22) Elektromagnetické vlnění a jeho přenos na dálku

Vznik elektromagnetického vlnění

Víme:

kmitání elektromagnetického oscilátoru = pravidelná periodická přeměna elektrické energie kondenzátoru v magnetickou energii cívky a naopak

Nevýhoda:

energie nepřechází do okolí oscilátoru

V praxi:

potřebujeme ale energii ze zdroje přenášet na spotřebič (např: zdroj střídavého napětí nízké frekvence 50 Hz přenáší energii dvěma vodiči ke spotřebiči - žárovce)

Podrobnější popis realizace (pomocí dvouvodičového vedení)

zdrojem je elektromagnetický oscilátor nízké frekvence

vedení

<< R

spotřebiče

potom

zdroje

= u

spotřbiče

napětí v jednotlivých bodech vedení je pouze funkcí času

děj má ráz elektromagnetického kmitání

zdrojem je elektromagnetický oscilátor vysoké frekvence

změny napětí se šíří konečnou rychlostí

potom

změny napětí na začátku vedení dospějí ke spotřebiči s určitým zpožděním

napětí v jednotlivých bodech vedení je funkcí času a místa

děj má ráz elektromagnetického vlnění

Určení velikosti okamžitého napětí v libovolné vzdálenosti x od zdroje v případě B:

POZNÁMKY:

1) elektromagnetické vlnění se šíří rychlostí světla (J.C.Maxwell - polovina 19. století)

2) určení vlnové délky pro frekvenci 50 Hz

proto děje ve vedení mají ráz kmitání

3) pro (t/T >> x/lambda) rovnice postupného elmag. kmitání přechází v rovnici pro kmitání

4) znázornění přenosu rozruchu

Elektromagnetická vlna

víme:

pokud je dvouvodičové vedení připojeno ke zdroji harmonického napětí vysoké

frekvence,

mění se okamžitá hodnota napětí podle rovnice

potom ale

náboj podél vodičů není rozložen rovnoměrně - různá intenzita elektrického pole E -

mezi vodiči vzniká elektrické pole s nerovnoměrným rozložením siločar

ke konci vedení je připojen rezistor

(veškerá elmag. energie se přemění v jinou formu energie

- např. vnitřní)

potom proud ve vedení bude mít stejnou fázi jako napětí

kolem vedení bude současně vznikat i pole magnetické s proměnnou hodnotou

magnetické indukce B

z A i B vyplývá následující závěr:

GRAFICKY

postupná elektromagnetická vlna

SLOVNĚ

Při přenosu elektromagnetické energie dvouvodičovým vedením vzniká v prostoru mezi vodiči časově proměnné silové pole, které

má jednak složku elektrickou (E), jednak složku magnetickou (B), které jsou navzájem kolmé a nazývá se elektromagnetické pole.

Energie není přenášena samotnými vodiči, ale elektromagnetickým polem mezi nimi. Tento děj má charakter vlnění.

Poznámka:

na konci bude vedení rozpojeno

R je nekonečný - u = max - i = 0

fázový rozdíl napětí a proudu je π/2

vzniká

STOJATÉ ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ

na konci vedení můžeme pozorovat kmitnu napětí a uzel proudu

Poznámka 2:

vedení se stojatou elmag. vlnou = oscilační obvod (periodicy dochází k přeměně energie elektrického pole mezi vodiči na energii pole magnetického)

Stojaté elektromagnetické vlnění

Při přenosu elektromagnetické energie dvouvodičovým vedením vzniká v prostoru mezi vodiči časově proměnné silové pole, které má složku

elektrickou a magnetickou a nazývá se elektromagnetické pole. Energie není přenášena samotnými vodiči, ale elektromagnetickým polem mezi

nimi. Tento děj má charakter vlnění. Tak jsme dospěli k postupné elektromagnetické vlně, ale za předpokladu, že veškerá elektromagnetická energie

se na konci vedení pohltí. Pokud tomu tak není, nastává na konci vedení odraz vlnění a odražené vlnění se skládá s vlněním postupujícím a vzniká

vlnění stojaté.

Stojaté vlnění vznikne na dvouvodičovém vedení v případě, že k vedení není připojen žádný spotřebič (vedení naprázdno). Protože má konec

vedení značný odpor ( ), dosahuje napětí na konci vedení svého maxima, naopak proud zde má stále nulovou hodnotu (vedení je zde

rozpojeno). V celém vedení tedy vzniká fázový rozdíl mezi napětím a proudem . Tomu odpovídá i průběh stojatého elektromagnetického vlnění ve

vedení. Na konci vedení vzniká kmitna napětí a uzel proudu. Ve vzdálenosti je situace opačná: je zde uzel napětí a kmitna proudu.

O tom se lze přesvědčit smýkáním vodivého můstku se žárovkou po vedení: v místech kmiten napětí svítí žárovka nejvíce, v místech uzlů

napětí se nerozsvítí vůbec.

Vedení se stojatou elektromagnetickou vlnou lze přirovnat k oscilačnímu obvodu. Periodicky zde dochází k přeměně energie elektrického pole

mezi vodiči na energii magnetického pole. Ve stojaté elektromagnetické vlně je mezi časově proměnnými vektory a fázový rozdíl .

Tj. vektory a jsou na sebe navzájem kolmé.

Elektromagnetický dipól

= zařízení sloužící k vyzařování elektromagnetické energie do prostoru

VYTVOŘENÍ

rozevření konců dvouvodičového vedení o délce lambda/4 (vedení naprázdno)

PŮLVLNNÝ ELEKTROMAGNETICKÝ DIPÓL

(délka dipólu je rovna polovině vlnové délky)

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE DIPÓLU

Vlastnosti:

elektrická a magnetická složka jsou navzájem spjaty (nemohou existovat odděleně)

vektory E a B jsou navzájem kolmé a jejich změny mají ráz postupného elektromagnetického vlnění

rozložení siločar a indukčních čar je nerovnoměrné a elmag. dipól nevyzařuje energii rovnoměrně všemi směry

největší část je vyzářena ve směru kolmém k ose dipólu

ve směru osy dipólu energie vyzařována není

V praxi tvoří elmag. dipól anténu

slouží nejen k vyzařování ale i k příjmu elmag. energie

Vlastnosti a šíření elektromagnetického vlnění

Vlastnosti elektromagnetického vlnění

Stručný přehled základních vlastností:

1) Elektromagnetická vlna má dvě navzájem neoddělitelné složky

složka elektrická - charakterizována vektorem E

složka magnetická - charakterizována vektorem B

2) Vektory E a B jsou navzájem kolmé a jsou kolmé i ke směru šíření vlnění

postupná elektromagnetická vlna - souhlasná fáze E i B

stojatá elektromagnetická vlna - fáze posunuta o π/2

3) Elektromagnetické vlnění je vlnění příčné

4) Elektromagnetická vlna je lineárně polarizována (směr vektorů E a B se nemění)

vektor E leží v rovině dipólu

vektor B leží v rovině kolmé k dipólu

5) Ohyb a odraz elmag. vlnění se řídí stejnými pravidly jako mechanické vlnění

překážka = vodivá plocha, odraz musí splňovat zákon odrazu

rozměry překážky srovnatelné s λ nebo menší - nastává ohyb

rozměry překážky větší než λ - za překážkou stín

6) Interference (skládání) elektromagnetického vlnění (obdoba mechanického vlnění)

přímá a odražená vlna spolu interferují a výsledná amplituda závisí na dráhovém rozdílu ∆l

a) ∆l = 2k . λ/2 (k = 0,1,2, ...) vlnění se setkávají se stejnou fází - zvětšení amplitudy - zesílení výsledného vlnění

b) ∆l = (2k+1) . λ/2 (k = 0,1,2, ...) vlnění se setkávají s opačnou fází - zmenšení amplitudy - zeslabení výsledného vlnění

7) Vliv prostředí na rychlost šíření elektromagnetického vlnění

víme:

ve vakuu je rychlost elmag. vlnění: c = 300 000 km/s (c = rychlost světla)

v jiném prostředí:

(bez důkazu: vztah vyplývá z Maxwellovy teorie elmag. pole)

8) Šíření elektromagnetického vlnění

dlouhé a střední vlny (ohyb vlnění podél zemského povrchu) - příjem i v členitém terénu

velmi krátké vlny (VKV rozhlas a televize) - přímá viditelnost mezi vysílačem a přijímačem

krátké vlny (odraz od ionosféry - ta se chová vůči elmag. vlnění jako vodivá plocha)

poznámka:

RADAR = zařízení využívající odrazu vlnění od sledovaného objektu

Vlastnosti elektromagnetického vlnění

Některé vlastnosti jsme již poznali v předešlém výkladu:

1. elektromagnetická vlna má dvě vzájemně neoddělitelné složky: elektrickou, charakterizovanou vektorem elektrické intenzity ,

a magnetickou charakterizovanou vektorem magnetické indukce

Naprosto ekvivalentního popisu bychom dosáhli pomocí vektorů elektrické indukce a magnetické intenzity , ale použití vektorů a

pro popis elektromagnetického vlnění je výhodnější. Elektrická intenzita a magnetická indukce totiž závisí na prostředí, kterým se

elektromagnetická vlna šíří, zatímco elektrická indukce a magnetická intenzita jsou ve všech prostředích stejné a nezávisí na permitivitě ani

permeabilitě prostředí. (To znamená, že ve výrazech pro velikost resp. nevystupuje permitivita resp. permeabilita prostředí.)

2. vektory a jsou vzájemně kolmé, v postupné elektromagnetické vlně mají souhlasnou fázi a jejich kmity probíhají napříč směru,

kterým se vlnění šíří

3. elektromagnetické vlnění je tedy vlnění příčné

Elektromagnetické vlnění je popsané vektory a . Jejich směr není pevně dán, ale v každém okamžiku jsou na sebe navzájem kolmé

a navíc jsou oba kolmé na směr šíření vlnění. Oba vektory a mohou měnit svojí velikost, mohou se otáčet, … ale vždy musí být splněny

podmínky na vzájemnou kolmost a kolmost na směr šíření vlny.

Řada z vlastností elektromagnetického vlnění je detailně probrána i v optice.

Šíření elektromagnetického vlnění

Vlastnosti elektromagnetického vlnění se projevují hlavně při šíření vln prostorem. Jevy, k nimž při tom dochází, souvisí do značné míry

s vlnovou délkou elektromagnetického vlnění. Dále se omezíme jen na ty druhy elektromagnetického vlnění, která jsou vyzařována anténami

radioelektronických zařízení, tj. .

U dlouhých a středních vln se výrazně uplatňuje ohyb vlnění podél zemského povrchu, takže jejich příjem je možný i za velmi rozměrnými

překážkami a v členitém terénu. Naopak pro příjem velmi krátkých vln (rozhlas, televize) je nutno zachovat přibližně přímou viditelnost mezi

vysílačem a přijímačem.

U některých krátkých vln se využívá odrazu od vrstvy atmosféry zvané ionosféra (viz obr. 209). Tato oblast začíná ve výšce asi až

nad zemským povrchem a obsahuje určité množství molekul vzduchu rozštěpených účinkem slunečního ultrafialového záření na ionty a volné

elektrony. Proto se ionosféra chová vůči elektromagnetickému vlnění jako vodivá plocha. Krátké vlny se v ionosféře odrážejí a lámou a dospívají až

do značných vzdáleností od vysílače. Stav ionosféry se ale vlivem slunečního záření mění (jsou změny denní i roční), a proto se mění i podmínky

šíření krátkých vln v různých denních a nočních hodinách.

Obr. 209

Na přímočarém šíření velmi krátkých vln elektromagnetického vlnění a jejich odrazu od vodivých překážek je založena radiolokace. Hlavní

součástí radiolokační soustavy je RADAR (

Radio Detecting And Ranging

) - zařízení pro zjišťování a dálkové určování polohy rádiem. První radary byly

použity poprvé za 2. světové války při vzdušné obrazně Anglie. Dnes slouží pro určování polohy různých objektů (letadel, lodí, raket, bouřkových

mraků, …) v prostoru.

Základem radiolokátoru je vysílač elektromagnetického vlnění o vlnových délkách až . Vlnění je vyzařováno v krátkých impulsech

anténou, která má často tvar paraboly. Vlnění se šíří v úzkém paprsku směrem ke sledovanému objektu a po odrazu od jeho povrchu se vrací zpět

k anténě. V přijímači radiolokátoru se zjišťuje doba

, která uplynula od vyslání impulsu, a z toho se určí jeho vzdálenost sledovaného objektu

od radiolokátoru. Směr objektu, který je určen polohou antény v okamžiku vyslání impulsu, a vzdálenost určují souřadnice sledovaného objektu

v prostoru.

Kromě právě popsaného typu radiolokátoru se používají i jiné, které vytvářejí na stínítku obrazovky celou radiolokační mapu okolí radiolokátoru

až do vzdálenosti několika desítek (dokonce stovek) kilometrů. Umožňují tak např. řídit letový provoz velkých letišť, bezpečný pohyb letadel i lodí

v noci nebo v mlze, …

Polarizace

Jestliže se směr vektorů a v elektromagnetické vlně nemění, hovoříme o lineárně polarizované elektromagnetické vlně. Vlnění

vyzařované dipólem je polarizováno tak, že v rovině dipólu leží vektor a v rovině kolmé k dipólu vektor . Tato podmínka je splněna i pro

nepolarizovanou elektromagnetickou vlnu, v níž se ale směr uvažovaných vektorů periodicky mění v čase (rotují kolem osy určené směrem postupu

vlnění).

Obr. 206

O polarizaci elektromagnetického vlnění se lze přesvědčit tak, že mezi dipól vysílače a přijímače vložíme mříž vytvořenou z rovnoběžných vodičů

(obr. 206). Jsou-li vodiče mříže a dipóly rovnoběžné, chovají se jako rezonátory: pohlcují dopadající energii a vlnění k dipólu přijímače nedospěje.

Otočíme-li mříž o , kmitání ve vodičích nevzniká a vlnění mříží prochází.

Princip polarizace lze velmi hrubě přiblížit na člověku, který nese v náručí stejné latě, které ale nejsou vzájemně rovnoběžné. Polarizovat pak

znamená nechat projít jen ty latě, které mají určitý směr (např. mezi dvěma sloupky plotu, …).

Podrobněji bude polarizace probrána v optice.

Odraz a ohyb

Plošný vodič je pro elektromagnetické vlnění překážkou, kterou vlnění neproniká a odráží se od ní. Při kolmém dopadu vlnění na vodivou

překážku se vlnění odráží zpět směrem k vysílači, interferuje s vlněním postupujícím a v prostoru mezi vysílačem a překážkou vzniká stojaté vlnění

(obr. 207).

Jestliže vodivou plochu (resp. jen tyč určité délky) umístíme do vhodné vzdálenosti (do takové, v níž má vlnění nulovou výchylku) od dipólu

přijímače, amplituda jeho kmitů se zvětší a přijatý signál zesílí. Vzniku stojatého vlnění se proto využívá v konstrukcích anténních systémů pro

dálkový přenos elektromagnetického vlnění (antény pro příjem televizního signálu, antény radarů, …).

Obr. 207

Elektromagnetické vlnění dopadající na vodivou překážku pro určitým úhlem, se od překážky odráží podle zákona odrazu. Platnost tohoto

zákona se projevuje tím výrazněji, čím je vlnová délka elektromagnetického vlnění kratší.

Vlnová délka elektromagnetického vlnění má také značný vliv na vznik stínu za překážkou a na ohyb vlnění:

1. rozměry plošného vodiče jsou značně větší než vlnová délka - vlnění za překážku nepronikne a za plošným vodičem vzniká stín vlnění

2. rozměry překážky jsou malé vzhledem k vlnové délce - vlnění za překážku proniká, ale část energie se i v tomto případě odráží

Interference

V praxi nastává často případ, že k dipólu přijímače dospěje vlnění z vysílače jednak přímo, jednak po odrazu od vodivé překážky (viz obr. 208).

Přímá a odražené vlna spolu interferují a amplituda výsledného vlnění závisí na rozdílu drah obou vlnění.

Obr. 208

Existují dva „speciální“ případy:

„Speciálnost“ těchto případů se projevuje v tom, že jsou nejjednodušší.

1. - vlnění se setkávají se stejnou fází a amplituda výsledného vlnění se zvětší; nastává tzv. interferenční maximum

2. - vlnění se setkávají s opačnou fází a výsledné vlnění má menší amplitudu; nastává tzv. interferenční minimum

Vliv prostředí na vlnovou délku

Velikost rychlosti elektromagnetického vlnění je v každém hmotném prostředí menší než ve vakuu a z teorie pro ní plyne vztah

, kde je permitivita vakua, relativní permitivita prostředí, permeabilita vakua a relativní permeabilita prostředí.

V této podobě platí vztah pro relativně nízké frekvence.

Pro vlnovou délku ve vakuu platí . Pro vlnovou délku téhož elektromagnetického vlnění v prostředí s danými konstantami pak

platí . Vlnová délka v hmotném prostředí je tedy vždy menší než vlnová délka téhož vlnění ve vakuu (vzhledem k tomu, že

a pro většinu látek i ). To tedy znamená, že dipól pro příjem daného elektromagnetického vlnění v daném prostředí musí být - krát

kratší než dipól vysílače ve vakuu. Jinak by nenastala rezonance s kmitáním vysílače a signál přenášený elektromagnetickým vlněním by nebyl přijat.

Elektromagnetická interakce, Maxwellovy rovnice

úvaha:

ELEKTROMAGNETICKÉ KMITÁNÍ

velikost okamžitého napětí je pouze funkcí času

potom ale

periodické změny magnetického a elektrického pole jsou vázány na elektrický náboj a

jeho pohyb

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ

velikost okamžitého napětí je funkcí času a místa

proto

periodické změny magnetického a elektrického pole na existenci nabitých těles vázány

být nemohou

(šíří se v prostoru i bez elektrických nábojů - ve vakuu)

víme

jakákoliv časová změna magnetického indukčního toku je provázena vznikem časově proměnného elektrického pole

jev nazýváme

ELEKTROMAGNETICKÁ INDUKCE

(každá změna magnetického pole je provázena vznikem elektrického pole)

v polovině 19. stol.

předpověděl teoreticky anglický fyzik J. C. Maxwell existenci opačného (inverzního) jevu

jev nazýváme

MAGNETOELEKTRICKÁ INDUKCE

(každá časová změna elektrického pole vyvolává pole magnetické)

SHRNUTÍ

Jevy vznikající při změnách elektrického nebo magnetického pole jsou symetrické a navzájem propojeny

To je základní myšlenka tzv. TEORIE ELEKTROMAGNETICKÉHO POLE

Tato teorie jednotným způsobem popisuje všechny elektromagnetické jevy

Souhrnný zápis této teorie představují MAXWELLOVY ROVNICE

uvádějí se v integrálním nebo diferenciálním tvaru

zápis a stručný popis rovnic v integrálním tvaru pro vakuum:

1. rovnice:

vyjadřuje souvislost mezi intenzitou elektrického pole a elektrickým nábojem

2. rovnice:

vyjadřuje poznatek, že neexistuje magnetický náboj

3. rovnice:

vyjadřuje souvislost mezi intenzitou elektrického pole a časovou změnou magnetického indukčního toku

4. rovnice:

vyjadřuje souvislost mezi magnetickou indukcí a časovou změnou toku elektrické intenzity

Poznámka:

Popis daných rovnic je pro střední školu zjednodušen. Děkuji za pochopení.

FYZIKÁLNÍ INTERAKCE

existence elektromagnetického vzájemného silového působení se nazývá

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE - jedna ze základních forem vzájemného působení hmotných objektů

zbývající doposud známé fyzikální interakce:

GRAVITAČNÍ INTERAKCE - projevuje se při vzájemném působení těles

SLABÁ INTERAKCE - projevují se při vzájemném působení elementárních částic

SILNÁ INTERAKCE - projevují se při vzájemném působení elementárních částic

Tyto čtyři typy interakcí představují všechny elementární formy silového působení s nimiž se můžeme kolem

sebe a v přírodě setkat.

Sdělovací soustava

Sdělovací soustava – slouží k přenosu informací (zpráv)

Zpráva (informace) – každá skutečnost, kterou je třeba sdělit z jednoho místa na jiné, bez ohledu na vzdálenost, formu zprávy či použitý sdělovací prostředek

Obecné schéma sdělovací soustavy:

Z … zdroj zprávy

M … mikrofon (mechan. kmitání se mění na elektrické)

K … kódování zprávy (převod na signál vhodnější k přenosu – pomocí modulace)

SV … sdělovací vedení (kabel nebo vodič telefonnní sítě)

Bezdrátový přenos (radiokomunikační soustava) :

V … vysílač

elektromagnetické vlnění šířící se prostorem

P … přijímač

D … demodulátor (signál převeden zpět na původní zprávu v podobě elek. signálu)

R … reproduktor (elektrické kmitání se mění zpět na mechanické)

Elektroakustické měniče

Mikrofony

Téměř všechny mikrofony obsahují membránu, což je tenká vrstva, která se pohybuje v souladu s proměnlivým tlakem, který vyvolává

dopadající zvuková vlna. Pohybem membrány se pak mění dopadající zvukové vlnění na elektrický proud.

Podle způsobu přeměny dopadající mechanické (akustické) energie na elektrickou energii (tj. podle použitých elektromechanických měničů) se

mikrofony dělí na:

1. odporové mikrofony (nazývané též uhlíkové mikrofony)

2. elektrodynamické mikrofony

3. elektromagnetické mikrofony

4. krystalové mikrofony

5. elektrostatické mikrofony (nazývané též kondenzátorové mikrofony)

6. tepelné mikrofony

7. …

Podle veličiny, jejíž změna způsobuje přeměnu akustické energie na energii elektrického pole, se mikrofony dělí na dvě skupiny:

1. tlakové

2. gradientní

Tlakové mikrofony se vyznačují tím, že tlaková síla vyvolaná akustickým tlakem působí pouze na jednu stranu membrány mikrofonu.

Amplituda kmitů membrány nezávisí na směru, v němž leží zdroj zvuku, ani na vzdálenosti zdroje zvuku od mikrofonu, ale jen na akustickém tlaku.

Tyto mikrofony jsou všesměrové, mají tedy kulovou směrovou charakteristiku.

Gradientní mikrofony jsou charakteristické tím, že akustický signál je přiveden na obě strany membrány mikrofonu. To znamená, že výchylka

membrány nezávisí už na absolutní hodnotě akustického tlaku, ale na rozdílu akustického tlaku před a za membránou. Čím je tento rozdíl větší (tj.

čím větší je tlakový spád - gradient), tím je větší i výchylka membrány. U těchto mikrofonů je obecně jejich výstupní napětí (úměrné výchylce

membrány) úměrné

-té derivaci akustického tlaku podle souřadnice uvažované ve směru šíření akustické vlny. Pokud je výchylka membrány (a tedy

i výstupní napětí mikrofonu) úměrná první derivaci tlaku, nazývají se tyto mikrofony gradientní mikrofony 1. řádu neboli rychlostní mikrofony.

Matematicky vyjádřeno , kde

je tlak a

souřadnice popisující výchylku membrány. Pro rychlostní mikrofony pak platí .

Parciální derivace je zde použita proto, že tlak

obecně závisí nejen na prostorové souřadnici, ale i na čase. Parciální derivace se řídí

stejnými pravidly pro počítání jako derivace „obyčejné“. Rozdíl spočívá v tom, že parciální derivace derivuje podle jedné proměnné funkci, která je

závislá na více proměnných (zde např. tlak závisí na prostorových souřadnicích a na čase).

Výstupní napětí gradientního mikrofonu je závislé na poloměru zakřivení akustické vlnoplochy. Čím větší zakřivení (tj. čím menší poloměr a tedy

i bližší zdroj), tím je větší výstupní napětí. Rozměry gradientních mikrofonů jsou menší než vlnová délka přijímané akustické vlny. V tom případě pak

směrová charakteristika nezávisí na frekvenci. Proto se tyto mikrofony používají pro snímání akustického signálu ve studiích, snímání řeči v hlučném

prostředí, …

Schématický rozdíl mezi tlakovým a gradientním mikrofonem je zobrazen na obr. 219. Z něj také vyplývá kulová charakteristika tlakových

mikrofonů a směrová charakteristika gradientních mikrofonů.

Obr. 219

Směrové charakteristiky mikrofonů udávají, z jaké oblasti okolo mikrofonu, je schopen mikrofon přijímat zvuk. Tlakové mikrofony mají pevnou

konstrukci, k níž je připevněná membrána. Zvuk na ní může dopadat pouze z jedné strany. To znamená, že mikrofon je schopen zaznamenat zvuk

přicházející z libovolné strany mikrofonu - akustický tlak se vždy přenese na membránu a tlaková síla, kterou tento tlak vyvolal, způsobí její

deformaci.

U gradientního mikrofonu může zvuk dopadat na membránu ze dvou stran. Proto je tento mikrofon směrový - dobře zaznamená zvuky

přicházející „zepředu“ a „zezadu“, tj. z těch stran, z nichž je otevřen. Zvuk přicházející „z boku“ se rozdělí a dopadne na obě strany membrány. Její

výchylka na jednu a druhou stranu má stejnou hodnotu - membrána tedy zůstane v klidu a dopad zvuku nezaznamená.

Reproduktory

Reproduktory je možné rozdělit podle způsobu vyzařování na dva základní druhy:

1. přímo vyzařující - akustická energie je vyzařována kmitající membránou, navazující bezprostředně na prostředí, do něhož je energie

přenášena.

2. nepřímo vyzařující - mezi kmitající membránu elektroakustického převodníku je vložen zvukovod (nebo zvukovod doplněný pomocnými

akustickými obvody) umožňující zvětšení zatížení membrány vyzařovací impedancí.

Podle typu elektromechanického měniče je možné reproduktory rozdělit na:

1. elektrodynamické reproduktory

2. elektromagnetické reproduktory

3. piezoelektrické reproduktory

4. elektrostatické reproduktory

5. speciální reproduktory (tepelné, pneumatické, …)

elktrodynamický reproduktor

Vysílač a přijímač

Vysílač

Vysílač = základní článek každé radiokomunikační soustavy

Složení vysílače:

1) OSCILÁTOR

srdce vysílače

zdroj elektromagnetických kmitů vysoké frekvence f

(10

-1

MHz až 10

MHz)

je nosnou frekvencí vysílače

nosné frekvence vysílačů jsou mezinárodní dohodou rozděleny do radiokomunikačních pásem

Přehled radiokomunikačních pásem:

Radiokomunikační pásmo Frekvenční rozsah v MHz

dlouhé vlny

střední vlny

krátké vlny

I. televizní pásmo

VKV

III. televizní pásmo

IV. a V. televizní pásmo

0,148 5 až 0,283 5

0,526 5 až 1,606 5

3,950 až 26,1

41 až 68

86 až 108

174 až 230

470 až 790

Sítě GSM (mobilní telefony) 900 MHz až 1 800 MHz

Družicové televizní vysílání až 10 GHz

2) MODULÁTOR

modulace vysokofrekvenčního kmitání z oscilátoru akustickým signálem nízké frekvence fn

druhy modulace:

u rozhlasových vysílačů

amplitudová (DV, SV, KV)

nf signálem se mění amplituda vf kmitů (frekvence se nemění)

frekvenční (VKV)

nf signálem se mění frekvence vf kmitů (amplituda se nemění)

u vysílačů GSM

impulzní modulace

akustický analogový signál se převádí na číslicový (digitální) signál (AD převodník)

tento digitální signál se potom frekvenční modulací posílá dál

3) KONCOVÝ STUPEŇ VYSÍLAČE

zesílení modulovaného vysokofrekvenčního signálu na potřebný výkon

4) ANTÉNA

půlvlnný dipól

vyzáření signálu do prostoru

Přijímač

Přijímač = součást radiokomunikační soustavy. V praxi má různou konstrukci, způsob použití i funkci

OBECNÉ SCHÉMA ROZHLASOVÉHO PŘIJÍMAČE

A) s PŘÍMÝM zesílením (nosný kmitočet se nemění)

A ... anténa

LO ... laditelný oscilační obvod (naladíme na nosnou frekvenci vysílače)

VF ... vysokofrekvenční zesilovač (rezonanční zesílení přijatého signálu)

D ... demodulátor (oddělení akustického nízkofrekvenčního signálu, který nese příslušnou informaci, od vysokofrekvenční složky)

NF ... nízkofrekvenční zesilovač (zesílení akustického signálu)

R ... reproduktor

B) s NEPŘÍMÝM zesílením (SUPERHETERODYN, SUPERHET)

A ... anténa

VF ... vysokofrekvenční zesilovač

S ... směšovací stupeň

O ... oscilátor

MF ... mezifrekvenční zesilovač

D ... demodulátor

NF ... nízkofrekvenční zesilovač

R ... reproduktor

PRINCIP ČINNOSTI:

přijímaný vysokofrekvenční signál se převádí směšováním se signálem laděného oscilátoru na vysokofrekvenční signál konstantní frekvence (mezifrekvence) např. 455

kHz, který se zesiluje mezifrekvenčním zesilovačem

Platí: f

= f

- f

= konst.

= mezifrekvence

= frekvence oscilátoru

= frekvence signálu

VÝHODA:

vysoká citlivost a selektivnost přijímače

citlivost = schopnost příjmu slabých signálů od vzdálených vysílačů

selektivnost = schopnost výběru signálů určité frekvence, přičemž ostatní frekvence jsou potlačeny