Documentul explică undele electromagnetice ca forme de energie ce oscilează și se propagă prin spațiu, evidențiind patru proprietăți importante: lungimea de undă, frecvența, amplitudinea și faza. De asemenea, detaliază spectrul electromagnetic, comportamentul undelor radio, modularea semnalului și unitățile de măsură folosite în telecomunicații. Examinarea include fenomene precum absorția, reflexia, difractia și modularea în amplitudine, frecvență și fază.

1. UNDE
ELECTROMAGNETICE

2. CUPRINS
• I. Ce sunt undele electromagnetice?
• II. Spectrul electromagnetic
• III. Comportarea undelor radio
• III. Unitati de masura
• V: Modularea semnalului

3. I
CE SUNT UNDELE ELECTROMAGNETICE?

4. • Radiatia electromagnetica este o forma de energie
emisa si absorbita de catre particule incarcate
electric, care se comporta ca o unda in timpul
deplasarii prin spatiu. Radiatia electromagnetica
are atat camp electric cat si camp magnetic, intr-
un raport constant al intensitatii si care oscileaza in
faza perpendicular unul pe celalalt si perpendicular
pe directia energiei si a propagarii undei. In vid,
radiatia electromagnetica se propaga cu viteza
luminii.

6. • Undele electromagnetice sunt caracterizate de patru
proprietati:
• Lungimea de unda (λ) = distanta parcursă de undă pe
durata unei oscilatii sau distanta dintre două puncte din
spatiu între care defazajul relativ al oscilatiilor este de
2π radiani.
2. Frecventa = numarul de oscilatii ale undei intr-o
secunda
4. Amplitudine
5. Faza

7. • Pentru toate tipurile de radiatie electromagnetica,
relatiile dintre lungimea de unda, frecventa si
energie sunt:
unde lungimea de unda se masoara in unitati de
lungime precum metrul, frecventa in Hertzi(Hz), c
este viteza luminii (aproximativ egala cu 3 x 10-8
metri pe secunda), f este frecventa undei
(masurata in Hz), iar h este constanta lui
Planck(egala cu 6,6260755(40) X 10-34 Jouli x
secunda).

8. II
SPECTRUL ELECTROMAGNETIC

9. • Spectrul electromagnetic este intervalul tuturor
frecventelor posibile ale radiatiei electromagnetice.
Acesta se intinde de la frecventele joase folosite de
sistemele moderne de comunicatii pana la radiatia
gamma, in zona lungimilor de unda ultra-scurte,
astfel acoperind lumgimi de unda de la mii de
kilometri pana la o fractiune din dimensiunea unui
atom. Limita superioara a lungimii de unda este
dimensiunea universului in sine, in timp ce limita
inferioara este considerata a fi in jurul lungimii
Planck, chiar daca in principiu spectrul este infinit si
continuu.

11. • Asa cum spectrul electromagnetic este impartit in
diferite regiuni, depinzand de lungimea de unda,
regiunea radio a acestui spectru poate fi la randul
ei impartita in diferite regiuni sau benzi. Acestea
sunt benzile in care astronomii isi folosesc
telescoapele radio pentru a observa undele radio
emise de obiecte astronomice. Cele mai comune
benzi radio si frecventele/lungimile de unda
corespunzatoare sunt:
Banda Lungimea de unda Frecventa
Banda P 90 cm 327 MHz
Banda L 20 cm 1.4 GHz
Banda C 6 cm 5.0 GHz
Banda X 3.6 cm 8.5 GHz
Banda U 2 cm 15 GHz
Banda K 1.3 cm 23 GHz
Banda Q 7 mm 45 GHz

12. III
COMPORTAREA UNDELOR RADIO

13. Propagarea undelor
• Ce se intampla cu semnalul radio intre doua locatii
este rezultatul direct al modului in care semnalul se
propaga. Cand folosim termenul propaga, ne
referim la modul in care energia se “imprastie”
departandu-se de antena din care a fost emisa.
Putem face o foarte buna analogie referindu-ne la
un cutremur, ca in figura de mai jos.

14. Absorptia
• Cel mai comun fenomen intalnit cand vorbim de o
unda radio este absorptia. Daca un semnal nu se
reflecta dintr-un obiect, nu se curbeaza pe langa
un obiect sau nu trece pe langa un obiect, are loc
absorptia totala a semnalului. Majoritatea
materialelor absorb radiatie electromagnetica in
functie de natura lor.
• Peretii din caramida sau beton vor absorbi un
semnal destul de mult, pe cand un perete din rigips
va avea un impact mai mic asupra semnalului

15. • Apa este un alt exemplu de substanta care
absoarbe semnalul electromagnetic la o scala
ridicata. Chiar si obiectele cu continut mare de
apa, precum hartia, cartonul, acvariile cu pesti etc.
pot absorbi o mare parte a semnalului. In unele
cazuri, anumite frunze sau ace de pin pot absporbi
semnal radio, deoarece lungimea lor este foarte
apropiata de lungimea de unda a semnalelor
folosite pentru comunicatii.

16. Reflexia
• Unul dintre cele mai importante fenomene inalnite
de o unda radio este reflexia. Cand o unda loveste
un obiect plan care este mai mare decat unda in
sine, in functie de mediu, unda se poate reflecta in
alta directie. Fenomenul se petrece ca si in cazul
luminii.
• Undele de pana la 1GHz se reflecta din particulele
incarcate ale ionosferei(de aceea, noaptea, o
persoana din Carolina de Nord poate asculta o
statie radio din Chicago). Undele de peste
1GHz(microundele) se pot reflecta din obiecte mai
mici, precum usi de metal, drumuri, cladiri, pereti
etc.

17. Acest fenomen poate pune probleme, intrucat prin
reflexia undelor, acelasi semnal poate ajunge la
destinatar decalat, sau defazat, astfel producand
alterarea semnalului original.

18. Imprastierea
• Imprastierea unei unde electromagnetice poate fi
perceputa ca o reflexie multipla. Acest fenomen se
petrece cand lungimea de unda a semnalului
electromagnetic este mai mare decat particulele
mediului prin care acesta trece. Cel mai simplu
exemplu este regasit cand o unda trece prin smog
sau furtuni de nisip.

19. Refractia
• Un semnal poate fi “indoit”, cand semnalul trece
dintr-un mediu in altul cu densitate diferita, astfel
producandu-se fenomenul de refractie.

20. Difractia
• Difractia presupune “indoirea” unei unde
electromagnetice in jurul unui obiect, la intalnirea
acestuia prin mediul de propagare.

21. Atenuarea
• Atenuarea reprezinta o scadere a amplitudinii unui
semnal. Un semnal va fi atenuat atat din cauza
parcurgerii unei distante prin mediu, dar si datorita
fenomenelor anterior descrise. Atenuarea
semnalului prin mediul prin care este transmis,
poate fi calculat cu ajutorul formulei:
• FSPL = 32.44 + (20log10(f)) + (20log10(D))
FSPL – atenuare in dB
f – frecventa in MHz
D – distanta in km

22. Amplificarea
• Amplificarea reprezinta o crestere in amplitudinea
unui semnal. Amplificarea poate fi activa(folosind
un amplificator) sau pasiva(prin focalizarea
semnalului, folosind o antena).

23. IV
ANTENE SI UNITATI DE MASURA

24. UNITATI DE MASURA
• Pentru a masura amplitudinea unui semnal
electromagnetic, avem nevoie de unitati specifice
de masura. Acestea se impart in doua categorii:
unitati de masura absolute(W, dBm) sau relative(dB,
dBi, dBd).

25. Watt
• Wattul este unitatea de masura a puterii, numita
dupa James Watt, un inventator scotian ce a trait in
secolul al XVIII-lea. Un Watt este egal cu un curent
de 1 amper ce curge la o tensiune de 1 volt. Ne
folosim de aceasta unitate pentru a masura
amplitudinea unui semnal. De obicei, cand vorbim
de comunicatii folosind undele radio, masuram
semnalul in mW(1W * 1/1000).

26. Decibel
• Primul lucru de stiut despre decibel(dB) este ca
reprezinta o unitate de masura relativa, nu una de
putere. Astfel, este folosit pentru a reprezenta
diferenta dintre doua valori.

27. Decibel izotropic(dBi)
• Castigul, sau cresterea puterii unui semnal radio
datorata unei antene la compararea cu un
radiator izotropic(care radiaza aceeasi putere in
toate directiile) este cunoscut ca decibel
isotropic(dBi). Cum antenele sunt masurate in
castig, nu in putere, putem trage concluzia ca si dBi
este o unitate relativa de masura. O antena dipol
are un castig de 2.14dBi.

28. Decibel dipol(dBd)
• Ca si in cazul decibelului izotropic, decibelul dipol
se refera la castigul unei antene prin compararea
cu castigul unei antene dipol. Daca o antena are
un castig de 3dBd, pentru a-i afla castigul in dBi pur
si simplu adunam 2.14 la acea valoare, astfel
rezultand un castig de 5.14dBi.

29. Decibel relativ la un mW
• Fata de dBi si dBd, unde comparam doua semnale
intre ele, cand ne referim la dBm(decibel relativ la
1mW), comparam amplitudinea unui semnal cu
1mW de putere. Deoarece comparam o valoare
arbitrara cu una cunoscuta(1mW), dBm este o
unitate de masura absoluta.
dBm = 10 x lg(P(mW))

30. V
MODULAREA SEMNALULUI

31. MODULAREA UNUI
SEMNAL
• In electronica si telecomunicatii, modularea este
procesul de modificare a unuia sau a mai multor
proprietati ale unei unde, numita unda purtatoare,
pentru a obtine un semnal modulat ce contine
informatia care trebuie transmisa. Astfel, cele trei
tipuri principale de modulatie sunt modulatia in
amplitudine(AM), modulatia in frecventa(FM) si
modulatia in faza(PM).

32. Modulatia in amplitudine
• Modulatia in amplitudine functioneaza prin variatia
puterii semnalului transmis in relatie cu informatia
transmisa. De exemplu, schimbari in puterea semnalului
pot fi utilizate pentru a specifica sunetele ce trebuie
reproduse de catre un difuzor sau intensitatea luminii
pixelilor televizorului.
• La mijlocul anilor 1870, o forma primitiva de
modulatie a amplitudinii a fost prima metoda care a
produs cu success semnal sonor printr-o linie telefonica.
Incepand cu demonstratiile audio ale lui Reginald
Fessenden in 1906, a fost de asemenea metoda
originala folosita pentru transmisii audio radio si ramane
si astazi o forma folosita de comunicatie. AM este de
obicei referita ca fiind banda transmisiei undelor mijlocii.

34. Modulatia in frecventa
• Modulatia in frecventa presupune producerea unui
semnal a carui frecventa variaza in functie de unda
purtatoare. Modulatia in frecventa devine
modulatie in faza atunci cand faza semnalului
purtator este integrala timpului semnalului FM.
• Acest tip de modulatie se foloseste in transmiterea
sunetelor(radio-ul, statiile de emisie-receptie si unele
sisteme de transmisie video).

35. Modulatia in amplitudine
• Modulatia in faza este o forma de modulatie care
reprezinta informatia ca variatii ale valorii
instantanee a fazei undei purtatoare. Spre
deosebire de FM, aceasta tehnica este mai putin
populara in transmiterea datelor pentru ca necesita
o aparatura mai complexa la receptor.

36. Modulatii digitale

37. Bibliografie
• http://
science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/radio.html
• CWNA – Certified Wireless Network Administrator,
Sybex, 2010, David D. Coleman, David A. Westcott,
pp. 74-85, 176-180, 225-236

38. • Autori:
Mihnea Craciunescu
Radu Ghitescu