MiniElektrikář 15. - Elektromagnetické vlny

1. Vznik a způsob šíření
Elektromagnetické záření (též elektromagnetické vlny) je kombinace příčného postupného vlnění magnetického a elektrického pole tedy elektromagnetického pole. Elektromagnetickým zářením se zabývá obor fyziky nazvaný elektrodynamika, což je podobor elektromagnetismu. Infračerveným zářením, viditelným světlem a ultrafialovým zářením (viz níže) se zabývá optika.

Viditelné světlo je elektromagnetické záření o vlnové délce 400–750 nm. Vlnové délky světla leží mezi vlnovými délkami ultrafialového záření a infračerveného záření.

Jakýkoli elektrický náboj pohybující se s nenulovým zrychlením vyzařuje elektromagnetické vlnění. Když vodičem (nebo jiným objektem, např. anténou) prochází střídavý elektrický proud, vyzařuje elektromagnetické záření o frekvenci proudu. Na elektromagnetické záření se stejně jako na cokoliv jiného dá nahlížet jako na vlnu nebo proud částic. Jako vlnu je charakterizuje rychlost šíření (rovná rychlosti světla ve vakuu), vlnová délka a frekvence. Částicí elektromagnetického vlnění je foton.

Energie fotonu

E = hf

h = 6,626 × 10−34 J·s = 4,14 × 10−15

eV·s je Planckova konstanta,

f je frekvence.

Elektromagnetické pole může ve vodiči indukovat napětí a naopak, toho se využívá v anténách. Elektromagnetické vlnění mohou pohlcovat molekuly, přijatá energie se bude přeměňovat na teplo. Toho se využívá v mikrovlnné troubě.

Vlastním přenašečem elektrické energie je právě elektromagnetické pole jako takové (nikoliv tedy ani napětí ani proud, což jsou pouze vnější projevy tohoto pole).

2. Vztah mezi délkou vlny a kmitočtem

Mezi vlnovou délkou l,
kmitočtem f a
rychlostí šíření v

je vztah:

l = v / f 

3. Využití

TV, rozhlasové, satelitní vysilání, radiolokační služby, datové služby.
Telekomunikace.

4. Rozdělení vlnových pásem (rozhlasové a televizní)

Řazeno sestupně podle vlnové délky:

- Rádiové vlny
Rádiové vlny (též rádiové záření) je část spektra elektromagnetického záření s vlnovými délkami od 1 milimetru až po tisíce kilometrů. Vzniká mimo jiné v obvodu střídavého proudu, k němuž je připojena anténa.

• Extrémě dlouhé vlny (EDV, angl. ELF), frekvence 300 Hz - 3 kHz
• Vekmi dlouhé vlny (VDV, angl. VLF), frekvence 3 kHz - 30 kHz
  (námořní a letecká navigace, meteo služba)
• Dlouhé vlny (DV, angl. LF), frekvence 30 kHz - 300 kHz
  (radiokomunikace, meteo služba)
• Střední vlny (SV, angl. MW, také označované jako AM), frekvence 0,3 MHz - 3 MHz
  (rozhlas, radionavigace, komunikace na malé a střední vzdálenosti)
• Krátké vlny (KV, angl. HF, také označované jako SW), frekvence 3 MHz - 30 MHz
  (radiokomunikace na střední a velké vzdálenosti)
• Velmi krátké vlny (VKV, angl. VHF, také označované jako FM), frekvence 30 - 300 Mhz
  (TV kanály I. - III. pásmo)
• Ultra krátké vlny (UKV, angl. UHF), frekvence 0,3 GHz - 3 GHz
  (TV kanály IV. - V. pásmo, digitální TV, další radiokomunikační služby - mobil, WiFi, ...)
• Super krátké vlny (SKV, angl. SHF), frekvence 3 GHz - 30 GHz
  (satelit, telekomunikace, radioreléové spoje)
• Extrémně krátké vlny (EKV, angl. EHF), frekvence 30 - 300 GHz
  (radar, letecký výškoměr, přistávací a říční radar)

- Terahertzové záření
- Infračervené záření
- Světlo
- Ultrafialové záření
- Rentgenové záření
- Gama záření

5. Antény, druhy a jejich použití

Definice: Anténa je zařízení pro vyzařování nebo příjem radiových vln.Antény jsou hraniční prvek mezi přenosovým prostředím a vedením (výjimečně přímo zdrojem vf energie). Slouží k trasnformaci vysokofrekvenční energie vedenou vodičem do volného prostoru a opačně. Dalšími úkoly antény je nasměrovat vyzářenou energii do patřičného prostoru, impedančně přizpůsobit vedení s volným prostorem, odfiltrovat nežádoucí kmitočty a nastavit polorizaci.

Přenosové prostředí je zpravidla tvořeno vzduchem nebo vesmírným prostorem, ojediněle však může představovat půdu, vodu nebo jiné méně obvyklé prostředí. Pod vedením rozumíme napájecí vedení – různé druhy vodičů (koaxiální, dvouvodičové…) a vlnovodů.

Nejzákladnější dělení antén je na:

• vysílací
• přijímací.

Pro antény ale platí princip duality a reciprocity, který nám říká, že většina parametrů je pro oba směry stejná.

Základní druhy antén:

• Izotropická anténakterá vyzařuje elektromagnetickou energii rovnoměrně do všech směrů. Její prostorová zisková charakteristika je ideální koule a zisk ve všech směrech odpovídá jedné (0 dB). Naproti tomu jakákoliv skutečná anténa vyzařuje do některých směrů víc energie než do jiných.
• Půlvlnný dipól
• Parabolická anténa

nebo

• Lineární antény
• Plošné antény
• Magnetické antény

nebo

• Drátové antény
• Plošné antény
• Reflektrovoé antény
• Anténní čočky
• Anténní řady

6. Anténní napáječe
Slouží k zesílení signálu pro koncový stupeň (přenášení elektromagnetické energii s co nejmenšími ztrátami).

• Symetrické/souměrnévedení (angl. balanced)
• Nesymetrické/nesouměrné vedení (unbalanced)