La vague est une perturbation qui transfère énergie à travers le milieu ou l'espace avec un transfert de masse négligeable ou nul. Il existe différents types de vagues qui rendent de nombreux types de services différents. Ondes électromagnétiques sont largement utilisés dans applications d'ingénierie . Nous utilisons des formes d'onde dans divers types d'applications telles que le sans fil la communication , Radar, Exploration de l'espace , Marine, Radionavigation, Télédétection etc… Parmi ces applications, certaines utilisent le milieu guidé pour l'envoi d'ondes tandis que d'autres utilisent le milieu non guidé. Dans cet article, nous saurions comment les propriétés du milieu affectent la propagation des ondes et les différentes manières dont une onde se propage.
Qu'est-ce que la propagation des vagues? - Définition
Les ondes électromagnétiques sont générées par la puissance rayonnée du courant porteur chauffeur . Dans les conducteurs, une partie du puissance générée s'échappe et se propage dans l'espace libre sous la forme de Onde électromagnétique , qui a un champ électrique variable dans le temps, un champ magnétique et une direction de propagation orthogonaux les uns par rapport aux autres.
Rayonné d'un émetteur isotrope, ces ondes voyagent à travers différents chemins pour atteindre le récepteur. Le chemin emprunté par l'onde pour se déplacer depuis l'émetteur et atteindre le récepteur est appelé Propagation des ondes.
Propagation électromagnétique (EM) ou radio
Quand le radiateur isotrope est utilisé pour transmission des ondes EM, nous obtenons des fronts d'onde sphériques comme le montre la figure car il rayonne les ondes EM uniformément et également dans toutes les directions. Ici le centre de la sphère est le radiateur tandis que le rayon de la sphère est R. Clairement, tous les points à la distance R, situés à la surface de la sphère ont des densités de puissance égales.
Front d'onde sphérique
Les ondes E voyagent dans l'espace libre avec la vitesse de la lumière. c = mais EM les vagues traversent un autre milieu dont la vitesse diminue. La vitesse des ondes EM dans tout milieu autre que l'espace libre est donnée par, 
où c est la vitesse de la lumière et la permittivité relative du milieu.
Les ondes EM transmettent de l'énergie par absorption et réémission de l'énergie des vagues par les atomes du milieu. Les atomes absorbent l'énergie des vagues, subissent des vibrations et la transmettent par réémission d'EM de même fréquence. La densité optique du milieu affecte la propagation des ondes électromagnétiques.
Équation de propagation des vagues
Les vagues empruntent de nombreux itinéraires pour atteindre le récepteur. De nombreux paramètres décident du chemin emprunté par l'onde comme les hauteurs d'émission et de réception antennes , l'angle de lancement à l'extrémité émettrice, la fréquence de fonctionnement polarisation etc…
De nombreuses propriétés des ondes sont modifiées au cours de la propagation telles que la réflexion, la réfraction, la diffraction, etc. en raison de la variation des paramètres des milieux de propagation tels que la conductivité, la permittivité, la perméabilité et les caractéristiques des objets obstruant.
Généralement, lorsque la puissance est rayonnée dans l'espace libre, l'énergie des vagues peut être rayonnée ou absorbée par les objets dans le milieu. Ainsi, lors de la transmission d'une onde à travers un milieu, il est essentiel de calculer la perte qui peut être causée à l'onde. Cette perte s'appelle Perte de transmission radio , qui est basé sur loi carrée inverse de l'optique et est calculé comme le rapport de la puissance rayonnée à la puissance reçue.
Circuit radio Friis Free Space
Comme nous savons que lorsqu'un émetteur isotrope est utilisé, la puissance est répartie de manière égale, la puissance moyenne peut être exprimée en termes de puissance rayonnée comme,
La directivité d'une antenne de test est donnée par
Supposons que l'antenne réceptrice reçoive toute la puissance générée par les ondes radio sans aucune perte. Soit la puissance maximale reçue par l'antenne du récepteur dans une condition de charge adaptée. Quand est l'ouverture effective de l'antenne de réception, nous pouvons écrire comme,
En général, la directivité et l'efficacité ouverture la zone pour toute antenne est liée comme
Soit la directivité de l'antenne réceptrice. Puis,
En substituant la valeur de (3), nous obtenons,
Cette équation est connue sous le nom d'équation fondamentale de la propagation en espace libre, également appelée Frais équation d'espace libre. Le facteur ( λ / 4πr)deux est appelée perte de trajet en espace libre qui indique la perte du signal. La perte de chemin peut être exprimée comme
Nous pouvons exprimer l'équation (6) en dB comme suit:
La puissance reçue peut être exprimée comme
Qui, en simplification, est donné comme suit:
Ici, la distance r est exprimée en kilomètre tandis que la fréquence f est exprimée en MHz . Cela indique une perte due à la propagation des vagues qui se produit lorsqu'elle se propage hors de la source.
Types de propagation des vagues
Les ondes électromagnétiques ou la propagation des ondes radio, traversant l'environnement terrestre dépendent non seulement de leurs propriétés mais aussi des propriétés de l'environnement. Il existe différents chemins de propagation par lesquels les ondes émises peuvent atteindre le récepteur. Tous ces modes dépendent de la fréquence de fonctionnement, de la distance entre l'émetteur et le récepteur etc…
Propagation des ondes
- Les ondes qui se propagent près de la surface de la terre sont appelées VAGUES DE TERRE. Ce type de propagation est possible lorsque l’antenne d’émission et de réception sont toutes deux proches de la surface de la Terre.
- Les ondes de sol qui voyagent sans aucune réflexion sont appelées ondes directes ou ondes spatiales.
- Les ondes de sol qui se propagent à l’antenne réceptrice par la réflexion de la surface de la terre sont appelées ondes réfléchies au sol ou ondes de surface.
- Les ondes qui atteignent l'antenne de réception en raison de la diffusion et de la réflexion par ionisation dans la haute atmosphère sont appelées Skywaves.
- Les ondes réfléchies ou diffusées dans la troposphère avant d'atteindre l'antenne sont appelées ondes de troposphère.
Propagation des ondes de sol ou des ondes de surface
Une onde de sol parcourt la surface de la terre. Ces ondes sont polarisées verticalement. Ainsi, les antennes verticales sont utiles pour ces ondes. Si une onde polarisée horizontalement se propage sous forme d'onde de terre, en raison de la conductivité de la terre, le champ électrique de l'onde est court-circuité.
Au fur et à mesure que l'onde de sol s'éloigne de l'antenne émettrice, elle est atténuée. Pour minimiser cette perte, le chemin de transmission doit être au-dessus du sol avec une conductivité élevée. En ce qui concerne cette condition, l'eau de mer devrait être le meilleur conducteur mais il a été observé que le stockage important de l'eau dans les étangs, les sols sableux ou rocheux présente des pertes maximales.
Par conséquent, les émetteurs basse fréquence de forte puissance, utilisant des propagations d'ondes de sol, sont de préférence situés sur les fronts océaniques. Les pertes au sol augmentant rapidement avec la fréquence, cette propagation n'est pratiquement utilisée que pour les signaux jusqu'à la fréquence 2 MHz.
Pour la diffusion en ondes moyennes, bien que les ondes de sol soient préférées, une certaine énergie est transmise à l'ionosphère. Mais pendant la journée, l'énergie est complètement absorbée par l'ionosphère et pendant la nuit, l'ionosphère renvoie l'énergie vers la Terre. Ainsi, tous les signaux de diffusion reçus pendant la journée sont uniquement dus aux ondes de sol.
La portée maximale de propagation des ondes de sol dépend non seulement de la fréquence mais également de la puissance de l'émetteur. Lorsque les ondes du sol passent à la surface de la terre, elles sont également appelées ondes de surface.
Propagation SkyWave
Toutes les longues communications radio de moyennes et hautes fréquences sont effectuées en utilisant la propagation des ondes célestes. Dans ce mode, la réflexion des ondes électromagnétiques de la région ionisée dans la partie supérieure de l'atmosphère terrestre est utilisée pour la transmission des ondes sur de plus longues distances.
Cette partie de l'atmosphère est appelée ionosphère qui se situe à environ 70 à 400 km d'altitude. L’ionosphère renvoie les ondes électromagnétiques si la fréquence est comprise entre 2 et 30 MHz. Par conséquent, ce mode de propagation est également appelé propagation des ondes courtes.
Il est possible d'utiliser une communication point à point par propagation des ondes du ciel sur de longues distances. Avec les multiples réflexions des ondes du ciel, une communication globale sur des distances extrêmement longues est possible.
Mais un inconvénient est que le signal reçu au niveau du récepteur s'est évanoui en raison d'un grand nombre d'ondes suivant un grand nombre de trajets différents pour atteindre le point de réception.
Propagation des ondes spatiales
Lorsque nous avons affaire à des ondes électromagnétiques de fréquences comprises entre 30 MHz et 300 MHz, la propagation des ondes spatiales est utile. Voici les propriétés de Troposphère sont utilisés pour la transmission.
Lorsqu'elle fonctionne en mode de propagation d'onde spatiale, l'onde atteint l'antenne de réception directement depuis l'émetteur ou après réflexion de la troposphère qui est présente à environ 16 km au-dessus de la surface de la terre. Par conséquent, le mode d'onde spatiale se compose de deux Composants .c'est à dire. onde directe et vague indirecte .
Bien que ces composants soient transmis en même temps avec la même phase, ils peuvent atteindre dans la phase ou déphasés les uns avec les autres à l'extrémité du récepteur en fonction des différentes longueurs de trajet. Ainsi, au niveau du récepteur, la force du signal est la somme vectorielle des forces des ondes directes et indirectes.
L'espace propagation des ondes Le mode est utilisé pour la propagation de très hautes fréquences.
Laquelle de la propagation est utilisée pour la diffusion sur ondes courtes
La diffusion en ondes courtes a généralement lieu dans la gamme de fréquences de 1,7 à 30 MHz. Comme nous l'avons vu ci-dessus, les fréquences de cette gamme se propagent via le mode de propagation Skywave.
En fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde, les ondes électromagnétiques produisent différentes affectées dans divers matériaux et appareils. Par conséquent, les différentes parties du spectre électromagnétique sont utilisés pour diverses applications. Laquelle de la propagation des ondes vous intrigue? Application du mode de propagation que vous trouvez difficile.
