Elektromanyetik Dalga Yayılım Mekanizmaları

Elektromanyetik dalgalar bo lukta çe itli fiziksel mekanizmalarla yayılır: serbest- uzay veya görü hattı yayılımı, yansıma, iletim (transmission), kırılım (diffraction), saçılım (scattering) ve dalga rehberli i (wave guiding) (Sizun, 2005).

Elektromanyetik dalgalar bo uzayda hiçbir engelle kar ıla madan yayılır. Dalga yüzeyi, dalganın yayım anından sonra homojen bir ortamda ve belirli bir zamanda eri ilen noktaların kümesidir. Bo uzayda dalgaların zayıflaması, dalgaların vericiden uzakla ması ile ve saçılım yoluyla meydana gelir. Bir dalganın bo uzayda zayıflama miktarı, uzaklık ve frekansın bir i levidir.

Yansıma olayı, bir dalganın dalga boyundan büyük boyutlarda bir yüzeye çarpmasıyla meydana gelir. Düzgün yansıma (specular reflection) homojen ve düzlemsel bir yüzeyden yansıma, yayınık yansıma (diffuse reflection) ise pürüzlü bir yüzeyden yansıma anlamında kullanılır.

letim olayı, bir dalganın bo luk, hava veya bir engelin içinden frekansı de i meden iletilmesidir. Dalganın ortam içinden geçerken yayılmaması durumuna düzgün iletim, yayılması durumuna ise yayınık iletim adı verilir.

Kırılım olayı, dalganın büyük boyutlarda bir engel veya açıklı a (aperture) çarpmasıyla meydana gelir. Bu olay elektromanyetik dalgaların yayılımında meydana gelen en önemli olaylardan biridir ve dalganın yayılması ve engeller etrafından kıvrılması gibi genellikle istenmeyen sonuçlara neden olur.

Saçılım, bir dalganın, dalga boyuna göre küçük boyutlarda pürüzleri olan bir yüzeyden çe itli yönlere do ru yansımasıdır. Dalga rehberli i, bir dalganın art arda yansımalar sonucu bir ortamda kalarak ilerlemesidir. Vadiler, koridorlar, tüneller gibi birçok ortam dalga rehberi etkisi gösterir.

Giri im etkisi, aynı biçim ve frekanstaki dalgaların süperpozisyonu sonucu meydana gelir. De i ik yollardan gelen dalgalar bir noktaya aynı fazda ula tı ında giri im olumlu (constructive), ters fazlarda ula tı ında olumsuz (destructive) olarak adlandırılır. Olumlu giri imde i aret güçlenir, olumsuz giri imde ise zayıflar.

Bir dalga yayıldı ında, verici ve alıcı arasında de i ik yollar izleyebilir. Dalganın izledi i yollar üzerindeki engellerin çe idine göre, atmosferik veya iyonosferden kaynaklanan yansıma gibi etkiler ve iletim, kırılım, saçılım, dalga rehberli i gibi birçok etkiye maruz kalabilir. Bu etkiler, i aretin alıcı konumunda zayıflaması, gecikmesi veya faz de i ikli ine yol açar. Yayılımın bu ekli çoklu yol (multipath) yayılım olarak adlandırılır.

Elektromanyetik dalgaların yayılım mekanizmaları frekansa ve dolayısıyla dalga boyuna ba lı oldu undan, kullanılan elektromanyetik dalgalar Dünya üzerinde veya atmosferinde izledikleri en önemli yola göre frekans aralıkları bakımından sınıflandırılabilirler. Bu sınıflandırmaya göre elektromanyetik dalgaların yayılım ekilleri üçe ayrılabilir: Yer dalgası, gök dalgası ve görü hattı (Line-of-Sight - L.O.S.) yayılımları (Stallings, 2007). Tablo 4.1'de bu dalgaların frekans aralıkları, özellikleri ve kullanım alanları görülmektedir.

Yer dalgaları, yer ekillerini izleyerek ufuk ötesinde önemli mesafeler katedebilir. Yer dalgalarının yer yüzeyini takip etmesinin birçok nedeni bulunmaktadır (Stallings, 2007). Bu nedenlerden biri, dalganın yer üzerinde bir akım meydana getirmesi, bundan dolayı yava laması ve dalga yönünün a a ı do ru bükülmesidir. Bir di er neden kırılım yoluyla dalganın engeller üzerinden geçerken a a ı do ru bükülmesidir. Bu frekans aralı ındaki dalgalar atmosferde saçılır ve atmosferin üst katmanlarına ula maz.

Tablo 4.1: Elektromanyetik dalga frekans aralıkları, özellikleri ve kullanım alanları. Band Adı Frekans Aralı ı (Hertz) Yayılım Özelli i ve Genellikle Kullanıldı ı Alanlar E.L.F.

(Extremely Low Frequency)

3-30 Yer dalgası. Dalmı durumdaki denizaltılarla ileti im.

S.L.F. (Super

Low Frequency) 30-300

Yer dalgası. Güç hattı frekansları bu banttadır. Dalmı durumdaki denizaltılarla ileti im. U.L.F. (Ultra

Low Frequency) 300-3000

Yer dalgası. Analog telefon hatlarında kullanılan frekanslar. Dalmı durumdaki denizaltılarla ileti im.

V.L.F. (Very

Low Frequency) 3-30 k

Yer dalgası. Gündüz ve gece dü ük zayıflama etkisi. Yüksek atmosferik gürültü seviyesi. Yüzeye yakın durumdaki denizaltılarla ileti im L.F. (Low

Frequency) 30-300 k

Yer dalgası. V.L.F.'den biraz daha az güvenilir. Gündüz so rulma. Uzun menzilli yön bulma amaçlı yayınlar, yüzeye yakın durumdaki denizaltılarla ileti im.

M.F. (Medium

Frequency) 300-3000 k

Yer dalgası ve gece gök dalgası (gündüz yüksek, gece dü ük zayıflama). Atmosferik gürültü. Yön bulma i areti ve A.M. (Amplitude Modulation) radyo yayınları.

H.F. (High

Frequency) 3-30 M

Gök dalgası. aretin kalitesi günün zamanına, mevsime ve frekansa göre de i ir. Amatör radyo, uluslararası radyo yayınları ve uzun menzilli gemi ve uçak ileti imi.

V.H.F. (Very

High Frequency) 30-300 M

L.O.S. yayılımı. Sıcaklık de i imi ve kozmik gürültüden dolayı saçılım etkisi. Televizyon yayınları, F.M. (Frequency Modulation) radyo yayınları, A.M. hava ileti imi, havacılıkta yön bulma yayınları.

U.H.F. (Ultra

High Frequency) 300-3000 M

L.O.S. yayılımı, kozmik gürültü. Televizyon yayınları, hücresel telefon, mikrodalga ba lantılar, ki isel ileti im.

S.H.F. (Super

High Frequency) 3-30 G

L.O.S. yayılımı. 10 GHz'den yukarı frekanslarda oksijen ve su buharından

kaynaklanan zayıflama. Uydu ileti imi, radar, kablosuz yerel ileti im.

E.H.F.

(Extremely High Frequency)

30-300 G L.O.S. yayılımı. Oksijen ve su buharından kaynaklanan zayıflama. Deneysel kullanım. Kızıl ötesi 300 G-400 T L.O.S. yayılımı. Optik haberle me,

meteoroloji, gece görü ü, termografi, izleme. Görünür ı ık 400 T-900 T L.O.S. yayılımı. Optik haberle me, izleme.

Dünya üzerinden gönderilen gök dalgaları, atmosferin üst tabakalarından biri olan iyonosfer tabakasından geri yansır. Dalganın iyonosferden yansıması aslında yansıma etkisinden de il kırılım etkisinden kaynaklanır. Gök dalgaları yer ve iyonosfer tabakası arasında birçok defa gidip gelerek vericiden binlerce kilometre uza a gönderilebilirler.

L.O.S. yayılımı, ekil 4.1'de görüldü ü gibi, verici ve alıcı arasında direkt ı ının engelsiz oldu u, ba ka bir deyi le iletim hattının yansıma veya kırılma ile sa lanmamı oldu u yayılımdır (G.S.A., 1996). Bu yayılımda dalgalar engeller arkasına veya ufuk ötesine geçemezler.

V.H.F. ve üstü frekanslardaki elektromanyetik dalgalar için L.O.S. yayımı önemlidir. Daha dü ük frekanslarda L.O.S. yayımı yanında, dalganın da veya bina gibi bir engele çarpmasıyla kırılarak yönünün de i mesi anlamındaki bıçak kenarı etkisi (knife-edge effect) de önem kazanır (F.S. 1037C, 1996).

ekil 4.1: Elektromanyetik dalganın L.O.S. yayılımı. Verici Alıcı h1 _d h2 Deniz seviyesi Arazi Birinci Fresnel bölgesi

Direkt ı ın

d1

d2