Téma měsíce: Marconi by se divil

Zkuste to bez drátů, milý Marconi! Tato slova kdysi podle Zdeňka Svěráka a Ladislava Smoljaka zvolal český génius Jára Cimrman a inspiroval tak slavného italského fyzika k zahájení přenosů pomocí rádiových vln. V roce 1995 uplynulo sto let od doby, kdy italský experimentátor Gulielmo Marconi nalezl praktické užití pro předchozí teoretické práce Maxwella a Hertze o elektromagnetickém vlnění, a svět poznal fenomén, jemuž stručně říkáváme radio. Radiové vlny o délce od jednoho milimetru až po tisíce kilometrů jsou součástí elektromagnetického záření a existují v podstatě od vzniku vesmíru. Přicházejí k nám i dnes z hlubin kosmu. Za uplynulých sto let ale přibylo na Zemi tolik umělých zdrojů radiových vln, že se někdy mluví o elektromagnetickém smogu, do kterého jsme ponořeni. Škála různých zdrojů je opravdu obrovská: od radiových a televizních vysílačů, přes mobilní telefony až třeba po mikrovlnné trouby

Pavel Pechač, foto: autor

Problematice šíření elektromagnetických vln se u nás věnuje například katedra elektromagnetického pole na Elektrotechnické fakultě pražského ČVUT. Laika samozřejmě napadne, že za více než sto let už musely být radiové vlny dopodrobna prozkoumány a že tudíž není co dál zkoumat. Profesor Pavel Pechač bere toto tvrzení s lehkým úsměvem.

„Ano, to říká hodně lidí. Ještě bych upřesnil, že na naší katedře se zabýváme nejenom šířením vln, ale zabýváme se také problematikou, která je s tím nerozlučně spjata, a to je problematika antén. To se těžko odděluje – šíření vlny a antény. Nejlepší bude, když uvedu konkrétní příklad. V současné době se zabýváme vývojem modelů šíření vln pro tzv. platformy ve velkých výškách. To by měla být technologie budoucnosti. Nebude to ani satelit, ani pozemní vysílání. Základnová stanice bude umístěna ve stratosféře, ve výšce zhruba dvacet kilometrů. Může to být bezpilotní vzducholoď nebo letadlo. Když se na to podíváte z pohledu bezdrátové komunikace, tak to vlastně ideálně spojuje vlastnosti družicového a pozemního spoje. Máte velké pokrytí, podobně jako u družicových spojů. Nevadí vám ani tak terénní profil a zastínění. A oproti družicovým spojům zase máte výkony na úrovni pozemních spojů. A třeba tady se vyskytuje úplně nová oblast nových modelů šíření vln v zástavbě. Platforma ve velké výšce bude v nějakém místě jakoby zavěšena. To znamená, že najednou nás zajímá výkonová bilance pro spoj se stále stejnou elevací. To do této chvíle zatím nikdo neřešil. Stejně tak je z družicové výšky pokrytí i vnitřku budov dosti nereálné, zatímco pro dvacet kilometrů vzdálenou platformu je to zcela proveditelné, podobně jako u pozemních pevných spojů.“

S pomocí malé vzducholodi prováděli vědci z Elektrotechnické fakulty řadu experimentů. Měřili pronikání signálu z vysílače do budov a simulovali, jaká je pravděpodobnost pokrytí v zástavbě.

„Z tohoto hlediska jsme tedy vyvinuli nové modely pro tento typ služeb.“

Evergreenem v oblasti šíření elektromagnetických vln je podle profesora Pechače studium vlivu atmosféry. Jde třeba o šíření vln v mikrovlnném pásmu v atmosféře, kdy se vlna různým způsobem ohýbá či dochází k odrazům vlny, což může způsobit rušení i na velké vzdálenosti.

„Stav atmosféry se stále mění, nejen četností srážek, ale jsou to třeba i globální změny v atmosféře. Proto je stále aktuální sledování vlivu atmosféry na šíření vln.“

Žižkovská televizní věž

Vědcům z Elektrotechnické fakulty ČVUT se podařilo získat grant od Grantové agentury České republiky na unikátní experiment, při kterém se sleduje, jak se mění přijímaná úroveň signálu s výškou a k jakým jevům dochází v závislosti na počasí při ohybu vlny. Slouží k tomu vysílač umístěný na žižkovské televizní věži a přijímače v různých výškách na stožáru v Poděbradech. Na základě získaných dat pak vědci vyvíjejí příslušné simulační modely. Ve spolupráci s kolegy na univerzitě v Yorku se nyní v Praze vyvíjejí hlavně modely šíření elektromagnetických vln v zástavbě a uvnitř inteligentních budov budoucnosti. Každá totiž může být úplně jiná z pohledu šíření vlny. Některé stěny třeba mohou propouštět jen část frekvenčního spektra. Nestačí již jen vědět, jak se v průměru utlumí nějaká vlna při šíření přes nějaký typ interiéru.

„Je třeba vědět pro zcela konkrétní typ interiéru, jaká bude v daném bodě úroveň signálu, odkud k nám přichází energie a s jakým časovým zpožděním. Teprve na základě toho je možné vyvíjet systémy založené na použití sofistikovaných anténních systémů a na měnícím se prostředí. A to je něco, co možná před několika lety nebylo možné, protože v té době ani ten počítačový nebyl schopný takové modely provozovat.“

A co považuje profesor Pavel Pechač v poslední době za největší úspěch?

„Možná jako jeden z velkých úspěchů je, že se nám teď podařilo získat grant přímo od Evropské kosmické agentury, kde naším cílem je výzkum přídavných ztrát na družicovém spoji vlivem penetrace signálu do budov. Vlastně pokračujeme v tom, co jsme dělali pro platformy ve velkých výškách, ale na úplně jiné úrovni. To je dvouletý projekt. Čerstvě jsme také zapojeni do nové akce COST, která je věnována čistě šíření vln pro perspektivní komunikační systémy. Tam se chceme zabývat tím, jaký vliv vegetace na družicový spoj. To je také oblast, ve které ještě nejsou k dispozici žádné především experimentální výsledky. Na tom výzkumu družicových spojů spolupracujeme s universitou ve španělském Vigu.“

Dnes je ale také velice aktuálním tématem plánovaná stavba amerického radaru v Brdech. A tak se otázka pro odborníka přímo nabízí: může být jeho vyzařování nebezpečné? Pavel Pechač ale - ostatně jako většina odborníků – nemíní pronášet nějaké kategorické soudy.

„Pakliže nemám vstupní data, tak se opravdu nedá říci nic. Tam jsou otazníky z hlediska především vysílacího výkonu a směrových charakteristik antén, které budou mít naprosto zásadní vliv, a ty informace nemám.“