Raadiotehnika alused. Jaak Umborg

kandevsignaali võimsus, W;

      Pkr – moduleeritud signaali külgriba võimsus, W.

      η – kasutegur, ühikuta või protsentides;

      Mahtuvus, induktiivsus, ühisinduktiivsus ja poolide sidestustegur:

      C – mahtuvus, F;

      L – induktiivsus, H;

      M – ühisinduktiivsus ehk vastastikune induktiivsus, H;

      k – sidestustegur, ühikuta.

      Vektorid: suured rasvased püstised tähed (S, E, H ).

      Komplekssuurused: punkt tähise kohal .

      Sissejuhatus

      Raadiotehnika seosed teiste teaduse ja tehnika valdkondadega

      Raadiotehnika on tehnikateadus, mis käsitleb raadiolainete diapasooni kuu-luvate elektromagnetiliste lainete tekitamist, edastust, vastuvõttu ja muunda-mist. Raadiotehnika on seotud paljude teiste teadusvaldkondadega ning tugi-neb suurel määral füüsikale. Füüsika kui loodusteadus uurib looduses esine-vaid nähtusi, sealhulgas elektromagnetilist kiirgust. Tehnikateadused uurivad erinevate loodusnähtuste kasutamise võimalusi inimese igapäevases elus ning raadiotehnika uurib just seda, kuidas elektromagnetilisi laineid saab raken-dada inimtegevuse erinevates valdkondades. Raadiotehnika on seotud esma-järjekorras selliste tehnika valdkondadega nagu elektrotehnika, elektroonika ja raadioelektroonika (vt joonis 1).

      Elektrotehnika on tehnika valdkond, mis käsitleb elektrienergia tootmist, jaotamist, muundamist ja kasutamist. Raadiotehnilistes seadmetes ja süstee-mides kasutatakse palju erinevaid seadmeid ja detaile, mida käsitletakse elekt-rotehnikas. Näiteks, erineva aparatuuri toiteseadmetes kasutatakse trafosid ja drosseleid, suundantennide juhtimiseks kasutatakse elektrimootoreid.

      Elektroonika käsitleb pooljuhtides, vaakumis, gaasilistes ja teistes keskkon-dades laengute liikumisega seotud nähtusi ja nende kasutamist. Raadiotehnilistes

      Joonis 1. Raadiotehnika on seotud nii füüsika kui teiste tehnikateadustega

      Sissejuhatus |

      11

      seadmetes ja süsteemides kasutatav skeemitehnika koosneb erinevatest elektroo-nilistest komponentidest nagu dioodid, transistorid, integraalskeemid jt.

      Raadioelektroonika käsitleb raadiolainete ning optilise-, röntgen- ja γ-kiir-guse diapasooni aparatuuri ja protsesse. Raadioelektroonika omaette üheselt mõistetavat teadusvaldkonda ei moodusta, tema piirid pole täpselt määratle-tud.

      Raadiotehnilisi meetodeid ja vahendeid kasutatakse erineval otstarbel eri-nevates tegevusvaldkondades. Välja on kujunenud järgnevad laialdasemat kasutust leidvad raadiotehnika harud:

      Raadioside (ingl radio communication) – ajalooliselt vanim ja kõige laie-malt kasutatav raadiotehnika haru, milles edastatakse kõne- ja andmeside raadiosignaale.

      Raadionavigatsioon (radio navigation) – liikuvate objektide (autod, lennu-kid, laevad, raketid) juhtimine raadiotehniliste meetodite ja vahenditega.

      Raadioseire ehk -lokatsioon (radio surveillance, radio location) – liikuvate või paigalseisvate objektide avastamine, äratundmine, jälgimine ja asukoha määramine raadiolainete abil.

      Raadiojuhtimine (radio control) – protsesside või objektide juhtimine raa-diotehnilisel teel (droonid, raketid, autod vms), kaugjuhitav lennuliikluse juhtimine (Remote Tower).

      Raadiotelemeetria (radio telemetry) – mõõtmine kauge vahemaa juures (lennuväljade ilmajaamad, tulemuste edastamine raadiotehniliste mee-todite ja vahenditega).

      Raadioastronoomia (radio astronomy) – taevakehade ja kosmose uuri-mine raadiotehniliste meetodite ja vahenditega.

      Raadiotehniline vastutegevus (radio/radar/countermeasures) – militaar-otstarbeline raadioside ja radarite töö segamine.

      Avioonika (avionics) – termin, mille all mõeldakse õhusõiduki raadioteh-nilisi, elektroonika ja elektrisüsteeme (vooluvarustus). Avioonik hooldab ainult õhusõiduki pardal paiknevat elektri- ja raadioaparatuuri.

      Raadiospektroskoopia (radio-frequency spectroscopy) – ainete uurimi-seks ja koostise analüüsiks kasutatav meetod, mis põhineb elektromag-netilise kiirguse spektri uurimisel. Enamkasutatavad uurimismeetodid raadiospektroskoopias on tuuma magnetilise resonantsi ja elektroonilise paramagneetilise resonantsi meetodid.

      Radioloogia (radiology) – meditsiinis kasutatav meetod haiguste diagnoo-siks ja raviks, kus kasutatakse ioniseerivat kiirgust väga laias sageduslikus diapasoonis, mis haarab ka raadiolainete sagedusala. Radioloogia uurib ka elektromagnetilise kiirguse mõju inimese organismile.

      1

      Raadiolained, nende omadused ja levimine

      1.1. Elektromagnetilised lained

      Raadiotehnika kui tehnikateadus tugineb suurel määral elektromagnetvälja teooriale, millele pani aluse 19. sajandi keskel šoti füüsik ja matemaatik James Clerk Maxwell (1831–1879), kes kirjeldas oma töödes, kuidas elektri- ja mag-netväli levivad ruumis valguse kiirusega. Tuginedes Faraday eksperimentaalse-tele uuringutele, tuli Maxwell esimesena välja ideega, et lisaks juhtivusvoolule on olemas ka teist laadi vool, mida ta nimetas nihkevooluks. Maxwelli teooria olulisemad seisukohad on kokku võetud tema poolt aastatel 1861–1862 koos-tatud neljas võrrandis:

       , (1.1)

       , (1.2)

       div D = ρ, (1.3)

       div B = 0. (1.4)

      Nendes võrrandites on üldistatud ja matemaatiliselt modelleeritud Gaussi teoreemid elektri- ja magnetvälja kohta, Faraday elektromagnetilise indukt-siooni seadus ja Amperi koguvoolu seadus. Kaks esimest võrrandit (1.1) ja (1.2) seovad omavahel elektrilisi ja magnetilisi nähtusi, elektri- ja magnetvälja. Vahelduv magnetväli H tekitab elektrivälja E, avaldises (1.1) tähistab D elekt-rilise induktsiooni ehk laengutiheduse (laeng/pindala) vektorit ning j voolu tiheduse (vool/pindala) vektorit. Muutuv elektriväli E tekitab omakorda mag-netvälja H (avaldis 1.2), kus B tähistab magnetilise induktsiooni (magnetvoog/pindala) vektorit. Selline väljade omavaheline vastastikune mõjutamine ongi aluseks elektromagnetilise laine energia levimisele erinevates keskkondades.

      Kolmas ja neljas võrrand seovad elektri- ja magnetvälja nende allikatega: elektrivälja allikaks on laengu ruumiline tihedus ρ (avaldis 1.3), magnetväl-

      Elektromagnetilised lained |

      13

      jal