15 ELEKTROMAGNETICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

15.1 ELEKTROMAGNETICKÝ OSCILÁTOR

15.1.1 Oscilační LC obvod
Na počátku děje je kondenzátor nabitý.
Za čtvrtinu periody se vybije a proud je maximální. Vzniká indukované napětí.
Za další čtvrtinu periody se kondenzátor nabije indukovaným proudem. Polarita kondenzátoru je opačná.
Ve druhé polovině periody se tento děj opakuje opačným směrem.
Vlivem ztrát je toto kmitání tlumené.
Zanedbáme-li ztráty:
Thomsonův vztah:
,
Okamžité napětí a proud: , , kde amplituda Um je určena napětím kondenzátoru v počátečním okamžiku.

15.1.2 Nucené kmitání elektromagnetického oscilátoru
Nucené kmitání vzniká připojením zdroje harmonického napětí. Oscilátor kmitá s frekvencí připo-jeného zdroje.
Největší amplitudy dosahuje nucené kmitání, je-li frekvence nuceného kmitání rovna vlastní frekvenci oscilačního obvodu – nastává rezonance.
Využití u rádia.

15.2 ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ
Elektromagnetický rozruch se šíří rychlostí světla.
Elektromagnetická energie se přenáší pomocí dvouvodičového vedení.
V bodě M (o  později):
Při nízkých frekvencích se tento jev neprojevuje, protože např. pro frekvenci 50 Hz je vlnová délka 6 000 km.

15.3 ELEKTROMAGNETICKÁ VLNA
Náboj vodičů není rozložen rovnoměrně a mezi vodiči je různá intenzita elektrického pole.
Pokud je ke konci vedení připojen rezistor, bude mít proud stejnou fázi jako napětí.
Současně s elektrickým polem vzniká kolem vodičů také pole magnetické. Vektor magnetické indukce je kolmý na vektor elektrické intenzity. Vzniká elektromagnetické pole, kterým je přenášena energie – tento děj má charakter vlnění. Pokud se na konci vedení energie nespotřebuje, nastává odraz vlnění a vzniká stojaté vlnění. Na konci vedení má napětí kmitnu a proud uzel. Fázový posun proudu a napětí je čtvrt periody ( ).

15.4 ELEKTROMAGNETICKÝ DIPÓL
Rozevřeme konce dvouvodičového vedení o délce do směru kolmého k vedení. Délka dipólu odpovídá polovině vlnové délky – půlvlnný dipól. V okolí dipólu vzniká elektromagnetické pole. Siločáry elektrické složky leží v rovině dipólu, magnetické indukční čáry tvoří soustředné kružnice v rovině kolmé k dipólu.
Elektromagnetický dipól se používá jako anténa. Největší část energie vyzařuje ve směru kolmém k dipólu, ve směru osy nevyzařuje. Anténa přijímače zachytí část energie a vznikne na ní nucené kmitání.

15.5 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKÉHO VLNĚNÍ
Pokud se směr vektorů E a B v elektromagnetické vlně nemění, mluvíme o lineárně polarizované elektromagnetické vlně.

15.5.1 Odraz a ohyb vlnění
Vlnění neproniká plošným vodičem, ale odráží se od něj. Při kolmém dopadu odražené vlnění interferuje s postupujícím vlněním a vzniká stojaté vlnění. Je-li překážka ve vhodné vzdálenosti, amplituda se zvětší a vlnění zesílí. Toho se využívá při konstrukci anténních systémů.
Vlnění dopadající na vodivou překážku pod určitým úhlem se odráží podle zákona odrazu.
Jsou-li rozměry překážky mnohem větší než vlnová délka, vlnění za překážku neproniká a vzniká stín vlnění. Jsou li rozměry vzhledem k vlnové délce malé, vlnění za překážku proniká – ohyb vlnění, ale část energie se odrazí.

15.5.2 Interference vlnění
Dospěje-li elektromagnetické vlnění k přijímači jednak přímo, jednak po odrazu, pak přímá a odražená vlna spolu interferují. Je-li a amplituda je maximální, je-li a amplituda je minimální.

15.5.3 Šíření vlnění
Vliv prostředí:
Protože frekvence je konstantní a rychlost šíření se v prostředí mění, mění se s prostředím i vlnová délka.
Vlnové délky:
rozhlas
dlouhé vlny – DV – 103 m ohyb podél zemského povrchu
střední vlny – SV – 102 m ohyb podél zemského povrchu
krátké vlny – KV – 10 m využit odraz od ionosféry
velmi krátké vlny – VKV – 100-10–1 m vyžaduje přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem
televize – 10–2 m
Radiolokace: vyzařovány krátké impulsy, po odrazu od objektu se vrací k anténě. Přijímač radaru zjistí čas, který uplynul od vyslání impulsu k jeho návratu. Směr je určen podle polohy antény.

15.6 ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE
Elektromagnetické pole se šíří i ve vakuu, proto není spojeno s pohybem elektrických nábojů. J. C. Maxwell vyslovil předpoklad, že měnící se elektrické pole vytváří (indukuje) pole magnetické a naopak. Vzájemná indukce probíhá nepřetržitě. Obě pole jsou neoddělitelně spjata a vytvářejí jediné elektromagnetické pole.

15.7 PŘENOS INFORMACÍ ELEKTROMAGNETICKÝM VLNĚNÍM

15.7.1 Sdělovací soustava
Z – zdroj
M – mikrofon
K – kódovač
V – vysílač
P – přijímač
D – dekodér
R – reproduktor
SV – sdělovací vedení

Vlastní přenos probíhá buď sdělovacím vedením nebo bezdrátově pomocí elektromagnetického vlnění. K přenosu je nutné signál kódovat (modulace) a v přijímači signál dekódovat.

Elektrodynamický mikrofon
V magnetickém poli trvalého magnetu se pohybuje cívka pevně spjatá s pružnou membránou, na kterou dopadá zvukové vlnění a rozkmitává ji. V cívce se indukuje napětí shodného časového průběhu s akustickým signálem.

Elektrodynamický reproduktor
Proud prochází cívkou, která se v magnetickém poli rozkmitá, její pohyb se přenáší na membránu a ta v okolním prostředí budí zvukové vlnění.

Vysílač
Oscilátor O je zdroj kmitů vysoké frekvence, která je nosnou frekvencí vysílače. V modulátoru M se uskutečňuje modulace vysokofrekvenčního kmitání s akustickým signálem nízké frekvence. Používá se amplitudová modulace (mění se amplituda vlnění) nebo frekvenční modulace (amplituda je konstantní, ale mění se frekvence vlnění). Koncový stupeň K zesílí signál, který je anténou A vyzářen do prostoru.

Přijímač
Elektromagnetické záření vysílače vynucuje v anténě A kmity s velmi malou amplitudou napětí. Anténa je vazbou spojena s laditelným oscilačním obvodem LO, který naladíme na nosnou frekvenci vysílače. Dochází k rezonančnímu zesílení signálu, který je dále zesílen vysokofrekvenčním zesilovačem VF.
Signál postupuje k demodulátoru D, kde se oddělí akustický signál od vysokofrekvenční složky. K demodulaci se v nejjednodušším případě používá polovodičová dioda, která signál jednocestně usměrní. Signál je vyhlazen filtračním kondenzátorem.
Koncovým nízkofrekvenčním zesilovačem NF je signál zesílen a přiveden k reproduktoru R.
Superheterodyn: Signál jakékoliv frekvence je převeden na danou konstantní frekvenci (přijatý signál se směšuje s kmity oscilátoru o měnitelné frekvenci). V dalších částech přijímače je zpracováván tento mezifrekvenční signál, což umožňuje zvýšit selektivitu přijímače.