Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Rádiové vlny objavil v roku 1886 nemecký fyzik Heinrich Hertz. Skúmal ich vlastnosti a dokázal, že ide o elektromagnetické vlny, ktorých existenciu predpovedali Maxwellove rovnice. Samotný vedec si neuvedomoval význam svojho objavu. Keď sa ho novinár spýtal, na čo by sa dali použiť rádiové vlny, ktoré objavil, odpovedal kategoricky: „Myslím, že nič. A predsa si dnes nevieme predstaviť svoj život bez zariadení využívajúcich rádiové vlny.

Rádiové vlny sú elektromagnetické žiarenie s najdlhšími vlnovými dĺžkami, t.j. najnižšie frekvencie. Ich dĺžka sa meria v metroch a dokonca kilometroch. Rádiové vlny, podobne ako iné typy elektromagnetických vĺn, sa šíria vo vákuu rýchlosťou svetla c ≈ 300 000 000 m/s .

Obmedzenie pásma rádiových vĺn je podmienené. Predpokladá sa, že ide o vlny s dĺžkou väčšou ako 0,3 m a frekvenciou menšou ako 1000 MHz. Mikrovlny s vyššou frekvenciou sa niekedy označujú ako rádiové vlny.

Prvé aplikácie rádiových vĺn v rádiu a televízii

Najskoršie aplikácie rádiových vĺn sú zrejmé - rádio a televízia.

Vysielatelia v Európe a väčšine sveta dnes využívajú pásmo UKF (VHF) a vysielajú programy vo frekvenčnom rozsahu 87,5-108 MHz.

História vynálezu rádia je dosť dramatická. Počiatočnú zásluhu na tom mal Marconi, ktorý v roku 1909 dostal Nobelovu cenu za vynález rádia. Nikola Tesla, inžinier srbského pôvodu, však tvrdil, že Marconi pri svojom vynáleze použil jeho predchádzajúce práce. Dlhé súdne procesy viedli Teslu k bankrotu. Až po jeho smrti v roku 1943 uznal Najvyšší súd USA Teslove patentové práva a teraz je považovaný za vynálezcu rádia.

Ako funguje rádio?

Vysielač rádia pozostáva z dvoch hlavných komponentov: oscilátora a modulátora.

  • Generátor generuje nosnú vlnu, čo je sínusová vlna rádiovej frekvencie.
  • Modulátor mení nosnú vlnu podľa vysielaného modulačného signálu, ktorým je prenášaný zvuk. Modulačný signál vzniká v mikrofóne, ktorý premieňa zvukové vlny na elektrický signál s frekvenciou zodpovedajúcou frekvencii zvukových vĺn.

Modulačný signál môže zmeniť nosnú vlnu dvoma spôsobmi:

    zmena frekvencie - tomu sa hovorí frekvenčná modulácia (takto modulované vlny sa nazývajú FM),
  1. zavedením zmien amplitúdy - toto sa nazýva amplitúdová modulácia (takto modulované vlny sa nazývajú AM).

Na základe medzinárodných dohôd o vysielaní sa na ultrakrátkych vlnách používa frekvenčne modulovaný (FM) prenos a na dlhých, stredných a krátkych vlnách amplitúdovo modulovaný (AM).

Modulované vlny sú prijímané rádiom. V prijímači nastáva opačný proces: modulácie prijímanej vlny sa premieňajú na elektrický signál. V reproduktore tento signál spôsobí rozkmitanie membrány, čo následne rozvibruje vzduch a vytvorí akustickú vlnu.

Ako funguje televízia?

Spôsob fungovania televízie je zložitejší. Televízia v širšom zmysle znamená digitálne kódovanie obrazu a zvuku a ich prenos pomocou rádiových vĺn v rozsahu 50 - 220 MHz.

Vynálezcom televízie, vďaka ktorej sa už niekoľko generácií môžeme zúčastňovať podujatí po celom svete, bol škótsky inžinier John Logie Baird. Prvý televízny prenos, z Londýna do New Yorku, sa uskutočnil 27. januára 1928.Skutočná popularita televízie prišla po druhej svetovej vojne.

Použitie rádiových vĺn v spektroskopii

Rádiové vlny v rozsahu 60 - 900 MHz sa používajú v nukleárnej magnetickej rezonančnej spektroskopii (skrátene MR). Princíp tejto metódy je založený na interakcii magnetických polí s magnetickými momentmi atómových jadier. Zvyčajne sú to jadrá vodíka, t.j. protóny.

Vodíkové jadrá absorbujú energiu rádiových vĺn určitej frekvencie a potom ju rozdávajú, pričom vyžarujú vlny rovnakej frekvencie. Tieto signály zariadenie zachytí a vy môžete presne určiť miesto emisie. Zaznamenaný signál závisí od typu molekuly a líši sa pre tuky, bielkoviny, vodu a iné zlúčeniny bohaté na vodík, čo umožňuje rozlíšiť medzi typmi a hustotou tkanív. Týmto spôsobom možno študovať chemickú štruktúru látok. Pre chemikov je magnetická rezonancia spoľahlivou metódou identifikácie organických zlúčenín. V biochémii sa táto metóda používa na stanovenie obsahu vody a sušiny v potravinách.

Využitie rádiových vĺn v medicíne

V medicíne je magnetická rezonancia (MRI) jednou z najpresnejších metód neinvazívneho vyšetrenia vnútorných orgánov človeka (obr. 1).

Táto metóda umožňuje hodnotiť anatomické štruktúry celého tela alebo jednotlivých orgánov s presnosťou len na niekoľko milimetrov. Orgány a tkanivá možno podrobne skúmať v akejkoľvek rovine, dokonca aj trojrozmerne. MR dokáže odhaliť rušivé zmeny (napríklad rakovinu) a poskytuje o nich množstvo informácií. Je to veľmi citlivá a bezpečná zobrazovacia metóda. Toto vyšetrenie nevyužíva škodlivé ionizujúce žiarenie (röntgenové žiarenie) ako iné zobrazovacie modality.

Ryža. 1. Prístroj na zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI).

Aplikácia rádiových vĺn v astronómii

Detekcia rádiových vĺn hrá dôležitú úlohu v astronomickom výskume.Toto je jediný rozsah elektromagnetického žiarenia okrem viditeľného svetla, ktorý voľne preniká atmosférou. Rádiové vlny prichádzajúce z vesmíru nesú informácie o exotických objektoch. Napríklad pulzary sú neutrónové hviezdy, ktoré pravidelne vysielajú rádiové impulzy. Rádiové vlny nie sú absorbované prachom, čo zabraňuje pozorovaniu mnohých objektov vo viditeľnom svetle.

Konštrukcia rádioteleskopu pozostáva z parabolickej paraboly, čiže reflektora, ktorý sústreďuje rádiové vlny do ohniska, kde je umiestnený prijímač (obr. 2).

Ryža. 2. Rádioteleskop

Rádiové signály z veľkých vzdialeností sú veľmi slabé. Na registráciu takýchto signálov sú potrebné obrovské rádiové antény. Najväčšia rádioastronomická anténa FAST na svete sa nachádza v Číne. Nachádza sa v prírodnej depresii a jej misa má priemer 500 m.

Rádiové teleskopy sú často kombinované do väčších systémov, ktoré fungujú ako interferometre. To zvyšuje ich použiteľnú citlivosť a rozlíšenie.

Príkladom je veľmi veľké pole rádioteleskopov umiestnených v Mexiku (podrobnosti pozri Wikipedia – Very Large Array) (obr. 3). Pole rádioteleskopov využíva fenomén interferencie rádiových vĺn na zosilnenie signálu prijatého z vesmíru. Vzdialenosti medzi ďalekohľadmi sú rádovo niekoľko metrov, čo zodpovedá dĺžke rádiovej vlny.

Ryža. 3. Veľmi veľké pole v Mexiku

V regiónoch so slabo rozvinutou telekomunikačnou infraštruktúrou sa dobre osvedčila satelitná komunikácia využívajúca rádiové vlny s frekvenciou niekoľkých desiatok megahertzov. Komunikácia medzi telefónmi sa uskutočňuje prostredníctvom prenosovej stanice, nazývanej transpondér, umiestnenej na umelom satelite Zeme. Signály sa prenášajú z telefónu do transpondéra pomocou vlny vyššej frekvencie a vracajú sa späť pomocou vlny nižšej frekvencie.

Referencie

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

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Budova