Výukový program Elektromagnetické vlny obsahuje:
  Rádiové spektrum     Mikrovlny a milimetrové vlny     Označení pásem radaru / IEEE     Polarizace    

Rádiové signály existují jako forma elektromagnetických vln. Jedná se o stejnou formu záření jako světlo, ultrafialové, infračervené atd., liší se pouze vlnovou délkou nebo frekvencí záření.

Elektromagnetické vlny jsou klíčem k modernímu životu. Používají se v mnoha oblastech a moderní život by byl úplně jiný, kdybychom je nemohli používat. modemové komunikační systémy, radar a spousta dalších věcí by bez nich prostě byly možné.

Elektromagnetické záření může procházet mnoha formami prostředí. Vzduch a volný prostor tvoří ideální média. Vodivá média, jako jsou kovy, však tvoří bariéru, kterou neprocházejí. Existují také některá média, kterými mohou cestovat, ale jsou utlumeni

Aplikace elektromagnetických vln

V dnešní době je elektromagnetické vlnění velmi rozšířené. Používají se pro aplikace, jako je rádiová komunikace a vysílání, kde se rádiové signály používají k přenosu dat v té či oné formě z vysílacího místa do jiného.

Elektromagnetické vlny se používají pro vše od tradičního vysílání a rádiové komunikace až po nejnovější mobilní komunikaci s krátkým dosahem 5G mmwave vysokorychlostních spojů, stejně jako bezdrátové sítě Wi-Fi a mnoho dalšího.

Další aplikací pro elektromagnetické vlny je navigace. Existuje mnoho různých technik a systémů používaných od starých hyperbolických systémů až po moderní satelitní navigaci. To vše využívá elektromagnetické vlny.

K detekci a sledování se používají elektromagnetické vlny. Radar je toho klíčovým příkladem. Radar se používá pro vše od sledování polohy na tradičních radarových obrazovkách pro letectví a námořní účely, po sledování rychlosti pomocí dopplerovských radarů a také pro další aplikace, jako je geofyzikální radar pro detekci toho, co je pod zemí.

Elektromagnetické vlny – základy e/m záření

Elektromagnetické vlny neboli e/m záření mají dvě složky. Záření je tvořeno elektrickými a magnetickými součástmi, které jsou neoddělitelné. Roviny polí jsou v pravém úhlu k sobě navzájem a ke směru, kterým se vlna šíří.

Tradiční způsob, jak pochopit, co jsou elektromagnetické vlny, je považovat je za synchronizované oscilace elektrických a magnetických polí – jinými slovy pole skládající se z elektrických i magnetických polí, která oscilují společně.

Je užitečné vidět, odkud vycházejí různé prvky vlny, abyste získali úplnější pochopení elektromagnetických vln. Elektrická složka vlny je výsledkem změn napětí, ke kterým dochází, když je prvek antény buzen střídavým tvarem vlny.

Siločáry v elektrickém poli probíhají podél stejné osy jako anténa, ale šíří se, když se od ní vzdalují. Toto elektrické pole se měří v podmínkách změny potenciálu na danou vzdálenost, např. voltů na metr, a toto je známé jako intenzita pole.

Tato míra se často používá při měření intenzity elektromagnetické vlny v určitém bodě. Druhá složka, jmenovitě magnetické pole, je v pravém úhlu k elektrickému poli, a proto je v pravém úhlu k rovině antény. Vzniká jako výsledek toku proudu v anténě.

Stejně jako jiné formy elektromagnetických vln se mohou rádiové signály odrážet, lámat a podléhat difrakci. Ve skutečnosti některé z prvních experimentů s rádiovými vlnami tyto skutečnosti prokázaly a byly použity k vytvoření spojení mezi rádiovými vlnami a světelnými paprsky.

Klíčové aspekty elektromagnetického vlnění

Existuje řada základních vlastností elektromagnetických vln nebo jakýchkoli opakujících se vln, které jsou obzvláště důležité.

Frekvence, vlnová délka a rychlost jsou tři klíčové parametry pro jakoukoli elektromagnetickou vlnu.

Rychlost vlny E/m

rychlost elektromagnetických vln byla pro vědce po mnoho let něco, co bylo obtížné měřit. Zpočátku se zajímali pouze o rychlost světla, protože povaha elektromagnetických vln nebyla pochopena.

Pomocí přístrojů byla rychlost světla byla měřena překvapivě přesně. Když byly objeveny rádiové vlny, jedním z prvních měření bylo měření rychlosti, kterou se pohybovaly. To bylo jedno potvrzení, že jsou stejnou formou záření jako světlo.

Rádiové vlny se šíří stejnou rychlostí jako světlo. Pro většinu praktických účelů se rychlost považuje za 300 000 000 metrů za sekundu, i když přesnější hodnota je 299 792 500 metrů za sekundu.

Přestože jsou mimořádně rychlé, stále jim trvá omezený čas, než urazí danou vzdálenost. U moderních radiových technik je třeba vzít v úvahu dobu, za kterou se signál rozšíří na určitou vzdálenost.

Radar například využívá k určení vzdálenosti cíle skutečnost, že signálům trvá určitou dobu, než se přenesou. Jiné aplikace, jako jsou mobilní telefony, musí také brát v úvahu dobu, kterou signály potřebují, aby se zajistilo, že kritické načasování v systému nebude narušeno a signály se nebudou překrývat.

E/m vlnová délka

Toto je vzdálenost mezi daným bodem v jednom cyklu a stejným bodem v dalším cyklu, jak je znázorněno. Nejjednodušší body jsou vrcholy, protože ty jsou často nejsnáze k nalezení.

Vlnová délka se používala v počátcích rádia nebo bezdrátového připojení k určení polohy signálu na stupnici rádiového přijímače. Dnes se sice k tomuto účelu nepoužívá, přesto je důležitou vlastností jakéhokoli rádiového signálu nebo vlastně elektromagnetického vlnění.

Vlnová délka rádiové vlny určuje mnoho aspektů návrhu elektronických obvodů a RF designu. Vše od velikosti rádiových antén až po povolené vzdálenosti v deskách plošných spojů.

Frekvence

Frekvence elektromagnetického vlnění a zejména rádiového signálu je tím, co určuje jeho polohu v rámci rádiového spektra. Je vidět na stupnicích rádiových přijímačů, stejně jako na mnoha dalších elektronických zařízeních

Frekvence signálu je počet, kolikrát se určitý bod na vlně pohybuje nahoru a dolů za daný čas (obvykle za sekundu). Jednotkou frekvence je Hertz a rovná se jednomu cyklu za sekundu.

Tato jednotka je pojmenována po německém vědci, který objevil rádiové vlny. Frekvence používané v rádiu jsou obvykle velmi vysoké. V souladu s tím jsou často vidět předpony kilo, Mega a Giga. 1 kHz je 1000 Hz, 1 MHz je milion Hertzů a 1 GHz je tisíc milionů Hertzů, tj. 1000 MHz. Původně nebyla jednotka frekvence pojmenována a byly používány cykly za sekundu (c/s). Některé starší knihy mohou tyto jednotky zobrazovat společně s jejich předponami: kc/s; Mc/s atd. pro vyšší frekvence.

Převod frekvence na vlnovou délku

Ačkoli vlnová délka byla používána jako míra pro signály, dnes jsou používány výhradně frekvence. Je velmi snadné přepočítat frekvenci na vlnovou délku, protože jsou spojeny rychlostí světla, jak je znázorněno:

Kde
    λ = vlnová délka v metrech
    f = frekvence v Hertzech
    c = rychlost rádiových vln (světla) brána jako 300 000 000 metrů za sekundu pro všechny praktické účely.

Maxwellovy rovnice

Maxwellovy rovnice jsou způsob, jakým jsou elektromagnetické vlny popsány matematicky.

Rovnice podrobně popisují způsob, jakým existují elektromagnetické vlny, a ve skutečnosti rovnice vymyslel James Clerk Maxwell dříve, než kdokoli věděl, co jsou elektromagnetické vlny.

Až když Heinrich Hertz podnikl experimenty, dokázal prokázat, že některé vlny, které detekoval, byly elektromagnetické vlny Maxwellových rovnic.

Jak šel čas, získalo se mnohem větší porozumění těmto vlnám a pochopilo se, že světlo a další formy záření jsou stejné a jsou to elektromagnetické vlny: rádiové vlny, světlo, infračervené, ultrafialové atd.

Elektromagnetické vlny jsou klíčem k rádiové a bezdrátové komunikaci. Skutečnost, že se mohou šířit na obrovské vzdálenosti a také se odrážet, lámat a ohýbat, znamená, že se po mnoho let používají jako základ pro rádiovou komunikaci na všechny vzdálenosti od několika centimetrů až po mnoho stovek tisíc nebo milionů km.