SPÔSOBY  ŠÍRENIA  DV,  SV,  KV,  VKV

       Zemský vzdušný obal ( atmosféra ) je v rôznych výškach nad povrchom zeme značne rozdielny. Vrstve do výšky asi 10 km nad zemským povrchom hovoríme troposféra. Je to tá časť zemského vzdušného obalu, v ktorej prebiehajú meteorologické zmeny. Vrstva ovzdušia od 10 km do 60 km sa nazýva stratosféra. S narastajúcou vzdialenosťou od zeme sa nachádzajú silne ionizované vrstvy zemskej atmosféry. Rozprestierajú sa od 60 km do 600 km nad zemským povrchom. Tieto vrstvy nazývame ionosféra. Hlavným zdrojom ionizácie ( ionizácia je proces rozpadu neutrálnych molekúl plynu na elektróny a kladne nabité častice - ióny ) je slnko, ktoré vysiela ultrafialové a korpuskulárne žiarenie. Obidve žiarenia majú silnú ionizačnú schopnosť. Podstatne nižšia, asi 1000-krát, je ionizačná schopnosť niektorých hviezd. Aj zemské magnetické pole ovplyvňuje správanie sa ionizovaných vrstiev atmosféry. Slnečné žiarenie a zemské magnetické pole podliehajú zmenám a tým sa menia aj odrazové vlastnosti ionizovaných vrstiev atmosféry.

       Ionosféra je nehomogénna, zložená z viac alebo menej vodivých plynov, v ktorých sa rádiové vlny nešíria priamočiaro, ale po zakrivenej dráhe. Elektróny s iónmi plynov sa pri dopade rádiových vĺn rozkmitajú a podľa Huygensovho princípu spôsobia sekundárne vlnenie, ktorého smer sa od pôvodného líši. Tým vzniká ohyb, ktorý sa vo väčšom rozsahu prejaví ako odraz rádiových vĺn.

       Odraz elektromagnetických vĺn nastáva v týchto vrstvách len do určitých kmitočtov, pri vyšších kmitočtoch odraz nenastáva a vlnenie preniká vrstvou. Najvyšší kmitočet, ktorý sa ešte odrazí od vrstvy, sa nazýva kritická frekvencia. Túto frekvenciu vieme určiť zo vzťahu :

ZLOŽENIE IONIZOVANÝCH VRSTIEV ATMOSFÉRY

       Vo vyšších vrstvách atmosféry nastáva rozvrstvenie plynov podľa molekulárnych váh. Teplota sa tu z výškou mení nerovnomerne. Ionizačné žiarenie nie je monochromatické a môže vykazovať značné výkyvy vo svojej intenzite. Vzhľadom na tieto okolnosti nie je ionizácia plynov rovnomerná, ale má niekoľko maxím, odrazových vrstiev, v rozličných výškach s odlišnými vlastnosťami, ktoré sa označujú veľkými písmenami D, E, F₁  a F₂.

1. Vrstva D  sa nachádza vo výške medzi 60 až 80 km nad zemským povrchom a jej hrúbka je malá. Existuje len v denných hodinách. Po západe slnka, kedy skoro zmizne zdroj ionizačného žiarenia, spájajú sa elektróny s iónmi a vytvárajú neutrálne molekuly ( proces rekombinácie.) Najväčšia elektrónová koncentrácia vrstvy  D  je o málo väčšia ako 10³ elektrónov na cm³. Kritická frekvencia vrstvy  D  sa mení od 0,1 do 0,7 MHz.
2. Vrstva E,  nazývaná tiež vrstva  Kenellyova-Heavisideová,  je vo výške 110 až 120 km a má hrúbku asi 20 km. Je veľmi stabilná. Koncentrácia elektrónov je cez deň asi 2.10⁵ elektrónov na cm³. V noci sa zmenšuje vplyvom rekombinácie asi na 10⁴ elektrónov na cm³. Podobne je to aj s kritickou frekvenciou, ktorá je cez deň asi 2 MHz a v noci okolo 0,9 MHz.
3. Vrstvy F₁  a F₂  sú oproti vrstve  E  veľmi nestabilné a ich vlastnosti sa výrazne menia počas dňa aj roka. V denných hodinách letných mesiacov existujú obidve tieto vrstvy, vrstva  F₁  vo výške asi 200 až 250 km a vrstva  F₂  vo výške 300 až 400 km. V noci a v zimných mesiacoch sa tieto vrstvy spoja a vytvoria jednu vrstvu  F ,  nazývanú  Appletonová vrstva,  ktorej výška je 200 až 300 km. Kritické frekvencie sa v letných dňoch menia menej, bývajú asi 6 až 8 MHz v noci aj vo dne, no v zimných mesiacoch sú rozdiely oveľa väčšie, v noci okolo 6 MHz a vo dne až okolo 13 MHz.

       V ionizovaných vrstvách ionosféry sa rádiové vlny nie len odrážajú, ale aj utlmujú. Tieto vrstvy totiž obsahujú okrem elektrónov a iónov tiež elektricky neutrálne molekuly, ktoré nekmitajú. Na tieto molekuly však narážajú elektróny a ióny rozkmitané elektromagnetickým poľom dopadajúceho vlnenia. Tým dochádza ku strate energie, čo sa prejaví ako útlm rádiovej vlny. Straty sú tým väčšie, čím viac neionizovaných molekúl je vo vrstve, teda čím je vrstva bližšie k zemskému povrchu.

SPÔSOBY ŠÍRENIA ELEKTROMAGNETICKÝCH VĹN OKOLO ZEME.

Elektromagnetické vlny sa môžu šíriť medzi dvoma miestami rozličnými spôsobmi :

1. Priamou vlnou,  ak bude prijímač v oblasti optickej viditeľnosti od vysielača, ako to vidieť na  obr.2.  Vzdialenosť priameho dohľadu  D  bude závisieť od výšok vysielacej antény  h₁  a prijímacej antény  h₂  a môžeme ju vypočítať podľa vzorca :     [km, m, m] Tento vzťah sa však vplyvom plynulej zmeny indexu lomu vzduchu s narastajúcou výškou nad zemou mení na vzťah :     [km, m, m]
2. Ohybom vĺn  okolo povrchu zeme, ako to vidieť na  obr.3.
3. Odrazom v ionosfére,  resp. viacnásobným odrazom medzi vrstvou ionosféry a zemským povrchom, ako to vidno na  obr.4.
4. Lomom vĺn  do zeme a opätovným lomom zo zeme, ako je to nakreslené na  obr.5.
5. Dlhé vlny sa môžu šíriť  vlnovodom,  ktorý vytvorí povrch Zeme a ionosférická odrazová vrstva D. To je znázornené na  obr.6.
6. Najkratšie vlny sa môžu šíriť vlnovodom, ktorý vytvoria vzduchové vrstvy rozličných vlastností pri mimoriadnych poveternostných podmienkach. Na tomto princípe je založená možnosť náhodného diaľkového príjmu rozhlasových staníc na VKV ( u nás najčastejšie Juhoslovanských a Talianskych )

ŠÍRENIE RÁDIOVÝCH VĹN RÔZNYCH KMITOČTOV.

       Veľmi dlhé rádiové vlny  ( f = 15 až 150 kHz ) sa používajú pre spojenie na veľké vzdialenosti. Prízemná vlna má v pásme veľmi dlhých vĺn dosah niekoľko stoviek kilometrov. Do vzdialenosti niekoľko tisíc kilometrov sa tieto vlny šíria ako vlny priestorové, s niekoľkonásobným odrazom od zeme a dolnej hranice vrstvy  D  vo dne, alebo  E  v noci. Pritom veľmi dlhé vlny do týchto vrstiev prenikajú len nepatrne, takže nie sú skoro vôbec tlmené. Keďže vlastnosti vrstiev  D  a najme  E  sú dostatočne stále, tak isto šírenie veľmi dlhých vĺn nie je sprevádzané náhlymi zmenami. Ako príklad je možné použiť telegrafný vysielač s výkonom niekoľko megawattov, ktorý zabezpečí spojenie s loďami na všetkých oceánoch. Veľmi dlhé vlny sa veľmi dobre šíria aj vo vode, takže sa môžu používať na spojenie s ponorkami.

         Rozsah  dlhých rádiových vln  ( f = 150 až 300 kHz ) sa používa na prenos rozhlasových programov a pre navigačnú službu do vzdialenosti niekoľkých sto kilometrov. Dlhé vlny viac prenikajú do vrstvy  D  než veľmi dlhé vlny, čím sa mierne utlmujú a preto v noci po zániku vrstvy  D  sa mierne zvyšuje intenzita príjmu na týchto vlnách. Zmeny intenzity príjmu môžu byť zapríčinené aj prítomnosťou vĺn tej istej frekvencie, ktoré prišli po rôznych dráhach do toho istého miesta príjmu a teda majú rozdielnu fázu. V mieste príjmu sa sčítajú okamžité hodnoty amplitúdy jednotlivých vĺn, hovoríme tomu  interferencia,  čím môže nastať nárast alebo zmenšenie výslednej amplitúdy. Veľkosť výslednej amplitúdy sa môže meniť náhodne, tak ako sa náhodne menia dráhy jednotlivých dopadajúcich vĺn. Zmena dĺžky dráhy priestorovej vlny o  Dl  spôsobí zmenu fázy :

       Na  stredných vlnách  ( f =0,5 až 1,6 MHz ) sa rádiový signál prenáša vlnami prízemnými aj priestorovými. Cez deň sa šíria len prízemnou vlnou a dosah je malý. Priestorová vlna prestupuje vrstvu  D  a vo vrstve  E  sa cez deň praktický utlmí. V noci sa útlm vo vrstve  E  podstatne zmenší, nastáva odraz a stredné vlny sa šíria prízemnou aj priestorovou vlnou. Pretože vzdialenosti, ktorými sa obidve vlny šíria sú rozličné, môže na mieste príjmu nastať medzi nimi fázový posun, ktorý sa následkom zmien v odrazovej vrstve mení a má za následok kolísanie príjmu - únik.  Ten sa pri stredných vlnách prejavuje v kratšom čase ( niekoľko sekúnd ) a desaťnásobným rozdielom intenzity príjmu. Únik môže nastať aj interferenciou priestorových vĺn s rozličným počtom odrazov od ionosféry.
       Okrem úniku, ktorý sa prejavuje len zmenou amplitúdy prijímaného signálu, sa môže prejaviť tiež únik, ktorý spôsobí nepríjemné skreslenie signálu. Tento, tzv.  selektívny únik  vzniká náhodným utlmením niektorej časti vysokofrekvenčného spektra rádiovej vlny v ionosfére.
       Veľmi nepriaznivo sa selektívny únik prejaví, ak dôjde k potlačeniu nosnej frekvencie v spektre prenášanej vlny. V prijímači sa výrazne zníži riadiace napätie AVC čo spôsobí, že prijímač zosilňuje prijímaný signál maximálnou možnou mierou, čo má za následok jeho silné skreslenie. Na toto selektívne skreslenie sú málo citlivé rádiové signály, ktoré sa prenášajú v úzkom frekvenčnom pásme, alebo s potlačenou nosnou frekvenciou, napr. systémy SSB.
       Ešte jeden nežiadúci úkaz sprevádza šírenie elektromagnetických vĺn tohoto frekvenčného pásma. Ak pracuje nejaký výkonný vysielač A v miestach, v ktorých sa od ionosféry odráža signál iného vzdialeného vysielača B, môžu v rytme signálu vysielača A prebiehať v ionosfére také zmeny, že odrazená vlna vysielača B je modulovaná tiež modulačným signálom vysielača A. Tento nežiadúci úkaz vzniká vlastne krížovou moduláciou v ionosfére. Najväčší rušiaci účinok tohto druhu majú stanice, ktoré pracujú na najdlhších vlnách rozsahu stredných vĺn.
       Na záver môžeme povedať, že rozdiely v sile príjmu stredných vĺn cez deň a v noci sú teda veľké, ročné kolísanie sa prejavuje len cez deň zlepšením príjmu v zimnom období.

       Medzi krátke vlny  ( f = 6 až 30 MHz ) zaraďujeme aj tzv.  medzipásmo.  ( f = 1,6 až 6 MHz ) Vplyvom veľkého útlmu krátkych vĺn v polovodivom prostredí povrchu zeme sa tieto vlny šíria prízemnými vlnami pri obvyklých výkonoch vysielačov len do vzdialenosti niekoľkých desiatok kilometrov. Krátke vlny sa šíria prevažne ionosférickými priestorovými vlnami, ktoré môžu jednoduchým alebo niekoľkonásobným odrazom od horných vrstiev ionosféry a zeme sprostredkovať spojenie na veľké vzdialenosti ( obr.4 ). Odrazovou vrstvou je vrstva  F.  Cez vrstvu  E  prechádzajú, no z časti sa v nej utlmujú. Útlm sa však zmenšuje s druhou mocninou frekvencie prenikajúcej vlny. To znamená, že vlny s vyššími frekvenciami sú menej tlmené.
       Krátke vlny síce umožňujú spojenie na najväčšie vzdialenosti, no majú aj rad nevýhod. V prvom rade je to nestálosť odrazovej vrstvy  F,  čím je zapríčinená nestálosť podmienok šírenia krátkych vĺn. Nestálosť odrazovej vrstvy  F  zapríčiňuje aj oveľa väčší vplyv úniku, oproti tomu aký vzniká pri stredných vlnách. Vrstva  F  silne podlieha tzv.  ionosférickým búrkam,  ktoré spôsobujú narušenie jej štruktúry, alebo jej úplný rozklad. Rozklad vrstvy  F  má za následok dočasné úplné prerušenie krátkovlného spojenia, tzv.  Dellingerov jav.
       Ďalším nevhodným javom pri použití krátkych vĺn je vytváranie  hluchých pásiem,  t.j. miest, kde nie je možný príjem ( obr.7 ). Prízemné vlny, ktoré sú veľmi tlmené, dosiahnu len určitú vzdialenosť A od vysielača. Priestorové vlny, ktoré sa odrážajú od ionosféry až pri určitom uhle dopadu sa odrazia tak, že umožnia príjem až na mieste B. Teda priestor medzi bodmi A a B nemá možnosť príjmu, je to hluché pásmo -  pásmo ticha.
       Pretože krátke vlny sú pri šírení priestorovou vlnou málo tlmené, šíria sa od vysielača k prijímaču nielen najkratšou cestou, ale aj obehnutím zemegule, čím vzniká ozvena. To zhoršuje čitateľnosť prenášaných správ.

       Veľmi krátke vlny  ( f = 30 až 300 MHz ) sa šíria priamymi priestorovými vlnami. S ionosférickými odrazmi sa môžeme stretnúť len veľmi zriedka. Pri prenose signálov s frekvenciami nad 100 MHz sa s ionosférickými odrazmi nestretávame vôbec.
       Dráhy rádiové vlny sa zakrivujú len na takých prekážkach, ktorých rozmery sú menšie ako vlnová dĺžka elektromagnetického poľa. Nerovnosti zemského povrchu majú rozmery vždy porovnateľné alebo väčšie, ako je vlnová dĺžka veľmi krátkych vĺn. Preto k zakrivenie dráh týchto vĺn pozdĺž zemského povrchu nedochádza, takže ich dosah je najčastejšie v oblasti priamej viditeľnosti medzi vysielacou a prijímacou anténou ( obr.2 ).
       Za určitých meteorologických podmienok sa môžu v ovzduší vytvoriť súvislé  inverzné vrstvy,  t.j. vrstvy vzduchu, v ktorých teplota vzduchu s výškou stúpa, alebo vlhkosť vzduchu klesá omnoho rýchlejšie, ako je to bežné v štandardnej atmosfére. Obidva tieto javy spôsobujú zvýšenie lámavosti atmosféry, takže sa dráha rádiových vĺn značne zakrivuje k zemskému povrchu. Tento jav sa nazýva  superrefrakcia.  Oblasť troposféry, v ktorej najčastejšie tento jav nastáva, sa niekedy nazýva  atmosferický vlnovod.  Keď sa rádiové vlny dostanú do takéhoto vlnovodu, môžu sa nimi šíriť i na vzdialenosti značne presahujúce vzdialenosť priamej viditeľnosti.

  Decimetrové vlny  ( f = 0,3 až 3 GHz ) sa používajú výhradne pre spojenia do vzdialenosti priamej viditeľnosti. Pri šírení cez prekážky však vznikajú ostré tiene prakticky bez signálu.

  Centimetrové vlny  ( f =3 až 30 GHz ) sa používajú tiež výhradne pre spojenia do vzdialenosti priamej viditeľnosti. U týchto vĺn sa vplyv atmosféry uplatňuje zväčšeným útlmom spôsobeným dažďovými zrážkami a rezonančnou absorpciou plynov v atmosfére. Na frekvencii 30 GHz sa prejavuje citeľný útlm už pri hmle a mraze.

  Milimetrové vlny  ( f = 30 až 300 GHz ) podliehajú silne vplyvom počasia. Silné tlmenie spôsobuje už hmla a pri silnom daždi signál prakticky úplne zmizne.

  Signály s frekvenciami f > 300 GHz  sú tlmené hlavne rozptylom na drobných časticiach ovzdušia ( prach, dym, vodné zrážky ), rozptylom na vrstvách ovzdušia a rezonančnou absorpciou.

       Ako ukážku uvádzam graf, ktorý znázorňuje výber tzv.  rádiového okna,  t.j. frekvenčného pásma, ktoré sa používa na družicové spojenie, napr. na prenos televízneho signálu. Keďže toto spojenie sa uskutočňuje tak v atmosfére zeme ako aj mimo nej, t.j. v medziplanetárnom priestore ( družica je umiestnená vysoko nad oblasťou ionosféry ) na takto šíriaci sa signál už nepôsobia len molekuly vodných pár, vzdušných plynov a mikročastice rôznych nečistôt, ktoré ich utlmujú, ale aj rušivé vplyvy kozmického žiarenia, ktoré sa prejavuje okrem iného zvýšením úrovne šumu - zhoršuje odstup signálu od šumu prenášanej rádiovej vlny. Z grafu je vidieť, že tento šum je energeticky výrazný asi do 1 až 2 GHz.
       Asi nad 20 GHz sa uplatňuje výrazne selektívne tlmenie vodných par, atmosférického kyslíka a ďalších skutočností, ktoré už boli spomínané vyššie. Teda na družicové spojenie ostáva ako jediná vhodná oblasť frekvenčné pásmo od asi 1 do 20 GHz.
       Pre úplnosť uvádzam, že plná čiara na grafe znázorňuje priebeh tlmenia pri elevečnom uhle 90° , čo je na rovníku a čiarkovaná čiara znázorňuje priebeh tlmenia pod elevačným uhlom 30°, čo zodpovedá našim zemepisným šírkam.