Šíření elektromagnetického vlnění

průřez zemskou atmosférou

Šíření elektromagnetického vlnění v oblasti Země je značně ovlivňováno zemskou atmosférou, jejíž průřez je schematicky zakreslen na obrázku. Nejvyšší vrstva zemské atmosféry se nazývá po svém objeviteli vrstvou Heavisideovou (ionosféra) a dělí se na tzv. vrstvy D, E, Fl a F2, které mají význačnou úlohu v šíření elektromagnetických vln rozhlasových pásem (s výhradou velmi krátkých vln).

Vzhledem k tomu, že sluneční paprsky ozařující příslušnou část ionosféry, uvolňují určitá množství elektronů a tak způsobují menší či větší elektrickou vodivost jejích vrstev, dochází podle stupně vodivosti k odrazům elektromagnetického vlnění v daném místě. Stupeň ionizace závisí na sluneční činnosti. Obecně vzrůstá stupeň ionizace od nejméně ionizované dolní vrstvy D k nejvíce ionizované vrstvě F2. Dolní vrstva zpravidla odráží vlny nižšího kmitočtu, zatímco vyšší kmitočty se postupně odrážejí od vyšších vrstev. Pro velmi vysoké kmitočty však netvoří zábranu ani odrazivost vrstvy F2, a tak pronikají do kosmického prostoru (spojení a řízení družic). Odrazivost ionosféry je tedy různá podle kmitočtu elektromagnetického vlnění.


Pro rozhlasové vysílání se používají tato dohodnutá pásma:
dlouhé vlny [DV, LF, B.km, kilometrické] (150 kHz až 300 kHz), 2000 až 1000 m
střední vlny [SV, MF, B.hm, hektometrické] (515 kHz až 1620 kHz), 584 až 185 m
krátké vlny [KV, HF, B.dam, dekametrické] (6,0 MHz až 30,0 MHz), 50 až 10 m
velmi krátké vlny [VKV] pásmo CCIR-K (66 MHz až 74 MHz), 4,55 až 4,05 m (dnes se téměř nevyužívá)
velmi krátké vlny [VKV, VHF, B.m, metrické] pásmo CCIR-G (87,4 MHz až 108 MHz), 3,43 až 2,74 m

Jedním z důvodů pro rozdělení kmitočtového spektra elektromagnetických vln do více vlnových pásem je právě různý způsob jejich šíření vzhledem ke kmitočtu a vlivu ionosféry. Zásadně sice platí, že elektromagnetické vlnění se šíří z antény vysílače kulovými vlnoplochami, ovšem čím je kmitočet vlnění vyšší, tím spíše se uplatní nežádoucí vliv překážek na přímočaré dráze mezi vysílací a přijímací anténou.

Elektromagnetické vlnění v rozhlasovém pásmu dlouhých vln se šíří převážně povrchovou (přízemní) vlnou (sledující zemský povrch), neboť prostorová složka vlnění je absorbována vrstvou D zemské atmosféry. Dosah dlouhovlnného vysílače může být až několik tisíc kilometrů a tedy závisí pouze na výkonu vysílače. Přenos v pásmu dlouhých vln je rovnoměrný bez větších výkyvů, avšak je značně rušen atmosférickými a průmyslovými poruchami. Proto se od vysílání rozhlasu na tomto pásmu upouští.

V pásmu středních vln, které je rozhlasovými vysílači hustě obsazeno, se elektromagnetické vlnění šíří jak povrchovou, tak i prostorovou vlnou. Přízemní vlna však dosahuje u silných středovlnných vysílačů vzdálenosti poněkud kratší než u dlouhovlnných, a sice asi 450 km. Prostorová vlna pak je během dne absorbována vrstvou D. Večer a v noci toto pohlcování vymizí (neboť vrstva D existuje jen za dne) a prostorová vlna se odráží od vrstvy E zpět k Zemi. V této době se tedy značně zvětšuje dosah prostorové vlny, a tím se i zlepšují podmínky pro příjem vzdálenějších stanic, které ve dne jinak nelze zachytit na běžných přijímačích.
Protože ionizovaná vrstva E je dosti nesourodá, odrážejí se vlny v různých výškách, a tím se zároveň mění i dráha odražené prostorové vlny. Tam, kde se odražená prostorová vlna setkává s vlnou přízemní, dochází podle jejich fází k jejich součtu nebo rozdílu. Příje
m se tedy střídavě zesiluje a zaniká, hlavně za svítání a navečer, kdy se jednak mění pohltivost vrstvy D, jednak ionizace vrstvy E. Toto zeslabování se nazývá “únik” (fading) a nastává při příjmu vzdálenějších stanic.
Středovlnné pásmo je méně citlivé k atmosférickým poruchám, a k rušení průmyslovými zdroji, avšak přijatelný příjem vzdálených stanic je umožněn pouze dobrou anténou.

V pásmu krátkých vln dosahuje přízemní vlna pouze vzdálenosti asi třiceti kilometrů (na kmitočtu 25 MHz); naproti tomu prostorová vlna víckrát odražená neztrácí na své intenzitě a je vhodná především pro příjem vzdálených stanic. Vzhledem k denním proměnnám v ionosféře je však pro příjem vysílače z daného směru vhodná pouze určitá denní, popř. noční doba.
V prostoru za dosahem přízemní vlny, ale ještě před dopadem odražené prostorové vlny, vzniká tzv. pásmo přeslechu. Je obvykle tak rozlehlé; že u nás jsou slyšitelné vesměs krátkovlnné zahraniční vysilače. Pásmo přeslechu má různou šířku podle toho, na jaké vlnové délce vysílač v
poměrně širokém krátkovlnném pásmu vysílá. Krátké vlny jsou při respektování stavu ionosféry tedy vhodné pro dálková spojení. Zvláštní zřetel je dále zapotřebí věnovat zvýšené sluneční činnosti, která podstatně ovlivňuje příjem na krátkých vlnách, což je pro amatérská spojení mimořádně důležité.

V pásmech velmi krátkých vln se za normálních okolností vliv ionizace horních vrstev atmosféry neuplatní a prostorová vlna uniká do kosmu. Pouze při výjimečně intenzívní sluneční činnosti může za určitých okolností vrstva F2 odrážet nižší kmitočty pásma velmi krátkých vln. Někdy nastanou v letních měsících mimořádně příznivé podmínky, které umožňují dálkový příjem na velmi krátkých vlnách, a to odrazem od vrstvy E nebo F2. Takový dálkový příjem netrvá ovšem dlouho, zpravidla méně než 1 hodinu. Mimořádné podmínky nastávají za zvýšené sluneční činnosti dané jedenáctiletým a stodesetiletým pravidelným obdobím.
Pro příjem elektromagnetického vlnění v pásmech
velmi krátkých vln se využívá povrchové přímé vlny (šířící se obdobně jako světlo). Tam, kde je tedy z místa příjmu přímo vidět vysílač, bývá zaručen i jakostní příjem. Proto je třeba, aby anténa vysílače byla umístěna co nejvýše, aby tak byla zajištěna viditelnost z mnoha míst.
Přímá vlna se v terénu odráží od každé větší překážky, zejména od vodivých předmětů. Pro odraz je rozhodující velikost překážky vzhledem k vlnové délce; jsou-li rozměry překážky malé, vznikne v nejnepříznivějším případě pouze ohyb a vlna se neodrazí. Tak vznikají za překážkou odstíněná místa, kd
e je příjem značně zhoršený. Vliv překážek je velmi patrný při televizním příjmu, méně při rozhlasovém. Přesto však překážky způsobují, že mnohdy i v blízkosti vysílače je příjem velmi špatný (např. za souvisle probíhajícími pahorky apod.). Značný vliv mají překážky na stereofonní příjem, kdy vlivem odrazů dochází k fázovým posuvům, a tak zhoršenému rozlišení obou kanálů. Dosah vysílače v pásmu velmi krátkých vln tedy závisí na jeho výkonu a na výšce antény nad terénem, a činí nejvýše 200 km. Tato hranice ovšem neplatí pro systémy s družicemi.

ZPĚT NA RÁDIA