Rádióhullámok terjedése rossz hullámvezető közegben

A rádióhullámok gyakorlati alkalmazása során sokszor előfordul, hogy a terjedés nyomvonala nem ideális közegben történik. A gyakorlatban rossz hullámvezető közegnek számítanak az épületek, erdők, vagy bármilyen tereptárgy, ami a terjedés útvonalára esik. Nagyobb frekvenciákon a köd, eső is jelentős hatást gyakorol a terjedésre.

Olyan alkalmazásokban, ahol az átvitel a talaj vagy a víz szintje alatt történik, ott elengedhetetlen a rossz hullámvezető közegben való terjedés folyamatának ismerete.

A rossz hullámvezető közeg definíciója

A rosszul vezető közegek két paraméterrel jellemezhetőek:

• ε: dielektromos tényező (F/m)
• σ: fajlagos ellenállás (S/m)

Az rosszul vezető közegben a terjedés során a rádióhullámok energiája elnyelődik, az elnyelődés során örvényáramok lépnek fel a közegben. Kétféle örvényáramot különböztetünk meg, eltolási és vezetési áramot. Az eltolási és vezetési áramok áramsűrűségének aránya a következőképp írható fel:

$\frac{J_{elt}}{J_{vez}}=\frac{2\pi ϵ{ϵ}_0}{\lambda \sigma }=\frac{ϵ}{60\lambda \sigma }$

A rossz hullámvezető közegben történő terjedés leírásáhaz az álábbi két tényező használható:

$n=\sqrt{\frac{1}{2}(ϵ+\sqrt{{ϵ}^2+(60\lambda \sigma {)}^2})}$

$p=\sqrt{\frac{1}{2}(-ϵ+\sqrt{{ϵ}^2+(60\lambda \sigma {)}^2})}$

Terjedés rossz hullámvezető közegben

A rádióhullámok rossz hullámvezető közegben való terjedés során megtartják merőleges struktúrájukat.

A rossz hullámvezető közegben elnyelés lép fel. Az elnyelés annál nagyobb, minél jobb elektromos vezetéssel rendelkezik a közeg. Ha J_vez>>J_elt, akkor a csillapítás a következő egyszerűsített alakkal írható fel:

$\delta =2\pi \sqrt{\frac{30\sigma }{\lambda }}=\frac{\omega }{c}p$

tehát az elnyelés növekszik a közeg fajlagos vezetésének növekedésével és a hullámhossz csökkenésével.

Rossz hullámvezető közegben a terjedési sebesség

$v=\frac{c}{n}$

Rossz hullámvezető közegben a terjedés során az elektromos és a mágneses tér között időben

${\varphi }_V=arctg\frac{p}{n}$

térben pedig

${\varphi }_T={\lambda }_B{\varphi }_V$

fázistolás lép fel.

A rossz hullámvezető közegben a hullámhossz mindig kisebb, mint vákuumban, vagy levegőben:

${\lambda }_B=\frac{\lambda }{n}$

Mivel az n értéke frekvenciafüggő, így a terjedési sebesség is frekvenciafüggő. Az ilyen közegeket diszpergáló közegnek is nevezzük. A jel diszpergáló közegben való terjedését a jelalak torzulása is kíséri. A hullám energiájának terjedése ettől eltérő, úgynevezett csoportsebességgel megy végbe:

$v_{cs}=\frac{c}{n+\frac{n}{\omega }}$