Apa itu Propagasi Gelombang? Definisi, Persamaan, dan Jenisnya
Gelombang adalah gangguan yang mentransfer energi melalui media atau ruang dengan jumlah transfer massa yang dapat diabaikan atau tidak ada. Ada berbagai jenis gelombang yang membuat berbagai jenis layanan. Gelombang elektromagnetik banyak digunakan dalam aplikasi teknik.
Kami menggunakan bentuk gelombang dalam berbagai jenis aplikasi seperti komunikasi nirkabel, Radar, Eksplorasi Ruang Angkasa, Navigasi radio, Navigasi jarak jauh dll. Di antara aplikasi ini, beberapa menggunakan media media untuk mengirim gelombang sedangkan beberapa menggunakan media terarah.
Pada artikel ini, kita akan tahu bagaimana sifat media mempengaruhi perambatan gelombang dan berbagai cara perambatan gelombang.
Dipancarkan dari pemancar isotropik, gelombang ini bergerak melalui jalur yang berbeda untuk mencapai penerima. Jalur yang diambil oleh gelombang untuk melakukan perjalanan dari pemancar dan mencapai penerima dikenal sebagai Propagasi Gelombang.
Gelombang E bergerak di ruang bebas dengan kecepatan cahaya yaitu c = Tapi gelombang EM bergerak melalui media lain kecepatan berkurang. Kecepatan gelombang EM dalam media apa pun selain ruang bebas diberikan oleh,
di mana c adalah kecepatan cahaya dan relatif relatif dari media.
Gelombang EM mentransmisikan energi dengan penyerapan dan emisi ulang energi gelombang oleh atom-atom dalam media. Atom-atom menyerap energi gelombang, mengalami getaran dan melewatkan energi dengan emisi ulang EM dari frekuensi yang sama. Kepadatan optik media mempengaruhi perambatan gelombang EM.
Banyak sifat gelombang yang dimodifikasi selama propagasi seperti refleksi, refraksi, difraksi dll. karena variasi parameter media propagasi seperti konduktivitas, permitivitas, permeabilitas, dan karakteristik objek yang menghalangi.
Secara umum, ketika daya dipancarkan di ruang bebas, energi gelombang dapat dipancarkan atau diserap oleh benda-benda dalam media. Jadi saat mentransmisikan gelombang melalui media, penting untuk menghitung kerugian yang dapat disebabkan oleh gelombang.
Kerugian ini disebut kerugian transmisi radio, yang didasarkan pada hukum kuadrat optik terbalik dan dihitung sebagai rasio daya yang dipancarkan terhadap daya yang diterima.
Seperti yang kita ketahui bahwa ketika pemancar isotropik digunakan, daya didistribusikan secara merata, daya rata-rata dapat dinyatakan dalam bentuk daya radiasi seperti,
Arahan antena uji diberikan oleh
Asumsikan bahwa antena penerima menerima semua daya yang dihasilkan dari gelombang radio tanpa kehilangan apapun. Membiarkan menjadi daya maksimum yang diterima oleh antena penerima di bawah kondisi beban yang cocok. Kapan bukaan efektif antena penerima, kita dapat menulis sebagai,
Secara umum, direktifitas dan area bukaan efektif untuk antena apa pun terkait sebagai
Membiarkan menjadi direktifitas dari antena penerima. Kemudian,
Mengganti nilai dalam (3) yang kita dapatkan,
Persamaan ini dikenal sebagai Persamaan Fundamental untuk Propagasi ruang bebas, juga dikenal sebagai persamaan ruang bebas Friss. Faktor ( λ / 4πr) 2 disebut kehilangan jalur ruang bebas yang menunjukkan hilangnya sinyal. Kehilangan jalur dapat dinyatakan sebagai
Kita dapat menyatakan persamaan (6) dalam dB sebagai,
Daya yang diterima dapat dinyatakan sebagai
Yang, pada penyederhanaan diberikan sebagai,
Di sini jarak r dinyatakan dalam kilometer sementara frekuensi f dinyatakan dalam MHz. Ini menunjukkan kerugian akibat penyebaran gelombang yang terjadi ketika merambat keluar dari sumber.
Saat gelombang tanah bergerak menjauh dari antena pemancar, gelombang itu akan dilemahkan. Untuk meminimalkan kehilangan ini jalur transmisi harus melalui tanah dengan konduktivitas tinggi. Sehubungan dengan kondisi ini, air laut harus menjadi konduktor terbaik tetapi diamati bahwa penyimpanan besar air di kolam, tanah berpasir atau berbatu menunjukkan kerugian maksimum.
Oleh karena itu, pemancar frekuensi rendah daya tinggi, menggunakan propagasi gelombang tanah, lebih disukai terletak di bagian depan lautan. Karena ground loss meningkat dengan cepat dengan frekuensi, propagasi ini digunakan secara praktis untuk sinyal hingga frekuensi 2 MHz saja.
Untuk siaran gelombang menengah meskipun gelombang tanah lebih disukai, sebagian energi ditransmisikan ke ionosfer. Tetapi pada siang hari energi sepenuhnya diserap oleh ionosfer dan pada malam hari ionosfer mencerminkan energi kembali ke bumi. Jadi semua sinyal siaran yang diterima pada siang hari hanya disebabkan oleh ground wave saja.
Kisaran maksimum perambatan gelombang ground tidak hanya tergantung pada frekuensi tetapi juga pada kekuatan pemancar. Ketika gelombang ground melewati permukaan bumi, mereka juga disebut gelombang permukaan.
Bagian atmosfer ini disebut ionosfer yang tingginya sekitar 70-400 km. Ionosfer memantulkan kembali gelombang EM jika frekuensinya antara 2 hingga 30 MHz. Oleh karena itu, mode propagasi ini juga disebut propagasi gelombang pendek.
Menggunakan titik rambat skywave untuk komunikasi titik jarak jauh adalah mungkin. Dengan beberapa refleksi skywave, komunikasi global jarak yang sangat jauh adalah mungkin.
Tetapi kekurangannya adalah bahwa sinyal yang diterima di penerima telah memudar karena sejumlah besar gelombang mengikuti sejumlah besar jalur yang berbeda untuk mencapai titik penerima.
Ketika beroperasi dalam mode perambatan gelombang ruang, gelombang mencapai antena penerima langsung dari pemancar atau setelah refleksi dari troposfer yang berada sekitar 16 km di atas permukaan bumi. Oleh karena itu mode gelombang space terdiri dari dua komponen Yaitu gelombang langsung dan gelombang tidak langsung.
Meskipun komponen-komponen ini ditransmisikan pada saat yang sama dengan fase yang sama mereka dapat mencapai dalam fase atau keluar fase satu sama lain di ujung penerima tergantung pada panjang lintasan yang berbeda. Jadi, pada sisi sinyal, kekuatan sinyal adalah jumlah vektor dari kekuatan gelombang langsung dan tidak langsung.
Mode propagasi gelombang ruang digunakan untuk propagasi frekuensi yang sangat tinggi.
Bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang, gelombang elektromagnetik menghasilkan pengaruh berbeda pada berbagai bahan dan perangkat. Oleh karena itu, berbagai bagian spektrum elektromagnetik digunakan untuk berbagai aplikasi.
Manakah dari perambatan gelombang yang membuat Anda tertarik? Aplikasi mana dari mode propagasi yang Anda temukan menantang.
Kami menggunakan bentuk gelombang dalam berbagai jenis aplikasi seperti komunikasi nirkabel, Radar, Eksplorasi Ruang Angkasa, Navigasi radio, Navigasi jarak jauh dll. Di antara aplikasi ini, beberapa menggunakan media media untuk mengirim gelombang sedangkan beberapa menggunakan media terarah.
Pada artikel ini, kita akan tahu bagaimana sifat media mempengaruhi perambatan gelombang dan berbagai cara perambatan gelombang.
Apa itu Propagasi Gelombang? - Definisi
Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh daya yang dipancarkan dari konduktor pembawa arus. Dalam konduktor, bagian dari daya yang dihasilkan lolos dan merambat ke ruang bebas dalam bentuk gelombang Elektromagnetik, yang memiliki medan listrik, medan magnet, dan arah rambat ortogonal yang bervariasi satu sama lain.Dipancarkan dari pemancar isotropik, gelombang ini bergerak melalui jalur yang berbeda untuk mencapai penerima. Jalur yang diambil oleh gelombang untuk melakukan perjalanan dari pemancar dan mencapai penerima dikenal sebagai Propagasi Gelombang.
Propagasi Gelombang Radio atau Elektromagnetik (EM)
Ketika radiator isotropik digunakan untuk transmisi gelombang EM kita mendapatkan muka gelombang bola seperti yang ditunjukkan pada gambar karena memancarkan gelombang EM secara seragam dan merata di semua arah. Di sini pusat bola adalah radiator sedangkan jari-jari bola adalah R. Jelas, semua titik pada jarak R, terletak di permukaan bola memiliki kepadatan daya yang sama.Gelombang E bergerak di ruang bebas dengan kecepatan cahaya yaitu c = Tapi gelombang EM bergerak melalui media lain kecepatan berkurang. Kecepatan gelombang EM dalam media apa pun selain ruang bebas diberikan oleh,
di mana c adalah kecepatan cahaya dan relatif relatif dari media.
Gelombang EM mentransmisikan energi dengan penyerapan dan emisi ulang energi gelombang oleh atom-atom dalam media. Atom-atom menyerap energi gelombang, mengalami getaran dan melewatkan energi dengan emisi ulang EM dari frekuensi yang sama. Kepadatan optik media mempengaruhi perambatan gelombang EM.
Persamaan Propagasi Gelombang
Gelombang mengambil banyak rute dalam perjalanan mereka untuk mencapai penerima. Banyak parameter menentukan jalur yang diambil oleh gelombang seperti ketinggian antena pemancar dan penerima, sudut peluncuran di ujung transmisi, frekuensi polarisasi operasi dll.Banyak sifat gelombang yang dimodifikasi selama propagasi seperti refleksi, refraksi, difraksi dll. karena variasi parameter media propagasi seperti konduktivitas, permitivitas, permeabilitas, dan karakteristik objek yang menghalangi.
Secara umum, ketika daya dipancarkan di ruang bebas, energi gelombang dapat dipancarkan atau diserap oleh benda-benda dalam media. Jadi saat mentransmisikan gelombang melalui media, penting untuk menghitung kerugian yang dapat disebabkan oleh gelombang.
Kerugian ini disebut kerugian transmisi radio, yang didasarkan pada hukum kuadrat optik terbalik dan dihitung sebagai rasio daya yang dipancarkan terhadap daya yang diterima.
Seperti yang kita ketahui bahwa ketika pemancar isotropik digunakan, daya didistribusikan secara merata, daya rata-rata dapat dinyatakan dalam bentuk daya radiasi seperti,
Arahan antena uji diberikan oleh
Asumsikan bahwa antena penerima menerima semua daya yang dihasilkan dari gelombang radio tanpa kehilangan apapun. Membiarkan menjadi daya maksimum yang diterima oleh antena penerima di bawah kondisi beban yang cocok. Kapan bukaan efektif antena penerima, kita dapat menulis sebagai,
Secara umum, direktifitas dan area bukaan efektif untuk antena apa pun terkait sebagai
Membiarkan menjadi direktifitas dari antena penerima. Kemudian,
Mengganti nilai dalam (3) yang kita dapatkan,
Persamaan ini dikenal sebagai Persamaan Fundamental untuk Propagasi ruang bebas, juga dikenal sebagai persamaan ruang bebas Friss. Faktor ( λ / 4πr) 2 disebut kehilangan jalur ruang bebas yang menunjukkan hilangnya sinyal. Kehilangan jalur dapat dinyatakan sebagai
Kita dapat menyatakan persamaan (6) dalam dB sebagai,
Daya yang diterima dapat dinyatakan sebagai
Yang, pada penyederhanaan diberikan sebagai,
Di sini jarak r dinyatakan dalam kilometer sementara frekuensi f dinyatakan dalam MHz. Ini menunjukkan kerugian akibat penyebaran gelombang yang terjadi ketika merambat keluar dari sumber.
Jenis-jenis Propagasi Gelombang
Gelombang elektromagnetik atau perambatan gelombang radio, yang melewati lingkungan bumi tidak hanya bergantung pada sifat-sifat itu sendiri tetapi juga pada sifat-sifat lingkungan. Ada beberapa jalur propagasi dimana gelombang yang ditransmisikan dapat mencapai penerima. Semua mode ini tergantung pada frekuensi operasi, jarak antara pemancar dan penerima dll.- Gelombang yang merambat di dekat permukaan bumi disebut GELOMBANG TANAH (ground). Jenis propagasi ini dimungkinkan ketika antena pengirim dan penerima keduanya tertutup ke permukaan bumi.
- Gelombang tanah yang bergerak tanpa refleksi disebut gelombang Langsung atau Gelombang luar angkasa.
- Gelombang tanah yang merambat ke antena penerima melalui pantulan dari permukaan bumi disebut gelombang Ground Reflected atau gelombang Permukaan.
- Gelombang yang mencapai antena penerima karena hamburan dan refleksi oleh ionisasi di atmosfer atas disebut Skywaves.
- Gelombang yang dipantulkan atau tersebar di troposfer sebelum mencapai antena disebut gelombang troposfer.
Gelombang Tanah (ground wave) atau Propagasi Gelombang Permukaan
Gelombang tanah bergerak di sepanjang permukaan bumi. Gelombang-gelombang ini terpolarisasi secara vertikal. Jadi, antena vertikal berguna untuk gelombang ini. Jika gelombang terpolarisasi horizontal disebarkan sebagai gelombang tanah, karena konduktivitas bumi, medan listrik gelombang mengalami konsleting.Saat gelombang tanah bergerak menjauh dari antena pemancar, gelombang itu akan dilemahkan. Untuk meminimalkan kehilangan ini jalur transmisi harus melalui tanah dengan konduktivitas tinggi. Sehubungan dengan kondisi ini, air laut harus menjadi konduktor terbaik tetapi diamati bahwa penyimpanan besar air di kolam, tanah berpasir atau berbatu menunjukkan kerugian maksimum.
Oleh karena itu, pemancar frekuensi rendah daya tinggi, menggunakan propagasi gelombang tanah, lebih disukai terletak di bagian depan lautan. Karena ground loss meningkat dengan cepat dengan frekuensi, propagasi ini digunakan secara praktis untuk sinyal hingga frekuensi 2 MHz saja.
Untuk siaran gelombang menengah meskipun gelombang tanah lebih disukai, sebagian energi ditransmisikan ke ionosfer. Tetapi pada siang hari energi sepenuhnya diserap oleh ionosfer dan pada malam hari ionosfer mencerminkan energi kembali ke bumi. Jadi semua sinyal siaran yang diterima pada siang hari hanya disebabkan oleh ground wave saja.
Kisaran maksimum perambatan gelombang ground tidak hanya tergantung pada frekuensi tetapi juga pada kekuatan pemancar. Ketika gelombang ground melewati permukaan bumi, mereka juga disebut gelombang permukaan.
Propagasi SkyWave (gelombang langit)
Setiap komunikasi radio panjang frekuensi menengah dan tinggi dilakukan menggunakan propagasi skywave. Dalam mode ini, refleksi gelombang EM dari wilayah terionisasi di bagian atas atmosfer bumi digunakan untuk transmisi gelombang ke jarak yang lebih jauh.Bagian atmosfer ini disebut ionosfer yang tingginya sekitar 70-400 km. Ionosfer memantulkan kembali gelombang EM jika frekuensinya antara 2 hingga 30 MHz. Oleh karena itu, mode propagasi ini juga disebut propagasi gelombang pendek.
Menggunakan titik rambat skywave untuk komunikasi titik jarak jauh adalah mungkin. Dengan beberapa refleksi skywave, komunikasi global jarak yang sangat jauh adalah mungkin.
Tetapi kekurangannya adalah bahwa sinyal yang diterima di penerima telah memudar karena sejumlah besar gelombang mengikuti sejumlah besar jalur yang berbeda untuk mencapai titik penerima.
Propagasi Gelombang Ruang (spave wave)
Ketika kita berurusan dengan gelombang EM frekuensi antara 30 MHz hingga 300 MHz, maka propagasi gelombang ruang berguna. Di sini sifat-sifat Troposphere digunakan untuk transmisi.Ketika beroperasi dalam mode perambatan gelombang ruang, gelombang mencapai antena penerima langsung dari pemancar atau setelah refleksi dari troposfer yang berada sekitar 16 km di atas permukaan bumi. Oleh karena itu mode gelombang space terdiri dari dua komponen Yaitu gelombang langsung dan gelombang tidak langsung.
Meskipun komponen-komponen ini ditransmisikan pada saat yang sama dengan fase yang sama mereka dapat mencapai dalam fase atau keluar fase satu sama lain di ujung penerima tergantung pada panjang lintasan yang berbeda. Jadi, pada sisi sinyal, kekuatan sinyal adalah jumlah vektor dari kekuatan gelombang langsung dan tidak langsung.
Mode propagasi gelombang ruang digunakan untuk propagasi frekuensi yang sangat tinggi.
Manakah dari Propagasi Ini Digunakan Untuk Siaran Gelombang Pendek
Siaran gelombang pendek biasanya berlangsung dalam rentang frekuensi 1.7 - 30 MHz. Seperti yang telah kita lihat di atas, frekuensi dalam rentang ini diperbanyak melalui mode propagasi Skywave.Bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang, gelombang elektromagnetik menghasilkan pengaruh berbeda pada berbagai bahan dan perangkat. Oleh karena itu, berbagai bagian spektrum elektromagnetik digunakan untuk berbagai aplikasi.
Manakah dari perambatan gelombang yang membuat Anda tertarik? Aplikasi mana dari mode propagasi yang Anda temukan menantang.