Elektromágneses hullámok terjedése
Sokan nem
tudják elképzelni, hogy valójában mi is hordozza az ember hangját
adáskor, mi jön ki a rádióból amit mi emberek nem látunk. Nos a válasz
majdnem egyenlő a fénnyel. Ahogyan nem látjuk a röntgen, vagy az
ultraibolya sugárzást, úgy nem látjuk a rádióhullámokat sem, pedig
ugyan azok a jelenségek, csak egy valamiben különböznek: a
frekvenciában.
A bal oldali kép szemlálteti az elektromágneses hullámok felosztását a frekvencia függvényében. Míg a fény frekvenciája 1015MHz, addig a legnagyobb rádióhullámnak minősülő rezgésis csak 107MHz, vagyis nagyságrendekkel, egészen pontosan 108-oddal kissebb. A szem dícséretére legyen mondva, hogy ezt a gyors változást képes érzékelni!
De miből
is épül fel maga a rádióhullám. A neve magában hordozza azon két
összetevőt, amely segítségével képes a jel fentmaradni: ez a kettő
pedig nem más, mint az elektromos, és a mágneses tér! A rádióamatőrök,
de talán az egész emberiség szerencséjére ezen két jelenség szoros
kapcsolatban áll egymással. Fizikai tanulmányainkból talán még rémlik
az az ismeret, miszerint mozgó elektromos töltés képes maga körül
mágneses teret kelteni. Ilyen például egy vezetőkeret amelyben áramot
hajtunk keresztül. Ez a folyamat viszont visszafelé is igaz, vagyis
mozgó, vagy pontosabban időben változó erősségű mágneses mező villamos
teret gerjeszt, vagy elektromos áramot kelt a benne mozgatott
vezetőkeretben. A levegőben ugyan ez az öngerjesztő jelenség játszódik
le. Az egyik periódusban elektromos teret sugároz ki az antenna, a
másikban mágnesest. Az antennáról való leválás után ez a két tér
egymást segítve halad tovább. Az elektromos tér mágneses teret
gerjeszt, majd a mágneses elektromost. A két jelenség térbeni
irányítottsága nem egyezik meg, hanem derékszöget zár be egymással. A
folyamatot az alábbi ábra jól szemlélteti:
Kísérleti
tapasztalatok szerint, ezek a hullámok mind vákumban, mind levegőben
megközelítőleg fénysebességgel terjednek, attól minimálisan maradnak
el. Ilyen bizonyító kísérlet lehet az un. EME kapcsolat
(Earth-Moon-Earth), ahol a holdnak irányítanak rádióhullámokat, majd
precíz műszerrel mérik az út megtételéhez szükséges időt. Mivel a
Hold-Föld távolságot már korábban ki tudták számítani -fény
dopplerjelensége, vagy egyébb módszer alapján-, ezért minden adat
megvolt, hogy kiszámolják a jel terjedési sebességét. Ez minden gáznemű
közegre igaz, viszont ha a jel elnyelődik például egy antennában, és
továbbkerül a levezetőkábelbe, már másként fog viselkedni. lecsökken a
sebessége az antennakábel típusától függően. Ennek a
sebességcsökkenésnek a nagyságát adja meg a rövidülési tényező, amelyet
a fénysebességgel megszorozva, megkapjuk a jel sebességét az adott
kábelben. Külön érdekesség, a jelek terjedése párhuzamos vezető mentén.
Azok ugyanis minimális mértékben terjednek a vezetékek belsejében,
inkább a vezeték felületén, valamint a közvetlen közelében teszik ezt.
Ahhoz,
hogy ezeket a jeleket valamilyen úton fel lehessen használni, kell hogy
energiát szállítsanak, mert különben nem lehetne őket erőssíteni. Ez
viszont elkerülhetetlen, mert önmagukban csak az adóantenna közvetlen
közelében lehetne őket detektálni úgy, hogy azok hallhatóak legyenek.
Szerencsére van energiájuk, melyet a Poynting-vektorral jellemeznek, és
az elektromos, valamint a mágneses tér erejéből lehet számolni. Így
lehetővé válik, hogy több száz, de akár több ezer km-es
összeköttetéseket, vagy éppen Föld-Hold-Föld kapcsolatot hozzanak létre.
A
rádióhullámok terjedése nem stabil. A három tényező, amely a
legerősebben befolyásolja nem más, mint az időjárás, a terepviszonyok,
valamint a használt frekvencia. Az időjárás a VHF (2m-es amatőrsáv),
valamint az UHF (70cm-es amatőr-, valamint a PMR sáv) tartományban
legerőteljesebben az ún. hőmérsékleti inverzió jelenségével képes
befolyásolni a jelterjedési képességeket, általában pozitív irányban.
Ennek érdekessége, hogy jelenléténél első sorban az inverziós rétegek
alatt telepített állomások között javul fel a terjedés, míg a
magasabban telepített átjátszóállomások ilyenkor rosszabb minőségben
érhetőek el és hallhatóak vissza. A nagy nyári forróságokat kisöprő
erős hidegfrontok is képesek kiugróan jó terjedést előidézni, ám ezek
rendre csak 30-60 percig tartanak. A terepviszonyok alapjaiban
határozzák meg egy rádióállomás hatótávolságát. Mivel a rádióhullámok
is a fényhez hasonlóan terjednek, ezért törekedni kell arra, hogy minél
kevesebb tereptárgy -fa, épület, vezeték, oszlop, stb...- kerüljön az
útjukba. Az évszakokkal változó lombkorona inkább a sűrű erdős részeken
befolyásolja a terjedési viszonyokat PMR-en, viszont a wifi
frekvenciákat már erősebben érinti. A használt frekvencia a legtöbb
rádiózással ismerkedő hitével ellentétben nem egyenesen arányos, tehát
a frakvencia növelésével nem fog nőni az áthidalható hatótávolság.
Valójában inkább fordított arányosságról beszélhetünk, de ennek csak
közvetett okai vannak, ugyanis kisebb frekvencián sokkal nagyobb
jelelhajlás figyelhető meg a Föld felszine mentén, mint akár a 2m-es,
vagy a 70cm-es amatőrsávokon, így kisebb a jelveszteség. Minél magasabb
frekvenciát használunk, az annál erőteljesebben közelít az egyenes
irányú terjedéshez. Ez sajnos már a PMR-nél is erősen jelentkezik,
mivel a horizonton túlra nem lehetséges a rádiózás ezen a sávon.