Elektromagnetické záření nás doslova obklopuje a je původu přírodního nebo vzniká lidskou činností. Elektromagnetické vlnění rozličných vlnových délek je součástí většiny dějů v moderním světě. Jedním z využití radiových vln jsou mikrovlnné spoje pro datové přenosy. Dnes se podíváme, jak se odvíjela historie od objevení až po současné využití pro datové komunikace.
Na začátku byla jako většinou teorie. V roce 1807 byl publikován Fourierův teorém. Jasně, Fourier ho vlastně publikoval až 1820. První byl ve skutečnosti François Budan, ale Fourier měl asi silnější marketing, tak skončil v učebnicích on. Ve stejném roce dánský fyzik Orsted objevil elektromagnetické pole způsobené proudem ve vodiči a na základě toho francouzský fyzik Ampere přišel s nápadem na elektromagnetický telegraf. Britský vědec Michael Faraday objevil elektromagnetickou indukci a předpověděl existenci elektromagnetických vln. V 70. letech 19. století publikoval James Clerk Maxwell základní zákony elektromagnetického pole – Maxwellovy rovnice. Praktické využití těchto poznatků dokázal v 80. letech Heinrich Rudolf Hertz, když poprvé přenesl elektromagnetické vlny bez použití vodičů. Pozdější práce vedly k vynálezu bezdrátové komunikace založené na mikrovlnách. Zde můžeme udělit kredit celé řadě chytrých hlav. Jmenujme například Samuela Morseho, lordy Kelvina a Rayleigha, Nikolu Tesla nebo Guglielma Marconiho. Nesmíme opomenout ani inspirátory, například českého velikána Járu Cimrmana, který navedl Marconiho k dalšímu výzkumu správným směrem známým bonmotem „Zkuste to bez drátů, milý Marconi“. Výsledkem byly na konci 19. století Marconiho praktické výsledky ve využití radiových přenosů – vysílání zprávy na vzdálenost půl míle v italské Bologni, radiový přenos na remorkér na 18 km nebo první bezdrátový přenos zprávy přes kanál La Manche. Marconi si nechal vynález bezdrátového telegrafu patentovat a založil první společnost na bezdrátové komunikace Wireless Telegraph and Signal Company.
V počátcích využívání radiostanic se využívaly nízké kmitočty a vysoké výkony. To umožnilo přenosy až na druhou stranu zeměkoule (zakřivení zemského povrchu nevadilo, docházelo k odrazům o atmosféru), ale komunikace byla pomalejší než mluvené slovo. V této době došlo i k prudkému rozvoji rozhlasového vysílání a později se začal bezdrátově přenášet i obraz (televize). Další rozvoj urychlilo vojenství. Schopnost generovat centimetrové vlny pomocí magnetronů změnila poměr sil na začátku 2. světové války. Jejich použití v radarech přispělo k dalšímu bouřlivému rozvoji radiových technologií.
V poválečném období radiové technologie přispěly k rozvoji civilního letectví a světlo světa spatřil radiový datový spoj – s pomocí směrových antén bylo možné přenášet informace na dlouhé vzdálenosti a prvními zákazníky byly vždy ozbrojené složky. V civilní sféře začaly po válce radioreléové spoje sloužit k přenosu dálkových telefonních hovorů a k distribucí televizního vysílání k TV vysílačům. Síť věží Českých Radiokomunikací s velkými parabolickými anténami je stále vidět v české krajině, byť dnešní využití je již jiné. V prvopočátcích byly radiové spoje analogové. Nástup nových technologií vytvářel tlak na změny v regulaci využívání radiových kmitočtů. V roce 1959 americký regulátor FCC povolil soukromým firmám provoz mikrovlnných systémů pro interní použití. Postupem se začaly prosazovat digitální spoje, které umožnily přenosové kapacity až desítek Gbps ve full-duplexním provozu. V současné době těchto maximálních kapacit dosahují spoje v pásmech do 100 GHz, armády však již disponují technologiemi využívajícími i vyšší kmitočty. S dalším vývojem polovodičových materiálů se posunou komerčně využívané kmitočty na hranici 300 GHz a plánuje se využití kmitočtů až do 3 THz s přenosovými kapacitami 100 Gbps.
A jaké jsou vlastně nejdelší radiové spoje? V roce 1979 byl postaven spoj pracující v pásmu 2 GHz přes Rudé moře ze Súdánu do Saudské Arábie na vzdálenost 360 km. Jednalo se na svou dobu o opravdu vynikající technické řešení. Na světě je několik dalších spojů o délce přes 200 km s kapacitou cca 1 Gbps, obvykle spoje pracují v pásmech <10 GHz. Fyzikální zákony se nedají obejít (na rozdíl od lidmi vytvořených právních předpisů) a spoje s vyššími kapacitami pracující ve vyšších kmitočtových pásmech >30 GHz nejsou schopny dosahovat takových vzdáleností.
Současné nejdelší aktivní radiové spojení je však mnohem delší. 24 miliard kilometrů. Ne, to není chyba. Spojené státy vypustily v roce 1977 2 sondy Voyager, které v roce 2012 opustily sluneční soustavu a nacházejí se v mezihvězdném prostoru. Sondy využívají frekvence 2,3 GHz nebo 8,4 GHz pro komunikaci na Zemi a v opačném směru se vysílá na frekvenci 2,1 GHz. Signál cestuje 22 hodin a stále je schopen přesunout řádově jednotky kilobit za sekundu. Vzdálenost tady není takový problém. Ukončení vysílání bude spíš důsledkem postupného snižování kapacity termoelektrických generátorů.
Dnešní využití mikrovlnných spojů je široké – od armády, přes telekomunikace, satelitní komunikaci, výzkum, průzkum vesmíru, logistiku, letectví, dopravu, až po internetové připojení. Další zajímavé informace o využití radiových přenosů naleznete v našem dalším díle – bude se věnovat mobilním sítím – hlasovým i datovým, které každý z nás využívá ve svém mobilním telefonu.
Obrázky Zdroj: PICRYL Autor: UK Government artistic works Zdroj: Wikimedia Commons Autor: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)