Fale elektromagnetyczne

i ich podział

Michał Sitarz kl. III Nb

Fala elektromagnetyczna

Fale elektromagnetyczne są to zaburzenia pola elektromagnetycznego.
W pustej przestrzeni pole elekromagnetyczne opisane jest układem
równań Maxwella o postaci równania falowego (poniżej). W zależności od
długości fali fale e-m określa się mianem fal radiowych (długich, średnich,
krótkich, ultrakrótkich i mikrofal) itd.

gdzie:
Δ – laplasjan,
H – wektor natężenia pola magnetycznego,
E – wektor natężenia pola elektrostatycznego,
c – prędkość fazowa światła

Fale radiowe (promieniowanie radiowe) – promieniowanie
elektromagnetyczne, które może być wytwarzane przez prąd
przemienny płynący w antenie. Uznaje się, że falami radiowymi są fale
o częstotliwości 3 kHz – 3 THz (3·10

3

– 3·10

12

Hz). Wg literatury

zachodniej zakres częstotliwości obejmuje fale od 3 Hz. Zależnie od
długości dzielą się na pasma radiowe.

Źródła fal radiowych:



naturalne: wyładowania atmosferyczne, zjawiska geologiczne we
wnętrzu Ziemi, zorze polarne, gwiazdy, radiogalaktyki



sztuczne

◦

zamierzone: nadajnik radiowy,

◦

zakłócenia/szumy: silniki komutatorowe, instalacje prądu
przemiennego (50/60 Hz; 400 Hz), styczniki, komputery, kuchenka
mikrofalowa, przetwornice zasilające, falowniki i regulatory
tyrystorowe, piece indukcyjne i łukowe, spawarki, zapłon
elektryczny (iskrowy) silników cieplnych, lampy wyładowcze,
eksplozja nuklearna (impuls elektromagnetyczny).

Propagacja Fal Radiowych

Propagacja fal radiowych – rozprzestrzenianie się fal radiowych
zależne zarówno od właściwości samych fal (np. częstotliwości,
polaryzacji), jak i warunków panujących w środowisku, w którym fale
te się rozchodzą.

W zależności od decydującego wpływu środowiska na sposoby
rozchodzenia się fal radiowych rozróżnia się następujące ich rodzaje:



fala w wolnej przestrzeni,



fala przyziemna,



fala troposferyczna,



fala jonosferyczna.

Pojęciem

wolnej przestrzeni

określa się idealną próżnię, w której

fale radiowe rozchodzą się w sposób całkowicie swobodny.
Przykładem takiej wolnej przestrzeni jest przestrzeń kosmiczna.

Fala przyziemna może rozchodzić się jako:



fala przestrzenna (bezpośrednia lub odbita od powierzchni Ziemi)



fala powierzchniowa (jest emitowana przez antenę nadawczą,
umieszczoną na niewielkiej wysokości nad Ziemią, i rozchodzi się
wzdłuż jej powierzchni)

Rozchodzenie się

fali przyziemnej

w dużym stopniu zależy od

parametrów elektrycznych powierzchniowych warstw Ziemi (od jej
struktury, temperatury, wilgotności) oraz pokrycia terenowego (lasy,
budynki itp.).

Falą troposferyczną

nazywa się falę, która dociera do odbiornika

dzięki refrakcji (załamaniu) w troposferze. Rozchodzenie się fal
radiowych w troposferze w dużym stopniu jest uzależnione od
warunków meteorologicznych, które wpływają na wielkość
odchylenia fali od prostoliniowej propagacji w warstwie oraz poprzez
tłumienie energii fal przez mgłę i opady atmosferyczne.

Falą jonosferyczną

nazywa się falę, która dociera do odbiornika

dzięki odbiciu od warstwy o określonej gęstości swobodnych
elektronów w częściowo zjonizowanej jonosferze. Dotyczy to głównie
propagacji fal krótkich. Podstawowym źródłem jonizacji zewnętrznej
atmosfery ziemskiej jest promieniowanie Słońca, promieniowanie
kosmiczne, być może nawet światło Księżyca (szczególnie w pełni),
a na wysokości około 100 km – meteory.

Rozchodzenie się fal

Fale długie

obejmują zakres częstotliwości od 30 do 300 kHz (od

10 do 1 km). Fale dłuższe od 20 km nazywają się falami bardzo
długimi. Fale długie rozchodzą się w postaci fali powierzchniowej na
dość duże odległości. Jednakże już w odległości 1000 do 2000 km od
nadajnika natężenie pola fali jonosferycznej przewyższa natężenie
fali powierzchniowej. Warunki propagacyjne fal długich ulegają
małym i powolnym zmianom w czasie, bardziej zmieniając się w
okresach anomalnej jonizacji w niskiej jonosferze, rejestrowanej po
rozbłyskach.

Fale średnie

obejmują zakres częstotliwości od 300 kHz do 3 MHz

(od 1000 do 100 m) i rozchodzą się w przestrzeni zarówno jako fale
powierzchniowe, jak również jako fale jonosferyczne.
Odbiór tych fal jest zapewniony przez całą dobę na dość równym
poziomie w zasięgu około 60–120 km (zależnie od długości fali i
mocy nadajnika). Radiostacje bardziej odległe (300–1500 km) są
odbierane tylko nocą dzięki falom odbitym od niższych warstw
jonosfery. Odbiór fal odbitych ulega dość silnym wahaniom, zaś
wzajemna interferencja fali przyziemnej i odbitej od jonosfery,
powoduje powstanie zaników sygnału odbieranego, któremu
towarzyszą silne zniekształcenia nieliniowe i liniowe. O zasięgu
dziennym na falach średnich decydują fale powierzchniowe.
Największy zasięg uzyskuje się nad morzem, a najmniejszy w
terenie pagórkowatym oraz ponad obszarami o małej przewodności
(piaski, nawierzchnie z piaskowca w obszarach zurbanizowanych).

Fale krótkie

obejmują zakres częstotliwości od 3 MHz do 30 MHz

(od 100 do 10 m). Fale powierzchniowe tego zakresu zanikają już w
odległości od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Odbiór fal krótkich
odbywa się głównie z wykorzystaniem fal jonosferycznych.
Wśród wielu czynników decydujących o propagacji fal krótkich
bardzo istotne są zmiany poziomu aktywności słonecznej. Średnio co
11 lat na powierzchni Słońca, gdy obserwuje się wiele plam
słonecznych, rejestrowane są rozbłyski słoneczne, które ograniczają
zakres propagacji fali jonosferycznej.

Zakres

fal ultrakrótkich

obejmuje częstotliwości od 30 MHz do 300

MHz (od 10 do 1 m). Fale te zwykle nie odbijają się od jonosfery. Fale
ultrakrótkie – podobnie jak światło – są falami
elektromagnetycznymi, dobrze przenikają np. przez mgłę i dym, ale
także poprzez jonosferę umożliwiając, poza niektórymi etapami lotu,
łączność z kosmonautami i statkami kosmicznymi. Wyjątkiem jest
propagacja spowodowana pojawieniem się sporadycznej warstwy
Es, dzięki której sygnał stacji radiowej można odebrać nawet od
kilkuset do kilku tysięcy kilometrów od nadajnika.
Obszarem najlepszego odbioru fal ultrakrótkich jest zawsze obszar
widzialności optycznej. Poza horyzontem optycznym natężenie pola
elektromagnetycznego wytwarzanego przez nadajnik
ultrakrótkofalowy szybko maleje.

Podział pasma radiowego

Nazwa fal

Skrót

Częstotliwość

Długość

Nazwa
angielska

Skrót angielski Uwagi

3-30 Hz

10-100 tys. km

Extremely low
frequency

ELF

30-300 Hz

1-10 tys. km

Super low
frequency

SLF

300-3000 Hz

100-1000 km

Ultra low
frequency

ULF

fale
myriametrowe,
fale bardzo
długie

3-30 kHz

10-100 km

Very low
frequency

VLF

fale
kilometrowe,
fale długie

Dł, DF, D

30-300 kHz

1-10 km

Low frequency

LF

fale
hektometrowe,
fale średnie

Śr, ŚF, Ś

300-3000 kHz

100-1000 m

Medium frequency MF

fale
dekametrowe,
fale krótkie

KF, KR, K

3-30 MHz

10-100 m

High frequency

HF

fale metrowe,
fale ultrakrótkie

UKF

30-300 MHz

1-10 m

Very high
frequency

VHF

fale
decymetrowe

VKF

300-3000 MHz

100-1000 mm

Ultra high
frequency

UHF

mikrofale

fale
centymetrowe

3-30 GHz

10-100 mm

Super high
frequency

SHF

fale milimetrowe

30-300 GHz

1-10 mm

Extremely high
frequency

EHF

Fale
submilimetrowe

300-3000 GHz

100-1000 μm

Dziękuję za uwagę 