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.