Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Radiové vlny objevil v roce 1886 německý fyzik Heinrich Hertz. Zkoumal jejich vlastnosti a dokázal, že jde o elektromagnetické vlny, jejichž existenci předpověděly Maxwellovy rovnice. Sám vědec si význam svého objevu neuvědomoval. Když se ho novinář zeptal, k čemu by se daly použít rádiové vlny, které objevil, odpověděl kategoricky: „Myslím, že nic.“ A přesto si dnes neumíme představit svůj život bez zařízení využívajících rádiové vlny.

Radiové vlny jsou elektromagnetické záření s nejdelšími vlnovými délkami, tzn. nejnižší frekvence. Jejich délka se měří v metrech a dokonce kilometrech. Rádiové vlny se stejně jako jiné typy elektromagnetických vln šíří ve vakuu rychlostí světla c ≈ 300 000 000 m/s .

Omezení pásma rádiových vln je podmíněné. Předpokládá se, že se jedná o vlny s délkou větší než 0,3 m a frekvencí menší než 1000 MHz. Mikrovlny s vyšší frekvencí se někdy označují jako rádiové vlny.

První aplikace rádiových vln v rádiu a televizi

Nejčasnější aplikace rádiových vln jsou zřejmé - rádio a televize.

Vysílatelé v Evropě a většině světa dnes využívají pásmo UKF (VHF) a vysílají programy v kmitočtovém rozsahu 87,5-108 MHz.

Historie vynálezu rádia je poměrně dramatická. Počáteční zásluhu na tom měl Marconi, který v roce 1909 obdržel Nobelovu cenu za vynález rádia. Nikola Tesla, inženýr srbského původu, však tvrdil, že Marconi ve svém vynálezu použil jeho předchozí práci. Dlouhá soudní řízení dovedla Teslu k bankrotu. Teprve po jeho smrti v roce 1943 uznal nejvyšší soud USA Teslova patentová práva a nyní je považován za vynálezce rádia.

Jak funguje rádio?

Rádiový vysílač se skládá ze dvou hlavních součástí: oscilátoru a modulátoru.

  • Generátor generuje nosnou vlnu, což je sinusovka rádiové frekvence.
  • Modulátor mění nosnou vlnu v souladu s modulačním signálem vysílaným k němu, což je přenášený zvuk. Modulační signál vzniká v mikrofonu, který převádí zvukové vlny na elektrický signál s frekvencí odpovídající frekvenci zvukových vln.

Modulační signál může změnit nosnou vlnu dvěma způsoby:

    změna frekvence - tomu se říká frekvenční modulace (takto modulované vlny se nazývají FM),
  1. zavedením změn amplitudy - tomu se říká amplitudová modulace (takto modulované vlny se nazývají AM).

Na základě mezinárodních dohod o vysílání se na ultrakrátkých vlnách používá frekvenčně modulovaný (FM) přenos a na dlouhých, středních a krátkých vlnách amplitudově modulovaný (AM).

Modulované vlny jsou přijímány rádiem. V přijímači dochází k opačnému procesu: modulace přijímané vlny jsou převedeny na elektrický signál. V reproduktoru tento signál způsobí vibraci membrány, což následně způsobí vibrace vzduchu a vytvoření akustické vlny.

Jak funguje televize?

Způsob fungování televize je složitější. Televize v širokém slova smyslu znamená digitální kódování obrazu a zvuku a jejich přenos pomocí rádiových vln v rozsahu 50 - 220 MHz.

Vynálezcem televize, díky kterému se již několik generací můžeme účastnit dění po celém světě, byl skotský inženýr John Logie Baird. První televizní přenos z Londýna do New Yorku se uskutečnil 27. ledna 1928.Skutečná popularita televize přišla po druhé světové válce.

Použití rádiových vln ve spektroskopii

Radiovlny v rozsahu 60 - 900 MHz se používají v nukleární magnetické rezonanční spektroskopii (zkráceně MR). Princip této metody je založen na interakci magnetických polí s magnetickými momenty atomových jader. Obvykle se jedná o vodíková jádra, tzn. protony.

Vodíková jádra absorbují energii rádiových vln určité frekvence a poté ji rozdávají, přičemž vyzařují vlny stejné frekvence. Tyto signály zařízení zachytí a vy můžete přesně určit místo emise. Zaznamenaný signál závisí na typu molekuly a liší se u tuků, bílkovin, vody a dalších sloučenin bohatých na vodík, což umožňuje rozlišovat mezi typy a hustotou tkání. Tímto způsobem lze studovat chemickou strukturu látek. Pro chemiky je magnetická rezonance spolehlivou metodou pro identifikaci organických sloučenin. V biochemii se tato metoda používá ke stanovení obsahu vody a sušiny v potravinách.

Využití rádiových vln v medicíně

V medicíně je magnetická rezonance (MRI) jednou z nejpřesnějších metod neinvazivního vyšetření vnitřních orgánů člověka (obr. 1).

Tato metoda umožňuje vyhodnotit anatomické struktury celého těla nebo jednotlivých orgánů s přesností pouhých několika milimetrů. Orgány a tkáně lze podrobně zkoumat v jakékoli rovině, dokonce i trojrozměrně. MR dokáže detekovat rušivé změny (např. rakovinu) a poskytuje o nich mnoho informací. Je to velmi citlivá a bezpečná zobrazovací metoda. Toto vyšetření nevyužívá škodlivé ionizující záření (rentgenové záření) jako jiné zobrazovací modality.

Rýže. 1. Přístroj pro zobrazování magnetickou rezonancí (MRI).

Využití rádiových vln v astronomii

Detekce rádiových vln hraje důležitou roli v astronomickém výzkumu.Toto je jediný rozsah elektromagnetického záření, kromě viditelného světla, který volně proniká atmosférou. Rádiové vlny přicházející z vesmíru přenášejí informace o exotických objektech. Například pulsary jsou neutronové hvězdy, které pravidelně vysílají rádiové pulsy. Rádiové vlny nejsou pohlcovány prachem, což zabraňuje pozorování mnoha objektů ve viditelném světle.

Konstrukce radioteleskopu se skládá z parabolické paraboly, tedy reflektoru, který zaostřuje rádiové vlny do ohniska, kde je umístěn přijímač (obr. 2).

Rýže. 2. Radioteleskop

Rádiové signály z velkých vzdáleností jsou velmi slabé. K registraci takových signálů jsou zapotřebí velké rádiové antény. Největší radioastronomická anténa FAST na světě se nachází v Číně. Nachází se v přírodní prohlubni a její mísa má průměr 500 m.

Radioteleskopy jsou často kombinovány do větších systémů, které fungují jako interferometry. To zvyšuje jejich použitelnou citlivost a rozlišení.

Příkladem je velmi velké pole radioteleskopů umístěných v Mexiku (podrobnosti viz Wikipedia – Very Large Array) (obr. 3). Pole radioteleskopů využívá fenomén interference rádiových vln k zesílení signálu přijímaného z vesmíru. Vzdálenosti mezi dalekohledy jsou v řádu několika metrů, což odpovídá délce rádiové vlny.

Rýže. 3. Very Large Array v Mexiku

V regionech s nedostatečně rozvinutou telekomunikační infrastrukturou se dobře osvědčila satelitní komunikace využívající rádiové vlny o frekvenci několika desítek megahertzů. Komunikace mezi telefony je navázána přes přenosovou stanici, nazývanou transpondér, umístěnou na umělé družici Země. Signály jsou přenášeny z telefonu do transpondéru pomocí vlny s vyšší frekvencí a vraceny zpět pomocí vlny s nižší frekvencí.

Reference

    Ellingson, Stephen W. (2016). Inženýrství rádiových systémů. Cambridge University Press.
  1. Edwards, Steven A. "Heinrich Hertz a elektromagnetické záření" . American Association for the Advancement of Science
  2. M. P. Doluchanov. Šíření rádiových vln. M.: Sov. rádio, 1972.
  3. B. V. Nikolskij, T. I. Nikolskaja. Elektrodynamika a šíření rádiových vln. M.: Nauka, 1989. S. 467.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Budova