Trong bài viết dưới đây, Huanluyenantoanlaodong sẽ cung cấp cho bạn đọc những thông tin liên quan đến Sự Truyền Sóng Vô Tuyến Trong Khí Quyển. Mời bạn đọc cùng theo dõi!
Sự Truyền Sóng Vô Tuyến Trong Khí Quyển là gì?
Sóng vô tuyến là một loại sóng điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy, có tần số từ 3 kHz đến 300 GHz. Sóng vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như phát thanh, truyền hình, liên lạc di động, radar, định vị vệ tinh và nhiều ứng dụng khác. Tuy nhiên, để truyền và nhận sóng vô tuyến hiệu quả, cần phải hiểu rõ những đặc điểm và ảnh hưởng của khí quyển đối với sự truyền sóng vô tuyến.
Khí quyển Trái Đất
Khí quyển Trái Đất là lớp khí bao bọc quả địa cầu, có độ dày khoảng 1000 km. Khí quyển được chia thành nhiều lớp theo độ cao và nhiệt độ, trong đó có ba lớp chính là:
- Tầng đối lưu (troposphere): là lớp khí quyển thấp nhất, kéo dài từ mặt đất đến độ cao khoảng 10-15 km. Tầng đối lưu chứa khoảng 80% khối lượng khí quyển và là nơi xảy ra các hiện tượng thời tiết như mưa, gió, sấm sét… Nhiệt độ của tầng đối lưu giảm dần theo chiều cao.
- Tầng bình lưu (stratosphere): là lớp khí quyển tiếp theo, kéo dài từ độ cao khoảng 15-50 km. Tầng bình lưu chứa khoảng 19% khối lượng khí quyển và là nơi có tầng ozon, một loại khí giúp hấp thụ các tia cực tím có hại từ Mặt Trời. Nhiệt độ của tầng bình lưu tăng dần theo chiều cao.
- Tầng điện ly (ionosphere): là lớp khí quyển cao nhất, kéo dài từ độ cao khoảng 50-1000 km. Tầng điện ly chứa khoảng 1% khối lượng khí quyển và là nơi có các ion và electron do các phân tử khí bị phân ly bởi các tia tử ngoại và các hạt bức xạ từ Mặt Trời. Nhiệt độ của tầng điện ly biến đổi rất nhiều theo thời gian và không gian.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự truyền sóng vô tuyến
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển có thể được phân loại thành hai nhóm chính là:
Yếu tố tự nhiên
Là những yếu tố không phụ thuộc vào hoạt động của con người, mà do các hiện tượng tự nhiên trong khí quyển gây ra. Các yếu tố tự nhiên bao gồm:
- Hấp thụ:
Là hiện tượng sóng vô tuyến bị suy giảm năng lượng khi truyền qua khí quyển do các phân tử khí hấp thụ một phần năng lượng của sóng.
Mức độ hấp thụ phụ thuộc vào tần số, độ ẩm, nhiệt độ và áp suất của khí quyển. Các sóng vô tuyến có tần số cao (sóng cực ngắn) bị hấp thụ nhiều hơn các sóng vô tuyến có tần số thấp (sóng dài, sóng trung). Các sóng vô tuyến cũng bị hấp thụ nhiều hơn khi truyền qua các vùng có độ ẩm cao, nhiệt độ thấp và áp suất cao.
- Phản xạ:
Là hiện tượng sóng vô tuyến bị đổi hướng khi gặp một mặt phẳng hoặc một lớp khí có chỉ số khúc xạ khác nhau. Chỉ số khúc xạ của khí quyển phụ thuộc vào tần số, mật độ và điện tích của các phân tử khí.
Các sóng vô tuyến có tần số thấp (sóng ngắn) bị phản xạ dễ dàng hơn các sóng vô tuyến có tần số cao (sóng cực ngắn). Các sóng vô tuyến cũng bị phản xạ mạnh hơn khi gặp các lớp khí có mật độ và điện tích cao, như tầng điện ly.
- Khúc xạ:
Là hiện tượng sóng vô tuyến bị cong khi truyền qua các lớp khí có chỉ số khúc xạ khác nhau. Chỉ số khúc xạ của khí quyển cũng phụ thuộc vào tần số, mật độ và điện tích của các phân tử khí. Các sóng vô tuyến có tần số cao (sóng cực ngắn) bị khúc xạ nhiều hơn các sóng vô tuyến có tần số thấp (sóng ngắn).
Các sóng vô tuyến cũng bị khúc xạ nhiều hơn khi truyền qua các lớp khí có mật độ và điện tích thay đổi nhanh, như biên giới giữa các lớp khí quyển.
- Nhiễu xạ:
Là hiện tượng sóng vô tuyến bị chia thành nhiều chùm nhỏ khi gặp một vật cản hoặc một rãnh có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng. Nhiễu xạ giúp sóng vô tuyến có thể truyền qua hoặc quanh các vật cản như núi, toà nhà, cây cối… Nhiễu xạ càng lớn khi bước sóng càng dài và kích thước vật cản càng nhỏ.
- Phân cực:
Là hiện tượng chỉnh hướng dao động của trường điện trong sóng vô tuyến. Phân cực của sóng vô tuyến được quyết định bởi hướng dao động của anten phát hoặc thu.
Phân cực của sóng vô tuyến có thể bị thay đổi khi truyền qua khí quyển do các yếu tố như hấp thụ, phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ. Phân cực của sóng vô tuyến ảnh hưởng đến hiệu suất của anten và sự kết hợp giữa các chùm sóng.
Yếu tố nhân tạo
Là những yếu tố do hoạt động của con người gây ra, có thể là cố ý hoặc vô ý. Các yếu tố nhân tạo bao gồm:
- Nhiễu sóng: là hiện tượng sóng vô tuyến bị suy giảm chất lượng do sự can thiệp của các nguồn phát sóng khác có cùng hoặc gần tần số. Nhiễu sóng có thể xuất phát từ các thiết bị điện tử, các trạm phát sóng, các vệ tinh nhân tạo, các thiết bị không dây… Nhiễu sóng ảnh hưởng đến độ rõ nét, độ ổn định và độ tin cậy của sóng vô tuyến.
- Nhiễu điện từ: là hiện tượng sóng vô tuyến bị suy giảm năng lượng do sự can thiệp của các trường điện từ từ các nguồn khác. Nhiễu điện từ có thể xuất phát từ các dòng điện xoay chiều, các thiết bị cơ khí, các thiết bị điện gia dụng, các thiết bị y tế… Nhiễu điện từ ảnh hưởng đến độ mạnh, độ pha và độ phân cực của sóng vô tuyến.
- Nhiễu nhiệt: là hiện tượng sóng vô tuyến bị suy giảm năng lượng do sự rung động ngẫu nhiên của các phân tử khí trong khí quyển. Nhiễu nhiệt có thể xuất phát từ các nguồn nhiệt như Mặt Trời, Trái Đất, các thiên thể… Nhiễu nhiệt ảnh hưởng đến độ nhạy và độ chính xác của anten và bộ thu sóng vô tuyến.
- Nhiễu xung: là hiện tượng sóng vô tuyến bị suy giảm năng lượng do sự can thiệp của các xung điện từ có thời gian ngắn và công suất lớn. Nhiễu xung có thể xuất phát từ các hiện tượng tự nhiên như sấm sét, bão cát, bão tuyết… hoặc từ các hoạt động nhân tạo như nổ bom hạt nhân, phóng điện cao áp… Nhiễu xung ảnh hưởng đến độ rõ nét và độ ổn định của sóng vô tuyến.
Các phương pháp truyền sóng vô tuyến
Các phương pháp truyền sóng vô tuyến trong khí quyển có thể được phân loại thành ba loại chính là:
- Truyền trực tiếp (direct transmission):
Là phương pháp truyền sóng vô tuyến theo một đường thẳng giữa anten phát và anten thu. Phương pháp này yêu cầu hai anten phải nằm trong tầm nhìn trực tiếp (line of sight) của nhau và không bị che khuất bởi các vật cản. Phương pháp này thường được sử dụng cho các sóng vô tuyến có tần số cao (sóng cực ngắn), có bước sóng ngắn và ít bị ảnh hưởng bởi khí quyển.
Phương pháp này có ưu điểm là truyền được sóng vô tuyến với công suất cao, khoảng cách xa và chất lượng cao. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là bị giới hạn bởi địa hình, không thể truyền được sóng vô tuyến qua các vùng cong, lồi hoặc lõm của Trái Đất.
- Truyền phản xạ (reflection transmission):
Là phương pháp truyền sóng vô tuyến bằng cách sử dụng một mặt phẳng hoặc một lớp khí có chỉ số khúc xạ khác nhau để phản xạ sóng vô tuyến từ anten phát đến anten thu. Phương pháp này không yêu cầu hai anten phải nằm trong tầm nhìn trực tiếp của nhau và có thể truyền được sóng vô tuyến qua các vùng cong, lồi hoặc lõm của Trái Đất.
Phương pháp này thường được sử dụng cho các sóng vô tuyến có tần số thấp (sóng ngắn), có bước sóng dài và dễ bị ảnh hưởng bởi khí quyển. Phương pháp này có ưu điểm là truyền được sóng vô tuyến với khoảng cách rất xa, có thể truyền được sóng vô tuyến quanh Trái Đất. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là truyền được sóng vô tuyến với công suất thấp, chất lượng thấp và không ổn định.
- Truyền vệ tinh (satellite transmission):
Là phương pháp truyền sóng vô tuyến bằng cách sử dụng một vệ tinh nhân tạo để thu và phát lại sóng vô tuyến từ anten phát đến anten thu. Phương pháp này không yêu cầu hai anten phải nằm trong tầm nhìn trực tiếp của nhau và có thể truyền được sóng vô tuyến qua các vùng cong, lồi hoặc lõm của Trái Đất. Phương pháp này thường được sử dụng cho các sóng vô tuyến có tần số cao (sóng cực ngắn), có bước sóng ngắn và ít bị ảnh hưởng bởi khí quyển.
Phương pháp này có ưu điểm là truyền được sóng vô tuyến với công suất cao, khoảng cách rất xa, chất lượng cao và ổn định. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là đòi hỏi chi phí cao, kỹ thuật phức tạp và dễ bị nhiễu sóng.
Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển là một chủ đề rất quan trọng và thú vị trong lĩnh vực viễn thông. Huanluyenantoanlaodong hi vọng bài viết này hữu ích với bạn!
