1. Rozchodzenie się i podział fal radiowych 

Cechą każdego systemu radiowego jest 

przekazywanie informacji (dźwięku) przez 
środowisko propagacji fal radiowych. 
Przetwarzanie wiadomości, nadawanie i odbiór 
sygnałów radiowych zależą od układu i konstrukcji 
urządzeń nadawczo-odbiorczych, czyli od działań 
człowieka, natomiast warunki propagacji fal 
radiowych zależą od wielu czynników i 
okoliczności, pozostających poza wpływem 
człowieka.

 

W każdym miejscu, czasie i zakresie częstotliwości 
istnieją w sensie statystycznym pewne warunki 
propagacyjne, których znajomość jest konieczna do 
optymalnego projektowania i stosowania systemów 
radiowych, Zakres częstotliwości wykorzystywany w 
systemach radiowych jest bardzo szeroki i obejmuje 
częstotliwości od kilku kHz do setek GHz.

 

Częstotliwości te odpowiadają falom radiowym o 
długościach od kilkudziesięciu kilometrów do 
części milimetra. Między długością fali 
elektromagnetycznej  λ, częstotliwością  f, a 
prędkością rozchodzenia się fali v występuje 
zależność: 

f

v

⋅

=

λ

 

Dla fal elektromagnetycznych rozchodzących się w 
wolnej przestrzeni, prędkość rozchodzenia się fali 
jest równa prędkości  światła w próżni, w związku z 
czym

 

długość fali oblicza się ze wzoru:

 

f

c

=

λ

 

gdzie:

 

   λ - długość fali elektromagnetycznej [m],

 

   f - częstotliwość fali elektromagnetycznej [Hz],

 

   c = 3· 10

8

  - prędkość światła w próżni [m/s]. 

 

W  środowiskach innych jak próżnia prędkość 
rozchodzenia się fali elektromagnetycznej jest 
zawsze mniejsza od prędkości  światła i zależy od 
przenikalności elektrycznej danego środowiska. 
Prędkość rozchodzenia się fali w danym środowisku 
oblicza się ze wzoru:

 

r

c

v

ε

=

 

Oprócz dekadowego podziału częstotliwości 
radiowych często stosuje się jeszcze tradycyjny 
podział widma częstotliwości na zakresy, który 
przedstawiono w tabeli 2.

 

Tabela. 2. Tradycyjny podział widma częstotliwości radiowych

 

 

Nazwa zakresu  

Oznaczenie zakresu  

Długość fali[λ] 

Częstotliwość fali [f]  

fale bardzo długie  

VLF  

powyżej 20 km  

poniżej 15 kHz  

fale długie  

LF  

20 - 1 km  

15 - 300 kHz  

fale średnie  

MF  

1000 - 200 m  

100 - 1500 kHz  

fale pośrednie  

-  

200 - 100 m  

1.5 - 3 MHz  

fale krótkie  

HF  

100 - 10 m  

3 - 30 MHz  

fale ultrakrótkie  

VHF, UHF  

10 - l m  

30 - 300 MHz  

mikrofale  

SHF  

poniżej 1 m  

powyżej 300 MHz  

Przy nadawaniu fal radiowych stosuje się dwa rodzaje emisji:

 

z modulacją amplitudy — AM,

 

z modulacją częstotliwości — FM.  

Podział fal radiowych z emisją AM:

 

fale długie (LF) — od 150 kHz do 285 kHz,

 

fale średnie (MF) — od 520 kHz do 1620 kHz,

 

fale krótkie (HF) — od 3,95 MHz do 26,1 MHz.  

Podział fal radiowych z emisją FM: 

standard OIRT

1

: od (65,5 MHz do 74,0 MHz) ± 50 kHz,

 

standard CCIR

2

: od (87,5 MHz do 108,0 MHz) ± 50 kHz. 

1 

OIRT — Organisation International de Radiodiffusion et Television (tzw. standard wschodni). 

2 

CCIR — Comite Consultatif International de Radiocommunication (tzw. standard zachodni). 

2. Rodzaje i sposób rozchodzenia się fal radiowych 

 
Fale radiowe można podzielić na podstawie charakteru drogi, wzdłuż której docierają one od nadajnika do 

odbiornika. W zależności od położenia dwóch punktów w przestrzeni, między którymi istnieje łączność 
radiowa, można wyróżnić trzy przypadki rozchodzenia się fal:

 

a) Ziemia — Ziemia, 
b) Ziemia — kosmos, 
c) kosmos — kosmos. 

W przypadku a) mamy do czynienia z rozchodzeniem się fal w otoczeniu Ziemi. Podział tych fal przedstawiono 
na rys. l, a sposób ich rozchodzenia — na rys. 2. 

 

 

Rys. l. Podział fal rozchodzących się w otoczeniu 
Ziemi

  

 

Rys. 2. Sposób rozchodzenia się fal w otoczeniu 
Ziemi, l — fala powierzchniowa, 2 — fala 
troposferyczna, 3 — fala jonosferyczna, 4 — fala 
przestrzenna; a, b — fala odbita, c — fala 
bezpośrednia, N— nadajnik, O — odbiornik 

 

2.1.  Polaryzacja i krótka charakterystyka fal 

 

Polaryzacja fali zależy  od tego, w jakiej 

płaszczyźnie drga wektor pola elektrycznego E, który 
jest zgodny z kierunkiem linii sił tego  pola. 
Promieniowane fale mogą mieć polaryzację poziomą 
(rys. 3) lub pionową (rys. 4). Spotyka się także inne 
rodzaje polaryzacji, np. kołową, eliptyczną. 
Propagacja fali elektromagnetycznej jest związana z 
przenoszeniem energii. Miarą tej energii może być 
np. moc przepływająca przez l m

2

 powierzchni 

prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali. W 
praktyce dogodniejsze jest operowanie tylko 
składową elektryczną fali i określania wartości 
skutecznej pola E  tej fali, podawanej w V/m. 
Wygoda polega na bezpośredniej interpretacji 

pomiarowej tej wielkości. Fala elektromagnetyczna 
napotykając na swej drodze przewodnik wywołuje 
w nim przepływ prądu. Występuje tu analogia do 
powstawania prądu w przewodzie objętym 
działaniem zmiennego pola magnetycznego. 
Upraszczając zagadnienie (pomijając relacje między 
długością fali a długością przewodu), można 
przyjąć,  że np. fala indukująca w przewodzie 
pomiarowym o długości l m siłę elektromotoryczną 
o wartości 25µV ma natężenie 25 µV/m. Silę 
elektromotoryczną, wywołaną przepływem prądu 
mierzymy oczywiście między końcami przewodu 
pomiarowego. 

 

 

Rys. 3. Polaryzacja pozioma H (horizontal — poziom; linie sil 
pola elektrycznego E  promieniowanej fali są równoległe do 
powierzchni Ziemi)  
 
 
 

 

 

 

 

 

Rys. 4. Polaryzacja pionowa V (vertical — pion; linie sił 

pola elektrycznego E promieniowanej fali są prostopadłe do 
powierzchni

 Ziemi)

   

 

 

Fala przyziemna rozchodzi się blisko powierzchni 
Ziemi i dzieli się na falę powierzchniową i 
przestrzenną. 

 

Fala powierzchniowa jest promieniowana przez 
antenę nadawczą umieszczoną bezpośrednio na 
powierzchni Ziemi i rozchodzi się wzdłuż tej 
powierzchni. Zawiera się w zakresie bardzo niskich 
częstotliwości i może rozchodzić się na tysiące 
kilometrów:

 

do kilku tys. km dla fal z zakresu VLF, do kilkuset 
km dla fal z zakresu MF, do kilkudziesięciu km dla 
fal z zakresu HF. 

 

Fala jonosferyczna to taka fala, która dociera do 
odbiornika dzięki odbiciu od jonosfery i zawiera się 
w zakresie fal średnich i krótkich. Dla fal 
ultrakrótkich

 

o częstotliwości od 30 do 50 MHz jonosfera staje się 
„przezroczysta" i fale przenikająją, rozchodząc się w 
kosmos. Dla tego zakresu fal jonosfera przestaje 
działać jak reflektor i dlatego w łączności 
satelitarnej stosuje się fale o bardzo wysokich 
częstotliwościach SHF, EHF. 

 

Fala troposferyczna jest to fala, która dociera do 
odbiornika dzięki dyfrakcji i refrakcji fal w 
troposferze. Umożliwia to budowanie 
pozahoryzontalnych, naziemnych stacji radiowych o 
zasięgu 200-1000 km.  

 
 

 

2.2.  Anteny 

 

Antena jest elementem odwracalnym. Oznacza 

to, że antena może dokonywać przemiany energii w 
obu kierunkach — prądu w.cz. na falę 
elektromagnetyczną i fali elektromagnetycznej na 
prąd (siłę elektromotoryczną). Antena nadawcza 
może być odbiorczą i na odwrót. Ewentualne 
różnice dotyczą konstrukcji i wymiarów obu typów 
anten.

 

W przypadku idealnym pożądane byłoby, aby cała 
moc prądu zmiennego dostarczanego do anteny była 
wypromieniowana. Zbliżenie się do tego ideału 
wymaga tzw. dostrojenia anteny. (Antenę możemy 
rozpatrywać jako szczególny przypadek obwodu 
rezonansowego, złożonego z cewki, kondensatora i 
źródła energii. Obwód taki cechuje się 

częstotliwością rezonansową,  dla której amplituda 
prądu zmiennego płynącego w obwodzie osiąga 
maksimum. Jeśli w obwodzie takim, uziemionym w 
odpowiednim punkcie (rys. 5) zaczniemy rozsuwać 
okładziny kondensatora, to linie sił pola 
elektrycznego będą obejmowały coraz większą prze-
strzeń. W ostatniej fazie otrzymamy tzw. obwód 
otwarty. Charakteryzować się on będzie w dalszym 
ciągu częstotliwością rezonansową, większą niż na 
początku (ze względu na zmniejszenie pojemności 
kondensatora). Przy tej częstotliwości rezonansowej 
wypromieniowana ilość energii, doprowadzonej ze 
źródła, będzie największa. Częstotliwość ta jest 
unkcją wymiarów fizycznych anteny oraz sposobu 
jej zasilania (rys. 6).

 

 

Rys. 5. Przekształcenie zamkniętego obwodu rezonansowego w antcnc nadawczą 

 

Rys. 6. Porównanie anten Radiostacji Centralnej PR: a) stara antena ćwierćfalowa (Raszyn); b) nowa pólfalowa (Gąbin). 

Przy różnych wymiarach promieniują falę o tej samej długości — różnica wysokości jest związana ze 

sposobem zasilania. 

 

Istnieje wiele typów anten. Najważniejszy 

podział obejmuje anteny linearne i aperturowe. 
Anteny linearne mają postać przewodu (bądź układu 
przewodów) o długości znacznie większej od 
wymiarów poprzecznych. Przykładem takiej anteny 
jest zarówno maszt Radiostacji Centralnej, jak i 
antena teleskopowa radiotelefonu Trop. Do tej grupy 
zaliczamy także np. anteny

 

dipolowe czy prętowe. 

W przypadku anten aperturowych wy 
promieniowanie fali następuje z powierzchni, która 
może mieć rozmaity kształt, np. paraboliczny w 
antenach parabolicznych. 
Istotnym parametrem określającym antenę jest 
charakterystyka promieniowania. W zależności od 
potrzeb antena może być przystosowana do 

emitowania fali elektromagnetycznej z jednakową 
mocą we wszystkich kierunkach (w określonej 
płaszczyźnie). W tym przypadku mówimy o 
charakterystyce dookól-nej anteny. Charakterystykę 
taką mają niemal wszystkie anteny nadawcze 
radiofoniczne. Niekiedy istnieje potrzeba 
wyemitowania energii w ściśle określonym 
kierunku. Służą do tego anteny kierunkowe (rys. 7). 
W przypadku anten linearnych uzyskanie dużej 
kierunkowości wymaga znacznej rozbudowy anteny. 
Mówimy wtedy raczej o zespole anten. Na 
charakterystykę kierunkową anteny ma ponadto 
wpływ jej usytuowanie względem powierzchni 
Ziemi. 

 

Rys. 7. Charakterystyki kierunkowe w płaszczyźnie pionowej anteny ćwierć i pólfalowej pionowej  

(a) w płaszczyźnie poziomej dipola o różnych stosunkach długości l do długości fali  

(b) oraz charakterystyka anteny kierunkowej  

(c) w płaszczyźnie poziomej