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Théorie des ondes radio: Likbez / Habr

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Je pense que tout le monde tordit la poignée de la radio, basculant entre "VHF", "DV", "SV" et entendit siffle des haut-parleurs.

Mais en plus de déchiffrer des coupes, tout le monde ne comprend pas qu'il se cache derrière ces lettres.

Allons-nous plus près de la théorie de l'onde radio.

Onde radio
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La longueur d'onde (λ) est la distance entre les crêtes adjacentes des vagues.

L'amplitude (a) est la déviation maximale de la valeur moyenne avec le mouvement oscillatoire.

Période (t) - temps d'un mouvement oscillatoire complet

Fréquence (V) - Nombre de périodes totales par seconde

Il existe une formule qui permet de déterminer la longueur d'onde en fréquence:

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Où: la longueur d'onde (m) est égale au rapport de la vitesse de la lumière (km / h) à la fréquence (khz)

"VHF", "DV", "SV"

Super longues vagues - V = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).

Ils ont la propriété pour pénétrer l'épaisseur de l'eau à 20 m et en relation avec cela permettent de communiquer avec des sous-marins et que le bateau n'est pas nécessaire pour apparaître à cette profondeur, il suffit de jeter la bouée radio à ce niveau.

Ces ondes peuvent s'étaller jusqu'au bord de la terre, la distance entre la surface de la Terre et l'ionosphère, représente le "guide d'ondes" pour eux, le long de laquelle ils diffèrent librement. Vagues longues (DV) V = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).

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Ce type d'onde radio a les propriétés pour trop manger des obstacles, est utilisé pour communiquer sur de longues distances. A également une faible capacité pénétrante, donc si vous n'avez pas d'antenne distante, vous pouvez difficilement attraper une station de radio. Vagues moyennes (SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).

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Ces ondes radio sont bien reflétées de l'ionosphère, situées à une distance de 100 à 450 km au-dessus de la surface de la terre. La possibilité de ces vagues est que pendant la journée, ils sont absorbés par l'ionosphère et l'effet de réflexion ne se produit pas. Cet effet est utilisé pratiquement pour la communication, généralement plusieurs centaines de kilomètres la nuit. Ondes courtes (Kv) v = 3-30 MHz (λ = 100-10 m).

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Comme des vagues moyennes, ils sont bien reflétés de l'ionosphère, mais contrairement à eux, peu importe l'heure de la journée. Ils peuvent être distribués sur de longues distances (plusieurs mille km) en raison des réflexions de l'ionosphère et de la surface de la terre, cette distribution s'appelle Skachkov. Les émetteurs de puissance lumineuse pour cela n'est pas requis. Vagues à ultrastrie (VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 M).

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Ces ondes peuvent dépasser des obstacles d'une taille de plusieurs mètres et ont également une bonne capacité pénétrante. En raison de telles propriétés, cette gamme est largement utilisée pour la radio de diffusion. L'inconvénient est leur atténuation relativement rapide lors de la rencontre d'obstacles.

Il existe une formule qui vous permet de calculer la gamme de communications dans la gamme VHF:

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Donc, par exemple, lorsque la radio diffuse avec la téléviseur Ostankino, une hauteur de 500 m d'antenne de réception d'une hauteur de 10 m, une distance de communication sous la condition de la visibilité directe sera d'environ 100 km. Hautes fréquences (chaîne de santimètre HF) V = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).

Ne pas envelopper les obstacles et avoir une bonne capacité pénétrante. Utilisé dans les réseaux cellulaires et les réseaux Wi-Fi.

Une autre caractéristique intéressante des vagues de cette gamme est que les molécules d'eau sont capables d'absorber autant que possible leur énergie et de la transformer en thermique. Cet effet est utilisé dans des fours à micro-ondes.

Comme vous pouvez le constater, les équipements Wi-Fi et les fours à micro-ondes fonctionnent dans la même gamme et peuvent affecter l'eau, alors dormir dans une étreinte avec un routeur Wi-Fi ne vaut pas une longue période. Fréquences extrêmement hautes (gamme EHF-millimètre) V = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0.01 m).

Réfléchis par presque tous les obstacles, pénétrez librement à travers l'ionosphère. Au détriment de ses propriétés sont utilisées dans la communication spatiale.

AM - FM.

Souvent, les dispositifs de réception ont les positions des commutateurs AM-FM, qu'est-ce que c'est: UN M. - la modulation d'amplitude

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Ce changement de l'amplitude de la fréquence porteuse sous l'action des oscillations de codage, par exemple la voix du microphone.

Suis est le premier type de modulation inventé par l'homme. Parmi les inconvénients, ainsi que tout type de modulation analogique, a une immunité à faible bruit. Fm. - modulation de fréquence

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Il s'agit d'un changement de fréquence porteuse sous l'influence des oscillations de codage.

Bien que, il s'agit également d'un type de modulation analogique, mais il a une immunité de bruit plus élevée que celle d'AM et est donc largement utilisée dans le son des émissions de télévision et la diffusion VHF.

En fait, il existe des sous-espèces dans les espèces de modulation décrites, mais leur description n'est pas incluse dans le matériau de cet article.

Plus de termes

Ingérence - À la suite de réflexions d'ondes provenant de divers obstacles, les ondes se plient. En cas d'addition dans les mêmes phases, l'amplitude de l'onde initiale peut augmenter, lors de l'addition de phases opposées, l'amplitude peut diminuer jusqu'à zéro.

Ce phénomène se manifeste principalement lors de la réception du signal VHF cm et de la télévision.

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Par exemple, par exemple à l'intérieur de la pièce, la qualité de la réception sur la salle d'antenne de la chambre "flotte". Diffraction - Le phénomène qui se produit lorsqu'une onde radio est atteint avec des obstacles, à la suite de laquelle la vague peut changer l'amplitude, la phase et la direction.

Ce phénomène explique la connexion sur le KV et SV à travers l'ionosphère, lorsque la vague est réfléchie à partir de diverses inhomogénéités et des particules chargées et modifie ainsi la direction de la distribution.

Le même phénomène explique la capacité des ondes radio à se propager sans visibilité directe, la surface de la terre riche. Pour cela, la longueur d'onde doit être opposée à l'obstacle.

PS:

J'espère que les informations décrites par moi seront utiles et apporteront une certaine compréhension sur ce sujet.

Wave: longitudinal et transversal

Commençons par ça vague - C'est la propagation de l'oscillation dans l'espace.

Les vagues sont Mécanique et électromagnétique.

Vagues mécaniques - ce sont ces vagues dont les oscillations peuvent être ressenties physiquement parce qu'elles Établi dans un environnement élastique.

  • Par exemple, le son. Lorsque le son s'applique à l'intérieur d'une substance, on peut le sentir avec contact.

Imaginez que vous êtes debout sur les pistes de chemin de fer. Non, vous n'êtes pas Anna Karenina, vous êtes un expérimentateur.

Si le train vous approche, vous l'entendrez tôt ou tard. Au contraire, entendez dès que Wave sonore à une vitesse = 330 m / s atteindra vos oreilles.

Si vous attachez une oreille au rail, cela arrivera beaucoup plus rapidement, car la vitesse du son dans le solide est supérieure à celle de l'air. Au fait, sous l'eau, la vitesse du son est supérieure à celle de l'air, mais moins que dans des solides.

Si vous avez déjà touché la colonne musicale, vous savez que le son est senti et touche.

Ondes électromagnétiques - Ce sont les vagues que nous ne pouvons pas toucher.

  • Par exemple, les ondes radio, wi-fi et lumière.

Pour eux, toutes les mêmes lois fonctionnent, simplement leur vitesse est significativement plus grande et égale à Vitesse de lumière 𝑣 = 3 * 10 ^ 8 m / s . Et ils ont des sources différentes.

Les vagues sont également faites pour diviser sur longitudinale et transversale:

Ondes longitudinales et transversales

Longitian - Ce sont ces vagues dans lesquelles l'oscillation se produit le long de la direction de la propagation des vagues.

  • Wind Shakes pendant le tonnerre ou les vagues sismiques (tremblements de terre) sont un exemple d'ondes longitudinales.

Transversal - Les vagues dont l'oscillation se produit dans la direction de la propagation des vagues.

  • Imaginez que vous avez lancé une vague de personnes au stade - elle sera transversale.
  • La lumière de la lumière visible et de la guitare frissonnante sont également des vagues transversales.

Wave Sea - longitudinal ou transversal?

En fait, il a des composants longitudinaux et transversaux, il ne peut donc pas être attribué à un type spécifique.

Longueur d'onde: définition et calcul

Bien sûr, toute vague a des caractéristiques. Une de ces caractéristiques est longueur d'onde.

Longueur d'onde Il s'appelle la distance entre les deux points de cette vague, fluctuant dans la même phase. Si c'est plus simple, c'est la distance entre les deux "crêtes".

Suite longueur d'onde Vous pouvez appeler la distance parcourue par la vague, en une période d'oscillation.

Point final - C'est le moment pour lequel une oscillation se produit. C'est-à-dire que si le temps est donné la propagation de la vague et le nombre d'oscillations, vous pouvez calculer la période.

Formule d'oscillation des vagues

T = t / n

T - Période [S]

T - Time [c]

N - Le nombre d'oscillations [-]

Communication à la vitesse

Pour retirer la formule de vitesse à travers la longueur d'onde, il est nécessaire de rappeler la formule de taux de la cinématique - il s'agit d'une section de physique dans laquelle le mouvement des corps sans prendre en compte l'influence externe).

Formule de vitesse

𝑣 = S / T

𝑣 - Vitesse [m / s]

S - chemin [m]

T - Time [c]

En tournant vers les vagues, vous pouvez dépenser les analogies suivantes:

  • manière - longueur d'onde
  • Période de temps

Et pour la vitesse, même l'analogie n'est pas nécessaire - vitesse de vitesse et d'afrique.

Vague de la vitesse de formule

𝑣 = λ / t

𝑣 - Vitesse [m / s]

λ - longueur d'onde [m]

T - Période [S]

Problème

Le bateau fait hésitation sur les vagues. Pour 40 s, elle a fait 10 oscillations. Quelle est la vitesse de propagation des vagues, si la distance entre les crêtes à ondes adjacentes est de 1 m?

Solution:

  1. Prenez la formule de vitesse:
  2. 𝑣 = λ / t

  3. Nous connaissons la longueur d'onde, mais aucune période donnée. La période est calculée par la formule:
  4. T = t / n

    T = 40/10 = 4 s

  5. Maintenant, nous substituons les valeurs de la formule
  6. 𝑣 = λ / t

    𝑣 = ¼ = 0,25 m / s

Réponse: 𝑣 = 0,25 m / s

Résonance

S'il est fort de parler dans une pièce avec une guitare - vous pouvez entendre comment le fantôme a commencé à jouer dessus. En fait, la fréquence de la chaîne a coïncidé avec la fréquence de la voix et son origine résonance.

Sur le tableau ci-dessous, vous pouvez voir quoi Une certaine fréquence L'amplitude augmente considérablement. Cette fréquence est appelée fréquence de résonance.

Fréquence de résonance

La fréquence - Ceci est la valeur, période inverse. Il montre, pour quelle heure une oscillation survient.

Formule de fréquence

ν = n / t

ν - fréquence [Hz]

T - Time [c]

N - Le nombre d'oscillations [-]

Dans le monde, il y a beaucoup d'histoires sur la façon dont les soldats sont allés à pied sur le pont, il est tombé dans la résonance et tout le monde est tombé. Et voici une autre histoire sur les hydrolyts - comme on dit, première fois

L'équipe d'hydrolyts - spécialistes des eaux intérieures - travaillé à Altaï et étudia la rivière locale. Un pont de corde a été étendu sur la rivière et le treuil se tenait au centre du pont, ce qui aide à élever l'échantillon d'eau de la rivière, ne pas y aller.

Dans l'un des jours de l'expédition, un vent fort, presque orageux, a commencé. Les chercheurs ont travaillé sur le pont et, lorsqu'ils se sont rendus compte qu'il n'était pas sûr d'être dans une structure de corde dans un vent si fort, a commencé à le quitter. Dès que la dernière personne de l'équipe a fait une étape d'un pont au sol, le pont ainsi que le treuil ont été engendrés dans une pincée. Cela s'est passé en raison du fait que la fréquence de vent a coïncidé avec sa propre fréquence du pont oscillant. C'est bien que l'histoire s'est terminée de cette façon.

La longueur d'onde est la distance entre deux pics consécutifs (crêtes) ou dépressions. La position la plus élevée de la vague est appelée pic. La position la plus basse de la vague est appelée dépression.

Le cycle est une oscillation complète, par exemple une courbe entre deux crêtes ou deux dépressions. La distance d'onde maximale de la position Equilibrium est appelée amplitude.

La figure montre les paramètres d'onde principaux utilisés dans la physique:

Paramètres de la vague

Formule de définition et de longueur d'onde

Une vague est une perturbation qui se propage du point dans lequel elle est originaire de l'environnement. Une telle perturbation transfère de l'énergie sans transfert de substances pure.

Vagues mécaniques

La longueur est la distance réelle parcourue par une onde, qui ne coïncide pas toujours avec la distance du milieu ou des particules dans lesquelles l'onde est distribuée. Il est également défini comme une période de processus d'onde spatiale.

Lettre grecque "λ" (lambda) en physique est utilisée pour désigner une longueur Dans les équations. Il est inversement proportionnel à la fréquence de la vague.

Longueur d'onde

La période T est l'heure d'achèvement des fluctuations complètes, une unité de mesure d'une seconde (s).

Une onde longue correspond à une fréquence basse et à court terme. La longueur est mesurée en mètres. Le nombre d'ondes émises dans chaque seconde est appelée fréquence et inversement proportionnelle à la période.

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Différentes longueurs ont un taux de distribution différent. Par exemple, la vitesse de la lumière dans l'eau est de 3/4 de la vitesse de vacuo.

La période spatiale de la vague est la distance que le point avec la phase permanente "vole" sur l'intervalle de temps correspondant à la période d'oscillations.

Vague de fréquence

Fréquence F - Le nombre de fluctuations complètes par unité de temps. Mesurée à Hertz (Hz).

Avec une oscillation complète par seconde F = 1 Hz; à 1000 oscillations par seconde F = 1 kilohertz (KHz); 1 million d'oscillations par seconde F = 1 mégahertz (1 MHz).

Sachant que la vitesse de lumière sous vide avec - 300 000 km / s, ou 300 000 000 m / s, puis pour traduire la longueur d'onde dans la fréquence dont vous avez besoin de 3 x 10 8M / s divisé en longueur en mètres.

Unités de mesure de la longueur d'onde λ - nanomètres et angstroms où le nanomètre est un milliarda partie du compteur (1 m = 109 nm) et un angstrome est une partie de dix milliards de compteur (1 m = 1010a), c'est-à-dire un nanomètre équivalent à 10 angstrom (1 nm = 10 a).

Spectre optique

La lumière qui vient du soleil est le rayonnement électromagnétique, qui se déplace à une vitesse de 300 000 km / s, mais la longueur n'est pas la même pour tout photon, mais varie entre 400 nm et 700 nm. La longueur d'onde légère affecte la couleur.

La lumière blanche se décompose sur le spectre de différentes bandes colorées, dont chacune est déterminée par sa longueur d'onde. Ainsi, la lumière avec la plus petite longueur est violette, soit environ 400 nm, et la lumière avec la plus grande longueur est rouge, qui est d'environ 700 nm.

Le tableau montre la longueur d'onde en fonction de la couleur:

Longueur d'onde

Les rayonnements avec moins de violet sont appelés rayons ultraviolets, rayons X et rayons gamma dans la réduction de l'ordre. Radiation Plus de rouge s'appelle infrarouge, micro-ondes et ondes radio, dans l'ordre croissant.

La plage limite de communication dépend de la longueur. Les dimensions de l'antenne dépassent souvent la longueur de travail de l'agent radio-électronique.

Le dessin montre la longueur d'onde et la fréquence (NM), émanant de diverses sources:

Longueur d'onde

Exemples de longueurs d'onde de calcul pour ondes sonores, électromagnétiques et radio

Tâche numéro 1

Vitesse de vitesse dans l'eau 1450 m / s. A quelle distance sont les points les plus proches qui effectuent des oscillations en phases opposées, si la fréquence d'oscillation est de 725 Hz?

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Numéro de tâche 2.

Passé l'observateur stationnaire debout sur la rive du lac pendant 6 s. 4 Crête de la vague passée. La distance entre les première et troisième crêtes est de 12 m. Déterminez la période d'oscillation des particules d'onde, du taux de propagation et de la longueur d'onde.

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Tâche numéro 3.

Les ligaments vocaux de la chanteuse chantant ténor (voix haute masculine) fluctuent avec une fréquence de 130 à 520 Hz. Déterminez la longueur maximale et minimale de l'onde sonore rayonnée dans l'air. Vitesse sonore dans AIR 330 m / s.

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