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Teoria da onda de rádio: Likbez / Habr

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Eu acho que todos torciam a alça do rádio, mudando entre "VHF", "DV", "SV" e ouviu assobios dos alto-falantes.

Mas além de decifrar cortes, nem todos entendem que ele se esconde por trás dessas cartas.

Vamos nos aproximar da teoria das ondas de rádio.

Onda de rádio
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O comprimento de onda (λ) é a distância entre cristas adjacentes das ondas.

A amplitude (a) é o desvio máximo do valor médio com o movimento oscilatório.

Período (t) - tempo de um movimento oscilatório completo

Freqüência (v) - o número de períodos totais por segundo

Há uma fórmula que permite determinar o comprimento de onda em frequência:

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Onde: o comprimento de onda (m) é igual à relação da velocidade da luz (km / h) para a frequência (KHZ)

"VHF", "DV", "SV"

Ondas super longas - v = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).

Eles têm a propriedade para penetrar na espessura da água a 20 m e em conexão com isso são usadas para se comunicar com submarinos, e o barco não é necessário para aparecer a esta profundidade, basta jogar a bóia de rádio para este nível.

Essas ondas podem se espalhar até a borda da terra, a distância entre a superfície da Terra e a ionosfera, representa o "guia de ondas" para eles, ao longo da qual eles diferem livremente. Ondas longas (DV) v = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).

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Este tipo de onda de rádio tem as propriedades para superar os obstáculos, é usada para se comunicar em longas distâncias. Também tem uma habilidade penetrante fraca, por isso, se você não tiver uma antena remota, dificilmente pode pegar qualquer estação de rádio. Ondas médias (SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).

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Essas ondas de rádio são bem refletidas da ionosfera, localizada a uma distância de 100-450 km acima da superfície da terra. A possibilidade dessas ondas é que durante o dia em que são absorvidas pela ionosfera e o efeito de reflexão não ocorre. Este efeito é usado praticamente para comunicação, geralmente várias centenas de quilômetros à noite. Ondas curtas (Kv) v = 3-30 MHz (λ = 100-10 m).

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Como ondas médias, eles são bem refletidos da ionosfera, mas em contraste com eles, independentemente da hora do dia. Eles podem ser distribuídos por longas distâncias (vários milhares de km) devido às reflexões da ionosfera e da superfície da Terra, essa distribuição é chamada Skachkov. Transmissores de energia leve para isso não é necessário. Ondas UltraShort. (VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m).

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Essas ondas podem ultrapassar os obstáculos em um tamanho de vários metros e também têm uma boa capacidade penetrante. Devido a essas propriedades, esse intervalo é amplamente utilizado para rádio de transmissão. A desvantagem é a sua atenuação relativamente rápida quando se encontra com obstáculos.

Há uma fórmula que permite calcular o intervalo de comunicação na faixa de VHF:

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Assim, por exemplo, quando a rádio transmite com o ataque de TV Ostankino, uma altura de 500 m em uma antena receptora com uma altura de 10 m, uma distância de comunicação sob a condição de visibilidade direta será de cerca de 100 km. Altas frequências (faixa de HF Santimeter) V = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).

Não envolva os obstáculos e tenha uma boa capacidade de penetração. Usado em redes celulares e redes Wi-Fi.

Outra característica interessante das ondas dessa faixa é que as moléculas de água são capazes de absorver sua energia, tanto quanto possível e transformá-la em térmica. Este efeito é usado em fornos de microondas.

Como você pode ver, equipamentos Wi-Fi e fornos de microondas operam no mesmo intervalo e podem afetar a água, então dormir em um abraço com um roteador Wi-Fi não vale muito tempo. Freqüências Extremamente Altas (Faixa de EHF-milímetro) V = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).

Refletido por quase todos os obstáculos, penetram livremente pela ionosfera. À custa de suas propriedades são usadas na comunicação espacial.

Am - FM.

Muitas vezes, os dispositivos de recebimento têm as posições dos comutadores AM-FM, o que é: SOU. - modulação de amplitude

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Esta mudança na amplitude da freqüência de transportadora sob a ação das oscilações de codificação, por exemplo, a voz do microfone.

Sou o primeiro tipo de modulação inventada pelo homem. Das desvantagens, bem como qualquer tipo analógico de modulação, tem imunidade de baixo ruído. Fm. - modulação de frequência

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Esta é uma mudança na frequência de transportadora sob a influência de oscilações de codificação.

Embora, este também é um tipo de modulação analógica, mas tem uma imunidade de ruído mais alto que AM e, portanto, é amplamente utilizado no som das transmissões de TV e na transmissão da VHF.

De fato, há subespécies nas espécies de modulação descritas, mas sua descrição não está incluída no material deste artigo.

Mais termos.

Interferência - Como resultado de reflexões de ondas de vários obstáculos, as ondas dobram. No caso de adição nas mesmas fases, a amplitude da onda inicial pode aumentar, ao adicionar as fases opostas, a amplitude pode diminuir até zero.

Este fenômeno é principalmente manifestado ao receber o sinal VHF CM e TV.

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Portanto, por exemplo, dentro da sala, a qualidade da recepção no quarto Antenna TV fortemente "flutuadores". Difração - O fenômeno que ocorre quando uma onda de rádio é encontrada com obstáculos, como resultado da qual a onda pode alterar a amplitude, a fase e a direção.

Esse fenômeno explica a conexão no KV e SV através da ionosfera, quando a onda é refletida de várias inomogenárias e partículas carregadas e, assim, altera a direção da distribuição.

O mesmo fenômeno explica a capacidade das ondas de rádio para se propagar sem visibilidade direta, a superfície rica da terra. Para isso, o comprimento de onda deve se optar ao obstáculo.

PS:

Espero que a informação descrita por mim seja útil e trará alguma compreensão sobre este tópico.

Onda: longitudinal e transversal

Vamos começar com isso aceno - Esta é a propagação da oscilação no espaço.

Ondas são Mecânico e eletromagnético.

Ondas mecânicas - Estas são aquelas ondas cujas oscilações podem ser sentidas fisicamente porque elas Estabelecido em um ambiente elástico.

  • Por exemplo, som. Quando o som se aplica dentro de uma substância, podemos sentir com o toque.

Imagine que você está de pé nas faixas ferroviárias. Não, você não é Anna Karenina, você é um experimentador.

Se o trem estiver se aproximando de você, você vai ouvi-lo mais cedo ou mais tarde. Em vez disso, ouça assim que Onda de som a uma velocidade 𝑣 = 330 m / s vai alcançar seus ouvidos.

Se você anexar uma orelha ao trilho, isso acontecerá muito mais rápido, porque a velocidade do som no sólido é maior do que no ar. By the way, sob a água a velocidade do som é maior do que no ar, mas menos do que em sólidos.

Se você já tocou na coluna musical, sabe que o som é sentido e toca.

Ondas eletromagnéticas - Estas são as ondas que não podemos tocar.

  • Por exemplo, ondas de rádio, wi-fi e luz.

Para eles, todas as mesmas leis funcionam, simplesmente a velocidade deles é significativamente maior e igual a Velocidade de luz 𝑣 = 3 * 10 ^ 8 m / s . E eles têm fontes diferentes.

As ondas também são feitas para dividir em longitudinal e transversal:

Ondas longitudinais e transversais

Longitian. - Estas são aquelas ondas em que a oscilação ocorre ao longo da direção da propagação de ondas.

  • Shakes do vento durante o trovão ou ondas sísmicas (terremotos) são um exemplo de ondas longitudinais.

Transversal - Ondas, cuja oscilação ocorre em toda a direção da propagação de ondas.

  • Imagine que você lançou uma onda de pessoas no estádio - será transversal.
  • Luz visível e string de guitarra estremecendo também são ondas transversais.

Onda do mar - longitudinal ou transversal?

Na verdade, tem um componente longitudinal e transversal, portanto, não pode ser atribuído a um tipo específico.

Comprimento de onda: definição e cálculo

Claro, qualquer onda tem características. Uma dessas características é Comprimento de onda.

Comprimento de onda É chamado a distância entre os dois pontos dessa onda, flutuando na mesma fase. Se for mais simples, então esta é a distância entre as duas "cristas".

Mais Comprimento de onda Você pode chamar a distância percorrida pela onda, em um período de oscilação.

Período - Este é o momento para o qual ocorre uma oscilação. Ou seja, se o tempo receber a propagação da onda e o número de oscilações, você pode calcular o período.

Fórmula de oscilação da onda

T = t / n

T - Período [s]

T - Tempo [C]

N - o número de oscilações [-]

Comunicação na velocidade

Para remover a fórmula de velocidade através do comprimento de onda, é necessário recordar a fórmula de taxa da cinemática - esta é uma seção de física em que o movimento de corpos sem levar em conta a influência externa).

Fórmula de velocidade.

𝑣 = s / t

𝑣 - velocidade [m / s]

S - caminho [m]

T - Tempo [C]

Virando-se para as ondas, você pode gastar as seguintes analogias:

  • maneira - comprimento de onda
  • Período de tempo

E por velocidade, até mesmo a analogia não é necessária - velocidade e velocidade da África.

Onda de velocidade de fórmula

𝑣 = λ / t

𝑣 - velocidade [m / s]

λ - comprimento de onda [m]

T - Período [s]

Problema

O barco faz hesitação nas ondas. Para 40 s ela fez 10 oscilações. Qual é a velocidade da propagação da onda, se a distância entre as cristas de ondas adjacentes é de 1 m?

Solução:

  1. Tome a fórmula de velocidade:
  2. 𝑣 = λ / t

  3. Conhecemos o comprimento de onda, mas não dado um período. O período é calculado pela fórmula:
  4. T = t / n

    T = 40/10 = 4 s

  5. Agora nós substituímos os valores na fórmula
  6. 𝑣 = λ / t

    𝑣 = ¼ = 0,25 m / s

Resposta: 𝑣 = 0,25 m / s

Ressonância

Se é alto falar em um quarto com uma guitarra - você pode ouvir como o fantasma começou a brincar. De fato, a frequência da corda coincidiu com a frequência da voz e originou ressonância.

No gráfico abaixo você pode ver o que Alguma frequência A amplitude aumenta dramaticamente. Esta frequência é chamada frequência de ressonância.

Frequência de ressonância

Frequência - Este é o valor, período inverso. Isso mostra, a que horas uma oscilação ocorre.

Fórmula de frequência

ν = n / t

ν - Frequência [Hz]

T - Tempo [C]

N - o número de oscilações [-]

No mundo há muitas histórias sobre como os soldados entraram no pé na ponte, ele caiu na ressonância e todo mundo caiu. E aqui está outra história sobre hidrólitos - como eles dizem, primeiro fim

A equipe de hidrólitos - especialistas nas águas internas - trabalhou em Altai e estudou o rio local. Uma ponte de corda foi esticada no rio, e o guincho estava de pé no centro da ponte, o que ajuda a levantar a amostra de água do rio, não indo para isso.

Em um dos dias da expedição, um vento forte, quase tempestuoso, começou. Os pesquisadores trabalharam na ponte, e quando eles perceberam que não era seguro estar em uma estrutura de corda em um vento tão forte, começou a deixá-lo. Assim que a última pessoa da equipe fez um passo de uma ponte para o chão, a ponte junto com o guincho foi gerada em uma pitada. Isso aconteceu devido ao fato de que a frequência do vento coincidiu com sua própria frequência da ponte balançando. É bom que a história terminasse assim.

O comprimento de onda é a distância entre dois picos consecutivos (cumes) ou depressões. A posição mais alta da onda é chamada de pico. A posição mais baixa da onda é chamada de depressão.

O ciclo é uma oscilação completa, por exemplo, uma curva entre dois cumes ou duas depressões. A distância máxima de onda da posição de equilíbrio é chamada de amplitude.

A figura mostra os principais parâmetros de onda usados ​​na física:

Parâmetros de onda

Definição e fórmula de comprimento de onda

Uma onda é uma perturbação que se espalha do ponto em que se originou para o meio ambiente. Tal perturbação transfere energia sem transferência de substâncias pura.

Ondas mecânicas

O comprimento é a distância real percorrida por uma onda, o que nem sempre coincide com a distância do meio ou partículas em que a onda é distribuída. Também é definido como um período de processo de onda espacial.

Letra grega "λ" (lambda) na física é usada para designar o comprimento Em equações. É inversamente proporcional à frequência da onda.

Comprimento de onda

O período T é o tempo de conclusão da flutuação completa, uma unidade de medição de um segundo (s).

Uma longa onda corresponde a uma baixa frequência e a curto - alta. O comprimento é medido em metros. O número de ondas emitido em cada segundo é chamado de frequência e inversamente proporcional ao período.

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Comprimentos diferentes têm uma taxa de distribuição diferente. Por exemplo, a velocidade da luz na água é 3/4 da velocidade in vácuo.

O período espacial da onda é a distância que o ponto com a fase permanente "voa" ao longo do intervalo de tempo correspondente ao período de oscilações.

Onda de frequência

Frequência F - O número de flutuações completas por unidade de tempo. Medido em hertz (Hz).

Com uma oscilação completa por segundo f = 1 hz; a 1000 oscilações por segundo f = 1 quilohertz (KHZ); 1 milhão de oscilações por segundo f = 1 megahertz (1 MHz).

Saber que a velocidade da luz no vácuo com 300.000 km / s, ou 300.000.000 m / s, então para traduzir o comprimento de onda na frequência que você precisa de 3 x 10 8M / s dividido em comprimento em metros.

Unidades de medição de comprimento de onda λ - nanômetros e angstroms Onde o nanômetro é um bilionário parte do medidor (1 m = 109 nm) e angstraoma é uma parte de dez bilhões do medidor (1 m = 1010 a), isto é, um nanômetro é equivalente a 10 angstrom (1 nm = 10 a).

Espectro óptico

A luz que vem do sol é radiação eletromagnética, que se move a uma velocidade de 300.000 km / s, mas o comprimento não é o mesmo para qualquer fóton, mas varia entre 400 nm e 700 nm. O comprimento de onda leve afeta a cor.

A luz branca decompõe-se no espectro de diferentes listras coloridas, cada uma das quais é determinada pelo seu comprimento de onda. Assim, a luz com o menor comprimento é roxo, que é de cerca de 400 nm, e a luz com o maior comprimento é vermelho, que é de cerca de 700 nm.

A tabela mostra o comprimento de onda dependendo da cor:

Comprimento de onda

A radiação com menos roxo é chamada de radiação ultravioleta, raios X e raios gama na ordem reduzida. Radiação mais vermelha é chamada de infravermelho, microondas e ondas de rádio, em ordem crescente.

A faixa limite de comunicação depende do comprimento. As dimensões da antena geralmente excedem o comprimento de trabalho do agente eletrônico de rádio.

O desenho mostra o comprimento de onda e a frequência (NM), emanando de várias fontes:

Comprimento de onda

Exemplos de cálculo de comprimentos de onda para som, eletromagnéticos e ondas de rádio

Tarefa número 1.

Velocidade de velocidade na água 1450 m / s. A que distância são os pontos mais próximos que realizam oscilações em fases opostas, se a frequência de oscilação for 725 Hz?

707.

Tarefa número 2.

Passado o observador estacionário em pé na costa do lago por 6 s. 4 crista da onda passada. A distância entre as primeiras e terceiras cristas é de 12 m. Determine o período de oscilação das partículas de onda, a taxa de propagação e o comprimento de onda.

708.

Número de tarefa 3.

As ligamentos de voz do cantor cantando tenor (alta voz masculina) flutuam com uma frequência de 130 a 520 Hz. Determine o comprimento máximo e mínimo da onda sonora irradiada no ar. Velocidade de som no ar 330 m / s.

708.


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