto úroveň.

Tyto vlny se mohou rozšířit na okraj Země, vzdálenost mezi povrchem Země a ionosféru, představuje pro ně "vlnovod", podél které se svobodně liší. Dlouhé vlny (DV) V = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).

obraz.

Tento typ rádiové vlny má vlastnosti překonat překážky, slouží k komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Také má slabá pronikavá schopnost, takže pokud nemáte vzdálenou anténu, sotva můžete chytit jakoukoliv rozhlasovou stanici. Střední vlny (SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).

obraz.

Tyto rádiové vlny se dobře odráží od ionosféry, které se nacházejí ve vzdálenosti 100-450 km nad povrchem Země. Možnost těchto vln je, že během dne jsou absorbovány ionosférou a odrazový efekt se nevyskytuje. Tento efekt se používá prakticky pro komunikaci, obvykle několik set kilometrů v noci. Krátké vlny (KV) v = 3-30 mHz (λ = 100-10 m).

obraz.

Stejně jako střední vlny se dobře odráží od ionosféry, ale na rozdíl od nich, bez ohledu na denní dobu. Mohou být distribuovány na dlouhé vzdálenosti (několik tisíc km) kvůli odrazům z ionosféry a povrchu země, taková distribuce se nazývá Skachkov. Světelné výkonové vysílače pro to není nutné. Ultrashortové vlny (VHF) V = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m).

obraz.

Tyto vlny mohou předjet překážky ve velikosti několika metrů, a také dobře pronikající schopnost. Vzhledem k těmto vlastnostem je tento rozsah široce používán pro vysílání rádia. Nevýhodou je jejich relativně rychlý útlum při setkání s překážkami.

Existuje vzorec, který umožňuje vypočítat rozsah komunikace v rozsahu VHF:

obraz.

Tak například, když rozhlasové vysílání s okem Ostankino TV, výška 500 m na přijímací anténu s výškou 10 m, vzdálenost komunikace pod podmínkou přímé viditelnosti bude asi 100 km. Vysoké frekvence (rozsah HF Santimeter) V = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).

Neplotte překážky a mají dobrou schopnost pronikající. Používá se v mobilních sítích a sítích Wi-Fi.

Dalším zajímavým rysem vln tohoto rozsahu je, že molekuly vody jsou schopny absorbovat svou energii co nejvíce a přeměnit ji do tepelné. Tento efekt se používá v mikrovlnných troubách.

Jak vidíte, Wi-Fi vybavení a mikrovlnné trouby pracují ve stejném rozsahu a mohou ovlivnit vodu, takže spaní v objetí s wi-fi směrovač nestojí dlouho. Extrémně vysoké frekvence (rozsah EHF-milimetr) V = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).

Odráží téměř všechny překážky, volně proniknout přes ionosféru. Na úkor jeho vlastností se používají ve vesmírné komunikaci.

AM - FM.

Přijímací zařízení mají často polohy přepínačů AM-FM, co je: DOPOLEDNE. - amplitudová modulace

obraz.

Tato změna v amplitudě nosné frekvence pod působením kódujících oscilací, například hlas z mikrofonu.

Jsem první typ modulace vynalezený člověkem. Nevýhody, stejně jako jakýkoliv analogový typ modulace, má nízkou hlučnou imunitu. Fm. - frekvenční modulace

obraz.

To je změna nosné frekvence pod vlivem kódování oscilací.

I když je to také analogový modulační typ, ale má vyšší imunitu hluku než AM, a proto je široce používán ve zvuku televizních vysílání a VHF vysílání.

Ve skutečnosti existují poddruhy v popsaném modulačním druhu, ale jejich popis není součástí materiálu tohoto článku.

Více termínů

Rušení - V důsledku odrazů vln z různých překážek se vlny skládají. V případě přidávání ve stejných fázích se amplituda počáteční vlny může zvýšit, při přidávání v opačných fázích se amplituda může snížit až nulu.

Tento fenomén je většinou projeven při přijímání VHF CM a televizního signálu.

obraz.

Proto například uvnitř místnosti, kvalita recepce na pokojové anténě TV silně "plováky". Difrakce - Fenomén, ke kterému dochází, když je rádiová vlna splněna s překážkami, v důsledku které může vlna změnit amplitudu, fázi a směr.

Tento jev vysvětluje spojení na KV a SV přes ionosféru, když se vlna odráží od různých nehomogenit a nabitých částic a tím změní směr distribuce.

Stejný jev vysvětluje schopnost rádiových vln k šíření bez přímé viditelnosti, bohatého zemského povrchu. Pro to musí být vlnová délka proti překážce.

PS:

Doufám, že informace popsané mě budou užitečné a přinese nějaké porozumění na toto téma.

Vlna: podélný a příčný

Začněme s tím mávat - Toto je šíření oscilace ve vesmíru.

Vlny jsou Mechanické a elektromagnetické.

Mechanické vlny - to jsou ty vlny, jejichž oscilace mohou být fyzicky pociťovány, protože oni V elastickém prostředí.

  • Například zvuk. Když se zvuk aplikuje uvnitř látky, můžeme to cítit s dotekem.

Představte si, že stojíte na železničních tratích. Ne, nejste Anna Karenina, jste experimentátor.

Pokud vás vlak blíží, uslyšíte to dříve nebo později. Spíše, slyšet co nejdříve Zvuková vlna rychlostí 𝑣 = 330 m / s dosáhne uších.

Pokud připojíte ucho k kolejnici, to se stane mnohem rychleji, protože rychlost zvuku v pevné látce je větší než ve vzduchu. Mimochodem, pod vodou je rychlost zvuku větší než ve vzduchu, ale menší než v pevných látkách.

Pokud jste se někdy dotkli hudebního sloupce, víte, že zvuk je pociťován a dotýkejte se.

Elektromagnetické vlny - To jsou vlny, které se nemůžeme dotknout.

  • Například rádiové vlny, Wi-Fi a světlo.

Pro ně všechny stejné zákony fungují, jen jejich rychlost je výrazně větší a rovnající se Light Speed ​​𝑣 = 3 * 10 ^ 8 m / s . A mají různé zdroje.

Vlny jsou také vyrobeny pro dělení na podélném a příčném:

Podélné a příčné vlny

Longician. - To jsou ty vlny, ve kterých se oscilace vyskytuje podél směru šíření vlny.

  • Větrné koktejly během hrom nebo seismických vln (zemětřesení) jsou příkladem podélných vln.

Příčný - vlny, jejichž oscilace se vyskytuje přes směr šíření vlny.

  • Představte si, že jste na stadionu spustili vlnu lidí - bude příčný.
  • Viditelné světlo a třesoucí se řetězec kytary jsou také příčné vlny.

Mořská vlna - podélný nebo příčný?

Ve skutečnosti má podélné a příčné komponenty, proto nelze přisuzovat konkrétnímu typu.

Vlnová délka: Definice a výpočet

Samozřejmě, že každá vlna má vlastnosti. Jednou z těchto charakteristik je vlnová délka.

Vlnová délka To se nazývá vzdálenost mezi oběma body této vlny, kolísat ve stejné fázi. Pokud je to jednodušší, pak je to vzdálenost mezi dvěma "hřebeny".

Více vlnová délka Můžete zavolat vzdálenost cestující vlnou, v jednom období oscilace.

Doba - To je čas, po kterou dochází k jedné oscilaci. To znamená, že pokud je čas dán šíření vlny a počtu oscilací, můžete vypočítat období.

Vlna oscilace vzorec

T = t / n

T - období [s]

T - čas [C]

N - počet oscilací [-]

Komunikace při rychlosti

Pro odstranění rychlosti vzorce přes vlnovou délku je nutné připomenout frekvenční vzorec z kinematiky - jedná se o část fyziky, ve které pohyb těl bez v úvahu vnější vliv).

Rychlost vzorce

𝑣 = s / t

𝑣 - rychlost [m / s]

S - cesta [m]

T - čas [C]

Otáčením na vlny můžete strávit následující analogie:

  • způsob - vlnová délka
  • Časový úsek

A pro rychlost, ani analogie není nutná - rychlost a Afrika rychlost.

Formula Speed ​​Wave.

𝑣 = λ / t

𝑣 - rychlost [m / s]

λ - vlnová délka [m]

T - období [s]

Problém

Loď zaváhá vlny. Pro 40 s dělala 10 oscilací. Jaká je rychlost šíření vln, pokud vzdálenost mezi sousedními vlnovými hřebeny je 1 m?

Řešení:

  1. Vezměte rychlost vzorce:
  2. 𝑣 = λ / t

  3. Známe vlnovou délku, ale nedali období. Období je vypočteno vzorcem:
  4. T = t / n

    T = 40/10 = 4 s

  5. Nyní nahrazujeme hodnoty ve vzorci
  6. 𝑣 = λ / t

    𝑣 = ¼ = 0,25 m / s

Odpověď: 𝑣 = 0,25 m / s

Rezonance

Pokud je hlasité mluvit v jednom pokoji s kytarou - můžete slyšet, jak se mu duch začal hrát. Ve skutečnosti se frekvence řetězce shodovala s frekvencí hlasu a vznikla rezonance.

Na grafu níže můžete vidět co Nějaká frekvence Amplituda se dramaticky zvyšuje. Tato frekvence se nazývá Frekvence rezonance.

Frekvence rezonance

Frekvence - Toto je hodnota, reverzní období. To ukazuje, pro jakoukoli dobu se vyskytne jedna oscilace.

Frekvenční vzorec

ν = n / t

ν - frekvence [Hz]

T - čas [C]

N - počet oscilací [-]

Ve světě je spousta příběhů o tom, jak vojáci šli pěšky na mostě, padl do rezonance a všichni padli. A tady je další příběh o hydrolytech - jak se říká, první konec

Tým hydrolytů - odborníci ve vnitřních vodách pracoval v Altaji a studoval místní řeku. Přes řeku byl natažen lanový most a naviják stál ve středu mostu, což pomáhá zvýšit vzorek vody z řeky, nechodí k němu.

V jednom z dnů expedice, silný, téměř bouřlivý, vítr začal. Výzkumníci pracovali na mostě a když si uvědomili, že to nebylo bezpečné být v lanové struktuře v tak silném větru, začal ji opustit. Jakmile poslední osoba z týmu udělala krok z mostu k zemi, most spolu s navijákem byl ploden do špetky. To se stalo kvůli skutečnosti, že frekvence větru se shodovala s vlastní frekvencí kyvného můstku. Je dobré, že příběh tímto způsobem skončil.

Vlnová délka je vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími píky (hřebeny) nebo depresí. Nejvyšší poloha vlny se nazývá vrchol. Nejnižší poloha vlny se nazývá deprese.

Cyklus je kompletní oscilace, například křivka mezi dvěma hřebeny nebo dvěma depresemi. Maximální vlnová vzdálenost od rovnovážné polohy se nazývá amplituda.

Obrázek ukazuje hlavní vlnové parametry používané ve fyzice:

Parametry vlny

Definice a vlnová délka vzorec

Vlna je porucha, která se šíří z bodu, ve které vznikla do životního prostředí. Taková porucha transferová energie bez přenosu čisté látky.

Mechanické vlny

Délka je skutečná vzdálenost, která jezdila vlnou, která se ne vždy shoduje se vzdáleností média nebo částic, ve kterých je vlna distribuována. Je také definován jako proces procesu prostorového vlny.

Řecké písmeno "λ" (lambda) ve fyzice se používá k označení délky V rovnicích. To je nepřímo úměrné frekvenci vlny.

Vlnová délka

Období t je doba dokončení úplného fluktuace, jednotku měření sekundy (s).

Dlouhá vlna odpovídá nízké frekvenci a krátkým. Délka se měří v metrech. Počet vln emitovaných v každé sekundě se nazývá frekvence a inverzně úměrná období.

702.

Různé délky mají jinou rychlost distribuce. Například rychlost světla ve vodě je 3/4 od rychlosti ve vakuu.

Prostorové období vlny je vzdálenost, kterou bod s trvalou fází "letí" v průběhu časového intervalu odpovídající období oscilací.

Frekvenční vlna

Frekvence F - počet úplných výkyvů na jednotku času. Měřeno v Hertz (Hz).

S jednou úplnou oscilací za sekundu f = 1 Hz; při 1000 oscilací za sekundu f = 1 kilohertz (kHz); 1 milion oscilací za sekundu f = 1 megahertz (1 MHz).

S vědomím, že rychlost světla ve vakuu s - 300 000 km / s nebo 300 000 000 m / s, pak přeložit vlnovou délku ve frekvenci, kterou potřebujete 3 x 10 8M / s rozdělený na délku v metrech.

Jednotky měření vlnové délky λ - nanometry a angstromy kde nanometr je biliona část měřiče (1 m = 109 nm) a angstroma je deset miliard částí měřiče (1 m = 1010 a), tj. Nanoměr je ekvivalentní 10 angstrom (1 nm =) 10 a).

Optické spektrum

Světlo, které pochází ze Slunce, je elektromagnetické záření, které se pohybuje rychlostí 300 000 km / s, ale délka není stejná pro všechny fotony, ale pohybuje se mezi 400 nm a 700 nm. Světelná vlnová délka ovlivňuje barvu.

Bílé světlo se rozkládá na spektru různých barevných pruhů, z nichž každý je určen svou vlnovou délkou. Světlo s nejmenší délkou je purpurová, což je asi 400 nm a světlo s největší délkou je červené, což je asi 700 nm.

Tabulka zobrazuje vlnovou délku v závislosti na barvě:

Vlnová délka

Záření s menšími fialovými dlouhými se nazývá ultrafialové záření, rentgenové a gama paprsky v redukčním pořadí. Radiace více červená se nazývá infračervené, mikrovlnné trouby a rádiové vlny, ve vzestupném pořadí.

Mezní rozsah komunikace závisí na délce. Rozměry antény často překračují pracovní délku rádiového elektronického činidla.

Výkres ukazuje vlnovou délku a frekvenci (NM), vyzařující z různých zdrojů:

Vlnová délka

Příklady výpočtu vlnových délek pro zvukové, elektromagnetické a rádiové vlny

Číslo úkolu 1.

Rychlost rychlosti ve vodě 1450 m / s. V jaké vzdálenosti jsou nejbližší body, které provádějí oscilace v opačných fázích, pokud je kmitočet oscilace 725 Hz?

707.

Úkol číslo 2.

Kolem stacionárního pozorovatele stojícího na břehu jezera pro 6 s. 4 Crest vlny prošel. Vzdálenost mezi prvním a třetím hřebenem je 12 m. Určete dobu oscilace vlnových částic, míry šíření a vlnové délky.

708.

Číslo úlohy 3.

Hlasové vazy zpěváka zpěvačku (vysoký mužský hlas) kolísají s frekvencí 130 až 520 Hz. Určete maximální a minimální délku vyzařované zvukové vlny ve vzduchu. Rychlost zvuku ve vzduchu 330 m / s.

708.


Добавить комментарий