Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων

Το βιβλίο αυτό γράφτηκε με την ελπίδα πως θα φανεί χρήσιμο στους φοιτητές και σπουδαστές των ΤΕΙ και ΑΕΙ, καθώς και σε κάθε επαγγελματία που σχετίζεται με το αντικείμενο.
Η πολύχρονη θητεία μου ως επαγγελματία επισκευαστή ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών και ως καθηγητή στο ΤΕΙ της Θεσσαλονίκης, που επί δεκαετίες δίδαξε το μάθημα της διάδοσης των Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων, ήταν αποφασιστικός παράγοντας που με οδήγησε στο να γράψω αυτό το βιβλίο. Προσπάθησα να αποφύγω, όσο μου ήταν μπορετό, τα δυσνόητα και πολλές φορές ακατανόητα μαθηματικά που χρησιμοποιούνται στο μάθημα αυτό για τη θεωρητική του θεμελίωση και να δώσω πολλά παραδείγματα εφαρμογών, που να έχουν πρακτικό ενδιαφέρον. Επιδίωξή μου είναι ο φοιτητής διαβάζοντας το βιβλίο αυτό να πάρει μια γενική ιδέα περί του θέματος της διάδοσης των ΗΜΚ και αν ποτέ του χρειαστεί να ασχοληθεί εκτενέστερα, να έχει τις προκαταρκτικές γνώσεις για την πραγματοποίηση του σκοπού αυτού.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή

1. Γενικά
2. Ανυσματικά μεγέθη των ΗΜΚ
3. Άνυσμα Poynting
4. Οι εξισώσεις του Maxwell
5. Η έννοια της εξίσωσης του κύματος
6. Η έννοια της πόλωσης του ΗΜΚ
7. Λυμένα προβλήματα

Κεφάλαιο 2: Ανυσματικές κυματικές εξισώσεις του Maxwel μερικές εφαρμογές τους

1. Ανυσματικές κυματικές εξισώσεις
2. Λύση των εξισώσεων του επίπεδου κύματος
3. Χαρακτηριστική αντίσταση Ζ_c του μέσου διάδοσης
4. Το ΗΜΚ στη γενικότερή του μορφή

Κεφάλαιο 3: Ανάκλαση και διάθλαση σε αγώγιμα και μονωτικά μέσα

1. Γενικά
2. Κάθετη πρόσπτωση ΗΜΚ σε τέλειο αγωγό
3. Οριακές (συνοριακές) συνθήκες
4. Κάθετη πρόσπτωση σε τέλειο μονωτικό
5. Πλάγια πρόσπτωση του ΗΜΚ σε τέλειο μονωτικό
6. Βάθος διείσδυσης των ΗΜΚ σε υλικά μέσα (Skin Depth)
7. Λυμένα προβλήματα
8. Άλυτα προβλήματα

Κεφάλαιο 4: Περίθλαση ραδιοκυμάτων και διάδοση με περίθλαση

1. Γενικά
2. Περίθλαση των ραδιοκυμάτων στη γήινη σφαιρική επιφάνεια
3. Περίθλαση από τη γήινη λεία σφαιρική επιφάνεια αν είναι h_t, h_r < H₁, H₂
4. Περίθλαση από τη γήινη λεία σφαιρική επιφάνεια αν είναι h_t, h_r > H₁
5. Περίθλαση σε κορυφές εμποδίων
6. Αιχμηρή επιφάνεια μορφής κόψης μαχαιριού
7. Εμπόδιο επιφάνειας κυλινδρικής μορφής
8. Πολλαπλά εμπόδια από αιχμηρές επιφάνειες μορφής κόψης μαχαιριού

Κεφάλαιο 5: Διάδοση ΗΜΚ πάνω από την επιφάνεια της Γης

1. Γενικά
2. Κύματα ευθύγραμμης διάδοσης
3. Ανακλώμενο κύμα
4. Ομαλή και ανώμαλη ανακλαστική επιφάνεια
5. Λήψη με συμβολή σε επίπεδη γη και μη γειωμένες (ανυψωμένες) κεραίες εκπομπής και λήψης
6. Επιφανειακό κύμα
7. Απώλειες ενέργειας στη διάδοση των ραδιοκυμάτων

Κεφάλαιο 6: Σκέδαση ραδιοκυμάτων και διάδοση με σκέδαση

1. Γενικά
2. Διάδοση ραδιοσυχνοτήτων VHF σε μεγάλες αποστάσεις με τροποσφαιρική σκέδαση
3. Η μέση τιμή και οι διακυμάνσεις της στο λαμβανόμενο σήμα από τροποσφαιρική σκέδαση
4. Επίδραση του κλίματος στη διάδοση με τροποσφαιρική σκέδαση
5. Ο ρόλος των κεραιών εκπομπής και λήψης στη ραδιοζεύξη με τροποσφαιρική σκέδαση
6. Σκέδαση από υδρομετέωρα και σκόνη της τροπόσφαιρας
7. Επίδραση της βροχής στις ραδιοζεύξεις
8. Διάδοση με ιονοσφαιρική σκέδαση

Κεφάλαιο 7: Ιονόσφαιρα

1. Δομή της ατμόσφαιρας
2. Μηχανισμός ιονισμού της ατμόσφαιρας
3. Πηγές ιονισμού της ατμόσφαιρας
4. Σχηματισμός ιονοσφαιρικού στρώματος
5. Αποϊονισμός της ατμόσφαιρας
6. Ιονισμός της πραγματικής ατμόσφαιρας
7. Η ιονόσφαιρα ως μέσο διάδοσης των ραδιοκυμάτων
8. Διάδοση κύματος στην ιονόσφαιρα
9. Ταχύτητα ομάδας και ταχύτητα φάσης στην ιονόσφαιρα
10. Επίδραση του γήινου μαγνητικού πεδίου στη διάδοση των ΗΜΚ

Κεφάλαιο 8: Ιονοσφαιρική διάδοση

1. Γενικά
2. Διάθλαση και ανάκλαση των κυμάτων από την ιονόσφαιρα
3. Πειραματικός καθορισμός της κρίσιμης συχνότητας και του ισοδύναμου ύψους των ιονοσφαιρικών στρωμάτων
4. Μέγιστη και άριστη χρησιμοποιήσιμη συχνότητα
5. Ζώνες σιγής στην ιονοσφαιρική διάδοση
6. Ανάκλαση και σκέδαση από ουρές μετεώρων
7. Διαλείψεις με ιονοσφαιρική διάδοση

Κεφάλαιο 9: Τροποσφαιρική διάδοση

1. Γενικά
2. Επίδραση της σφαιρικότητας της Γης
3. Διάδοση πέρα από τον οπτικό ορίζοντα
4. Επίδραση των ανωμαλιών της ατμόσφαιρας στη διάδοση
5. Επίδραση των ανωμαλιών του εδάφους στη διάδοση
6. Διάδοση Πολύ Μακρών Κυμάτων (VLF ή VLW)
7. Διάδοση Μακρών Κυμάτων (LF ή LW)
8. Διάδοση Μεσαίων Κυμάτων (MF ή MW)
9. Διάδοση Βραχέων Κυμάτων (HF ή SW)
10. Διάδοση Μετρικών Κυμάτων (VHF)
11. Διάδοση Δεκατομετρικών (UHF) και Εκατοστομετρικών (SHF) Κυμάτων
12. Τροποσφαιρική απορρόφηση

Κεφάλαιο 10: Διάδοση κυμάτων κινητής τηλεφωνίας

1. Εισαγωγή
2. Η ένταση του σήματος
3. Μακροκελικές διατάξεις
4. Εμπειρικό πρότυπο ομοιόμορφου περιβάλλοντος σε μακροκελική διάταξη
5. Εμπειρικό πρότυπο ανομοιόμορφου περιβάλλοντος σε μακροκελική διάταξη
6. Εμπειρικό πρότυπο των Okumura-Hata σε μακροκελική διάταξη
7. Φυσικό πρότυπο του Ikegami σε μακροκελική διάταξη
8. Φυσικό πρότυπο των Walfisch-Ikegami σε μακροκελική διάταξη
9. Μικροκελικές διατάξεις
10. Εμπειρικό πρότυπο διπλής κλίσης (dual-slope) σε μικροκελική διάταξη
11. Φυσικά πρότυπα οπτικής επαφής σε μικροκελικές διατάξεις
12. Φυσικά πρότυπα μη οπτικής επαφής σε μικροκελικές διατάξεις

Κεφάλαιο 11: Διάδοση Ραδιοκυμάτων σε κλειστούς χώρους

1. Γενικά
2. Κοντινό και μακρινό πεδίο κεραιών
3. Εμπειρικό πρότυπο διάδοσης σε κλειστούς χώρους
4. Επίδραση των οικοδομικών υλικών και του εξοπλισμού της επίπλωσης
5. Επίδραση στη ραδιοζεύξη της κίνησης ανθρώπων και αντικειμένων σε κλειστούς χώρους
6. Διάδοση ραδιοκυμάτων μέσα σε σήραγγες

Κεφάλαιο 12: Διαστημικές επικοινωνίες

1. Προκαταρκτικές γνώσεις
2. Γενικές αρχές λειτουργίας δορυφορικών επικοινωνιών
3. Δορυφορικές ραδιοζεύξεις
4. Προβλήματα σχεδίασης διαστημικών επικοινωνιών
5. Επίδραση της ιονόσφαιρας στις διαστημικές ραδιοζεύξεις
6. Ο ρόλος της αποπόλωσης του κύματος στις διαστημικές ραδιοζεύξεις

Κεφάλαιο 13: Ραδιοθόρυβοι

1. Γενικά
2. Βιομηχανικός θόρυβος
3. Ατμοσφαιρικός θόρυβος από ηλεκτρικές εκκενώσεις
4. Κοσμικός θόρυβος
5. Θερμικός ατμοσφαιρικός θόρυβος
6. Θερμικός θόρυβος από την επιφάνεια της Γης
7. Επίδραση των ραδιοθορύβων στις ραδιοεπικοινωνίες

Κεφάλαιο 14: Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και μετρήσεις

1. Εισαγωγή
2. Γενικές παρατηρήσεις
3. Τιμές πεδίων μέσα στα οποία ζει ο άνθρωπος
4. Ραδιοεντοπιστής πολιτικής αεροπορίας
5. Συσκευές που λειτουργούν στην πιο επικίνδυνη ζώνη συχνοτήτων

Κεφάλαιο 15: Πρακτικός υπολογισμός κυκλώματος ραδιοζεύξης

1. Γενικά
2. Υπολογισμός ραδιοζεύξης με επιφανειακά κύματα (VLW, LW, MW, SW)
3. Υπολογισμός ραδιοζεύξης στη λήψη με συμβολή
4. Υπολογισμός ραδιοζεύξης με ιονοσφαιρικά κύματα
5. Υπολογισμός ραδιοζεύξης με τροποσφαιρική σκέδαση
6. Υπολογισμός της ραδιοζεύξης με ιονοσφαιρική σκέδαση

Κεφάλαιο 16: Λυμένα προβλήματα

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ

1. Φυσική σημασία των παραστάσεων: ÑΦ = gradΦ, ÑΑ = divA, Ñ´A = curlA = rotA
2. Σχέσεις της Απόκλισης, Περιστροφής, Κλίσης και Λαπλασιανής σε διάφορα Συστήματα Συντεταγμένων
3. Ανάκλαση και Διάθλαση του φωτός