Vlastnosti elektromagnetického poľa

VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKÉHO POĽA

Bezdrôtový prenos správ je založený na fyzikálnom jave, že energia sa môže šíriť priestorom vo forme rýchlo sa meniaceho elektromagnetického poľa. Elektromagnetické pole je forma hmoty vyvolaná pohybom elektrických nábojov. Elektromagnetické pole má podobne ako akákoľvek látka hmotnosť, energiu, hybnosť a moment hybnosti. Má súčasne vlnový aj korpuskulárny (časticový) charakter. Pri rýchlych periodických zmenách elektrického alebo magnetického poľa vniká vzájomná podmienenosť týchto dvoch polí.

Elektromagnetické pole vzniká v okolí vysielacích antén, ktoré sú budené striedavými vysokofrekvenčnými prúdmi. Ak sa elektromagnetické pole šíri konečnou rýchlosťou, hovoríme o elektromagnetickom vlnení. Elektromagnetické pole má zložku elektrickú a magnetickú. Zložky reprezentované vektorom intenzity elektrického poľa E a vektorom intenzity magnetického poľa H ležia v rovine vlnenia a sú navzájom kolmé a obidve zložky sú zároveň kolmé aj na smer šírenia elektromagnetickej vlny.

Elektromagnetická vlna sa šíri z vysielača v tvare guľových vlnoplôch. V dostatočnej vzdialenosti od vysielača môžeme zjednodušene považovať časť guľovej vlnoplochy za rovinu. Potom hovoríme o rovinnej elektromagnetickej vlne. Pohyb rovinnej elektromagnetickej vlny v homogénnom ideálnom dielektriku (vákuum) (obr. 2.a) možno definovať :

- amplitúda vektora E a H ostáva počas šírenia konštantná

- vlnový odpor (charakteristická impedancia) ako pomer amplitúd E a H je konštantný a pre vákuum má hodnotu :

- rýchlosť šírenia je konštantná c_o = 3.10⁸ m/s

- elektrická zložka je vo fáze s magnetickou zložkou (nie je medzi nimi žiaden fázový posun)

V reálnom nehomogénnom prostredí (obr. 2.b) dochádza k exponenciálnemu zmenšovaniu amplitúdy vektorov E a H. Elektrická zložka nie je vo fáze s magnetickou zložkou ( je medzi nimi fázový posun j ) a vlnový odpor nie je konštantný.

Obr. 2. Zložky elektromagnetického poľa v ideálnom (a) a reálnom (b) prostredí

Medzi ďalšie vlastnosti, ktoré charakterizujú elektromagnetické pole, patrí spôsob jeho šírenia v priestore. Ako sme už vyššie spomenuli, elektromagnetické pole sa šíri z vysielaích antén. Tento proces sa môže diať trojakým spôsobom :
- povrchovou vlnou - pri šírení kopíruje zemský povrch
- ionosférickou priestorovou vlnou - šíri sa nad zemským povrchom odrazmi od ionosférických vrstiev
- priamou priestorovou vlnou - šíri sa priamo, bez väčších ohybov a preniká cez všetky ionosfŕické vrstvy

Ďalšou veľmi dôležitou a významnou vlastnosťou elektromagnetického poľa je tzv. Vlnová dĺžka l - je to vzdialenosť medzi dvoma miestami v priestore, kde má elektromagnetické pole rovnakú fázu. Je priamo úmerná rýchlosti šírenia c elektromagnetickej vlny a perióde prúdu T , ktorý vyvolal elektromagnetické pole :

[m ; m.s^-1, s ; m.s^-1, Hz]
Podľa vlnovej dĺžky l sa elektromagnetické vlny delia na :

Názov	Označenie	Vlnová dĺžka	Frekvencia
miriametrové vlny	(VLF)	100 - 10 km	3 - 30 kHz
kilometrové vlny	DV (LF)	10 - 1 km	30 - 300 kHz
hektometrové vlny	SV (MF)	1 - 0,1 km	300 kHz - 3 MHz
dekametrové vlny	KV (HF)	100 - 10 m	3 - 30 MHz
metrové vlny	VKV (VHF)	10 - 1 m	30 - 300 MHz
decimetrové vlny	UKV (UHF)	1 - 0,1 m	300 MHz - 3 GHz
centimetrové vlny	(SHF)	10 - 1 cm	3 - 30 GHz
milimetrové vlny	(EHF)	10 - 1 mm	30 - 300 GHz

Aby bolo možné určíť orientáciu jednotlivých zložiek E a H elektromagnetickej vlny, zaviedol sa pojem "Polarizácia elektromagnetickej vlny". Polarizácia súvisí s orientáciou vektora E vzhľadom na zemský povrch. Ak postupuje vektor intenzity elektrického poľa E stále v rovine kolmej na zemský povrch, ide o vertikálnu polarizáciu, ak je vektor E rovnobežný so zemským povrchom, ide o horizontálnu polarizáciu.

Obr. 3. Polarizácia elektromagnetickej vlny

Vlastnosti elektromagnetického poľa výrazným spôsobom ovplyvňuje aj prostredie, ktorým sa toto elektromagnetické pole šíri. Pôsobením slnečného a kozmického žiarenia sa narúša elektrická neutralita atmosféry a dochádza k ionizácii, čím sa mení koncentrácia elektrónov v atmosfére. Ionizovanú časť atmosféry nazývame ionosféra. Ionosféra sa nachádza vo výške asi 60 až 600 km nad zemským povrchom. Existuje viac vrstiev ionosféry ( D, E, F₁, F₂ ), ktoré sa nachádzajú v určitých výškach, pričom vyššie vrstvy majú väčší počet ionizovaných častíc na cm³ a nižšiu permitivitu. Táto zmena permitivity je spojito závislá od výšky a preto sa elektromagnetické vlny šíria krivočiaro. Existuje určitá kritická ( najvyššia ) frekvencia, pri ktorej sa ešte odráža elektromagnetická vlna vstupujúca kolmo do ionosféry. Závislosť medzi kritickou frekvenciou a koncentráciou elektrónou v ionosfére v takomto prípade je daná vzťahom :

kde N je počet elektrónov na cm³ v mieste maximálnej ionizácie. Elektromagnetické vlny s frekvenciou nad 20 MHz sa už od ionosféry odrážajú len výnimočne, čiže sa môžu šíriť iba ako priama priestorová vlna ( na priamu viditeľnosť.)

Obr. 4. Vrstvy ionosféry a ich vlastnosti.
P - povrchová, PP - priama priestorová, IP - ionosférická priestorová

Elektromagnetické vlny sa šíria rôznym spôsobom:

- kilometrové čiže dlhé vlny DV sa šíria hlavne prízemnou ( povrchovou ) vlnou zásluhou difrakcie na nerovnostiach zemského povrchu.

- hektometrové vlny čiže stredné vlny SV (MF) sa odrážajú hlavne od vrstvy E.

- dekametrové čiže krátke vlny KV sa skoro vôbec nešíria prízemnou vlnou, ale sa takmer bez tlmenia odrážajú od ionosféry

- metrové vlny čiže veľmi krátke vlny VKV sa šíria iba priamou priestorovou vlnou, pretože odraz od ionosféry nie je možný, keďže prenikajú ionosférou. Je preto potrebná priama viditeľnosť medzi vysielačom a prijímačom.

Pre lepšie pochopenie vplyvov, ktoré ovplyvňujú šírenia rádiových vĺn je k dispozícii rozširujúce učivo "Spôsoby šírenia DV, SV, KV, VKV."

Správy a signály

Rozdelenie a vlastností antén

!!! Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora !!!

Spracoval : Ing. Alexander Žatkovič Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu

-	amplitúda vektora E a H ostáva počas šírenia konštantná
-	vlnový odpor (charakteristická impedancia) ako pomer amplitúd E a H je konštantný a pre vákuum má hodnotu :

-	rýchlosť šírenia je konštantná c_o = 3.10⁸ m/s
-	elektrická zložka je vo fáze s magnetickou zložkou (nie je medzi nimi žiaden fázový posun)

-	kilometrové čiže dlhé vlny DV sa šíria hlavne prízemnou ( povrchovou ) vlnou zásluhou difrakcie na nerovnostiach zemského povrchu.
-	hektometrové vlny čiže stredné vlny SV (MF) sa odrážajú hlavne od vrstvy E.
-	dekametrové čiže krátke vlny KV sa skoro vôbec nešíria prízemnou vlnou, ale sa takmer bez tlmenia odrážajú od ionosféry
-	metrové vlny čiže veľmi krátke vlny VKV sa šíria iba priamou priestorovou vlnou, pretože odraz od ionosféry nie je možný, keďže prenikajú ionosférou. Je preto potrebná priama viditeľnosť medzi vysielačom a prijímačom.