Warto przeczytać

Fale radiowe to promieniowanie elektromagnetyczne o największych długościach fal, czyli najmniejszych częstotliwościach. Ich długości mierzone są w metrach, a nawet w kilometrach. Fale radiowe, jak inne rodzaje fal elektromagnetycznych, rozchodzą się w próżni z prędkością światła $c=3·{10}^8\frac{m}{s}$.

Fale radiowe odkrył w 1886 roku niemiecki fizyk Heinrich Hertz. Przeprowadził systematyczne badania odkrytych fal. Stwierdził, że fale elektromagnetyczne odbijają się od metalowych przedmiotów. Zbudował ogromny pryzmat z parafiny, aby zbadać zjawisko załamywania fal radiowych. Dlaczego ogromny? Rozmiar pryzmatu musi przekraczać długość fali, aby załamanie fali było możliwe. Wyznaczył eksperymentalnie długość wytwarzanych fal – wynosiła ona 4 m. Wykazał, że fale elektromagnetyczne rozchodzą się z prędkością światła oraz, że są falami poprzecznymi, co oznacza, że kierunek drgań wektora natężenia pola elektrycznego jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali. Udowodnił tym samym słuszność równań Maxwella, które przewidywały istnienie takich właśnie fal.

Falę elektromagnetyczną charakteryzuje:

• częstotliwość $\nu$, czyli liczba pełnych zmian pola magnetycznego i elektrycznego w ciągu jednej sekundy, wyrażona w hercach (Hz), $1Hz=1s^{-1}$.

• długość fali $\lambda$, czyli odległość między sąsiednimi punktami, w których pole elektryczne i magnetyczne mają taką samą fazę.

Wielkości te są ze sobą związane: im większa jest częstotliwość, tym mniejsza długość fali:

gdzie $c$ jest prędkością światła.

Źródłem fal radiowych są anteny zasilane prądem przemiennym odpowiedniej częstotliwości. Naturalne źródła fal radiowych to między innymi wyładowania atmosferyczne, zorze polarneZorza polarnazorze polarne, radiogalaktykiRadiogalaktykaradiogalaktyki.

Tradycyjnie fale radiowe dzielimy na:

Fal radiowych używamy przede wszystkim do komunikacji, ponieważ rozchodzą się łatwo w atmosferze, a także pod wodą. Propagacja silnie zależy od długości fali. Ważną rolę w przesyłaniu i odbiorze fal radiowych odgrywa jonosfera. Jest to górna część atmosfery ziemskiej, zjonizowana przez promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie dochodzące od Słońca. Rozciąga się od wysokości 60 km do około 800 km nad powierzchnią Ziemi (Rys. 1.).

R6gehX7J54cmj

Rys. 1. Ilustracja zawiera 3 rysunki. Rysunek a pokazuje, jak rozchodzą się w atmosferze fale długie. W centrum znajduje się kula ziemska. Otacza ją współśrodkowy okrąg, podpisany jako jonosfera. Z powierzchni ziemi wychodzi krótki odcinek, symbolizujący maszt, z którego wysyłane są fale radiowe. Fale przedstawione są jako łuki zakończone strzałkami, wychodzące z końca masztu na lewo i na prawo. Fale biegną wzdłuż powierzchni ziemi. Rysunek b pokazuje, jak rozchodzą się w atmosferze fale krótkie. W centrum znajduje się kula ziemska. Otacza ją współśrodkowy okrąg, podpisany jako jonosfera. Z powierzchni ziemi wychodzi krótki odcinek, symbolizujący maszt, z którego wysyłane są fale radiowe. Fale poruszają się wzdłuż linii prostych i odbijają się od jonosfery. Pokazany jest przykładowy promień w postaci odcinka ze strzałką skierowaną ukośnie w prawo i w górę. Promień po odbiciu od jonosfery biegnie w dół. Ponownie odbija się od jonosfery i dochodzi do powierzchni Ziemi po drugiej stronie kuli ziemskiej. Rysunek c pokazuje, jak rozchodzą się w atmosferze fale ultrakrótkie. W centrum znajduje się kula ziemska. Otacza ją współśrodkowy okrąg, podpisany jako jonosfera. Z powierzchni ziemi wychodzi krótki odcinek, symbolizujący maszt, z którego wysyłane są fale radiowe. Fale poruszają się wzdłuż linii prostych. Pokazany jest przykładowy promień w postaci odcinka ze strzałką skierowaną w górę. Promień ten przechodzi przez jonosferę. Inne promienie to strzałki skierowane w kierunku powierzchni ziemi.

Fale długie, dzięki zjawisku ugięcia fali (dyfrakcji), rozchodzą się wzdłuż powierzchni Ziemi. (Rys. 1a.). Jeśli nadajnik ma odpowiednio dużą moc, mogą dochodzić nawet na odległość 1000 km. Woda nie stanowi dla nich przeszkody, dlatego używa się ich do łączności z łodziami podwodnymi.

Fale krótkie ulegają odbiciu od jonosfery. Po kilkukrotnym odbiciu sygnał nadajnika może powrócić do powierzchni Ziemi i dotrzeć bardzo daleko, czasem na druga półkulę (Rys. 1b.). Fale krótkie używane są przez radioamatorów. Jednak łączność czasem im się urywa, bo zdolność odbijania fal przez jonosferę zależy od warunków, jakie w niej akurat panują.

Fale ultrakrótkie, o długości poniżej metra, rozchodzą się od nadajnika po liniach prostych, podobnie jak światło widzialne (Rys. 1c.). Fale te wykorzystuje się w radiofonii UKF, telewizji, Wi Fi, Bluetooth, itp. Fale ultrakrótkie nie są pochłaniane przez jonosferę, dlatego mogą służyć do łączności satelitarnej.

Widmo promieniowania elektromagnetycznego nie jest ograniczone od strony fal długich. Fale elektromagnetyczne o największych rejestrowanych długościach, czyli najmniejszych częstotliwościach, odpowiadają skrajnemu obszarowi widma fal radiowych, określanemu jako skrajnie niskie częstotliwości i oznaczanemu ELF (Extremely Low Frequency). Fale takie mają długości od 10 do 100 tysięcy kilometrów, co odpowiada częstotliwościom z zakresu od 3 do 30 Hz. W naturalny sposób fale o takich długościach powstają w atmosferze ziemskiej. Źródłem takich fal mogą być wyładowania elektryczne w atmosferze.

Słowniczek