A fizika tankönyvekben a rádióhullámok hatótávolságával kapcsolatban absztrakt képletek szerepelnek, amelyeket néha még a speciális végzettséggel és munkatapasztalattal rendelkezők sem értenek teljesen. A cikkben megpróbáljuk megérteni a lényeget anélkül, hogy nehézségekhez folyamodnánk. Nikola Tesla volt az első ember, aki felfedezte a rádióhullámokat. Az ő idejében, ahol még nem voltak csúcstechnológiás berendezések, Tesla nem teljesen értette, miféle jelenségről van szó, amit később éternek nevezett. A váltakozó áramú vezető a rádióhullám kezdete.
Rádióhullám-források
A rádióhullámok természetes forrásai közé tartoznak a csillagászati objektumok és a villámok. A rádióhullámok mesterséges kibocsátója olyan elektromos vezető, amelynek belsejében váltakozó elektromos áram mozog. A nagyfrekvenciás generátor oszcillációs energiáját rádióantenna segítségével osztják szét a környező térben. A rádióhullámok első működő forrása az voltPopov rádióadó-vevője. Ebben az eszközben a nagyfrekvenciás generátor funkcióját egy antennához csatlakoztatott nagyfeszültségű tárolóeszköz - egy Hertz vibrátor - látta el. A mesterségesen létrehozott rádióhullámokat helyhez kötött és mobil radarok, műsorszórás, rádiókommunikáció, kommunikációs műholdak, navigáció és számítógépes rendszerek használják.
Rádióhullámsáv
A rádiókommunikációban használt hullámok a 30 kHz és 3000 GHz közötti frekvenciatartományban vannak. A hullám hullámhossza és frekvenciája, terjedési jellemzői alapján a rádióhullám-tartomány 10 részsávra oszlik:
- SDV – extra hosszú.
- LW – hosszú.
- NE – átlagos.
- SW – rövid.
- VHF – ultrarövid.
- MV - méter.
- UHF - deciméter.
- SMV - centiméter.
- MMV - mm.
- SMMW - szubmilliméter
Rádiófrekvencia-tartomány
A rádióhullámok spektruma feltételesen szakaszokra van osztva. A rádióhullám frekvenciájától és hosszától függően 12 részsávra oszthatók. A rádióhullámok frekvenciatartománya összefügg a váltakozó áramú jel frekvenciájával. A rádióhullámok frekvenciatartományait a nemzetközi rádiószabályzatban 12 név jelöli:
-
rádióhullámok rádióhullámok terjedése ELF – rendkívül alacsony.
- VLF – rendkívül alacsony.
- INCH - infra-alacsony.
- VLF – nagyon alacsony.
- LF – alacsony frekvenciák.
- közepes - középső frekvenciák.
- HF− magas frekvenciák.
- VHF – nagyon magas.
- UHF – ultra magas.
- Mikrohullám – rendkívül magas.
- EHF – rendkívül magas.
- HHF – túl magas.
A rádióhullám frekvenciájának növekedésével a hossza csökken, a rádióhullám frekvenciájának csökkenésével növekszik. A hosszától függő terjedés a rádióhullám legfontosabb tulajdonsága.
A 300 MHz-300 GHz-es rádióhullámok terjedését igen magas frekvenciájuk miatt ultramagas mikrohullámúnak nevezik. Még az alsávok is nagyon kiterjedtek, így viszont intervallumokra vannak osztva, amelyek bizonyos tartományokat tartalmaznak a televíziós és rádiós műsorszórás, a tengeri és űrkommunikáció, a földi és a légi közlekedés, a radar és rádiónavigáció, az orvosi adatátvitel stb. tovább. Annak ellenére, hogy a rádióhullámok teljes tartománya régiókra van osztva, a köztük lévő jelzett határok feltételesek. A szakaszok folyamatosan követik egymást, átmennek egymásba, és néha átfedik egymást.
A rádióhullámok terjedésének jellemzői
A rádióhullámok terjedése az energia váltakozó elektromágneses tér általi átvitele a tér egyik részéből a másikba. Vákuumban a rádióhullám fénysebességgel terjed. A rádióhullámok nehezen terjedhetnek, ha a környezet hatásának vannak kitéve. Ez jeltorzulásban, a terjedési irány változásában, valamint a fázis- és csoportsebesség lassulásában nyilvánul meg.
Mindegyik hullámtípuskülönböző módokon alkalmazzák. A hosszúak jobban tudják megkerülni az akadályokat. Ez azt jelenti, hogy a rádióhullámok hatótávolsága a szárazföldi és vízi sík mentén terjedhet. A hosszú hullámok használata széles körben elterjedt a tengeralattjárókban és tengeri hajókban, ami lehetővé teszi a kapcsolattartást a tenger bármely pontján. Az összes jeladó és életmentő állomás vevőegysége hatszáz méteres hullámhosszra van hangolva ötszáz kilohertz frekvenciával.
A rádióhullámok terjedése különböző tartományokban a frekvenciájuktól függ. Minél rövidebb a hossza és minél nagyobb a frekvencia, annál egyenesebb lesz a hullám útja. Ennek megfelelően minél kisebb a frekvenciája és minél nagyobb a hossza, annál jobban képes meghajolni az akadályok körül. Minden rádióhullámhossz-tartománynak megvannak a maga terjedési jellemzői, de a szomszédos tartományok határán nincs éles változás a megkülönböztető jellemzőkben.
Terjedési jellemzők
Ultrahosszú és hosszú hullámok hajlanak a bolygó felszíne körül, és a felszíni sugarak több ezer kilométerre terjednek.
A középhullámok erősebb abszorpciónak vannak kitéve, így csak 500-1500 kilométeres távolságot tudnak megtenni. Ha az ionoszféra sűrű ebben a tartományban, lehetséges a jel továbbítása űrsugárral, amely több ezer kilométeres kommunikációt biztosít.
A rövid hullámok csak kis távolságokon terjednek, mivel energiájukat a bolygó felszíne nyeli el. A térbeliek képesek többszörösen visszaverődni a földfelszínről és az ionoszféráról, leküzdeni a nagy távolságokat,információ továbbításával.
Az Ultra-short nagy mennyiségű információ továbbítására alkalmas. Az ilyen tartományú rádióhullámok az ionoszférán keresztül behatolnak az űrbe, így gyakorlatilag alkalmatlanok földi kommunikációra. Az ilyen tartományú felszíni hullámok egyenes vonalban bocsátódnak ki, anélkül, hogy a bolygó felszíne körül elhajolnának.
Óriási mennyiségű információ továbbítható optikai sávokon. Leggyakrabban az optikai hullámok harmadik tartományát használják kommunikációra. A Föld légkörében csillapításnak vannak kitéve, így a valóságban akár 5 km távolságra is továbbítanak jelet. De az ilyen kommunikációs rendszerek használata szükségtelenné teszi a távközlési felügyelőségek engedélyének beszerzését.
Modulációs elv
Az információ továbbításához a rádióhullámot jellel kell modulálni. Az adó modulált, azaz módosított rádióhullámokat bocsát ki. A rövid, közepes és hosszú hullámok amplitúdómoduláltak, ezért AM-nek nevezik őket. Moduláció előtt a vivőhullám állandó amplitúdóval mozog. Az átviteli amplitúdómoduláció megváltoztatja az amplitúdót, a jel feszültségének megfelelően. A rádióhullám amplitúdója a jel feszültségével egyenes arányban változik. Az ultrarövid hullámok frekvenciamoduláltak, ezért FM-nek nevezik őket. A frekvenciamoduláció egy további frekvenciát ír elő, amely információt hordoz. A jel távoli továbbításához magasabb frekvenciájú jellel kell modulálni. A jel fogadásához el kell választani az alvivő hullámtól. Frekvenciamodulációval kevesebb interferencia keletkezik, de a rádióállomás kényszerítve vansugárzott VHF-en.
A rádióhullámok minőségét és hatékonyságát befolyásoló tényezők
A rádióhullám-vétel minőségét és hatékonyságát az irányított sugárzás módszere befolyásolja. Példa erre egy parabolaantenna, amely sugárzást küld a telepített vevőérzékelő helyére. Ez a módszer jelentős előrelépést tett lehetővé a rádiócsillagászat területén, és számos felfedezést tett a tudományban. Megnyílt a lehetőség a műholdas műsorszórás, a vezeték nélküli adatátvitel és még sok más létrehozására. Kiderült, hogy a rádióhullámok képesek kibocsátani a Napot, a Naprendszerünkön kívüli bolygókat, valamint az űrködöket és néhány csillagot. Feltételezzük, hogy galaxisunkon kívül vannak erős rádiósugárzású objektumok.
A rádióhullám hatótávolságát, a rádióhullámok terjedését nem csak a napsugárzás, hanem az időjárási viszonyok is befolyásolják. Tehát a méteres hullámok valójában nem függnek az időjárási viszonyoktól. A centiméter terjedési tartománya pedig erősen függ az időjárási viszonyoktól. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a rövid hullámokat a vízi környezet szétszórja vagy elnyeli esőben vagy a levegő megnövekedett páratartalma esetén.
A minőségüket az úton lévő akadályok is befolyásolják. Ilyenkor a jel elhalványul, és a hallhatóság jelentősen romlik, vagy néhány pillanatra vagy hosszabb időre teljesen eltűnik. Példa erre a TV-készülék reakciója egy túlrepülő repülőgépre, amikor a kép villog, és fehér sávok jelennek meg. Ez annak köszönhetőaz a tény, hogy a hullám visszaverődik a repülőgépről és elhalad a TV antenna mellett. A televíziókkal és rádióadókkal kapcsolatos ilyen jelenségek nagyobb valószínűséggel fordulnak elő városokban, mivel a rádióhullámok hatótávolsága visszaverődik az épületekre, sokemeletes tornyokra, növelve a hullám útját.
