Raadio ajalugu ja raadiolained (1)

Sissejuhatus
Raadio leiutamise tähtsust inimajaloos on keeruline üle hinnata. Raadio on alusepanija mobiilsidele, televisioonile ja internetile - ilma nendeta on praktiliselt võimatu tänapäeva maailma ette kujutada. Ehkki raadiolained ümbritsevad inimesi kogu aeg ning on lahutamatu osa meie igapäevaelust, on raadio ajalugu tavainimesele üsna tundmatu. Veelgi mõistamatumaks jäävad raadiolained ja nende toimimismehhanismid.
Käesolev referaat annab ülevaate raadio leiutamisest ning viib kurssi raadio arenguloo ja algusaastatega Eestis. Samuti tutvustab raadiolaine olemust, toimimismehhanismi ja selle erinevaid liike, kasutusalasid ning mõningaid raadiolainetega seotud probleeme.
Raadio ajalugu
Raadio juured ulatuvad 19. sajandi keskpaika. 1860. aastatel arutles šoti füüsik James Clerk Maxwell raadiolainete olemasolu üle. 1886. aastaks oldi jõutud juba elektrivoolu kosmose suunas saatmiseni raadiolainete kujul. Selle avaliku katse läbiviijaks oli saksa füüsik Heinrich Rudolph Hertz . Eksperimendid muutusid järjest arenenumaks ning uue sajandi alguseks olid loodud esimesed raadiotelegraafid. Itaalia leiutaja Guglielmo Marconi suutis tõestada suhtlemise võimalikkuse raadiolainete abil. Teda võib pidada raadio leiutajaks. Nimelt saatis ta 1899. aastal juhtme abita signaali üle La Manche'i kanali ning kaks aastat hiljem sai selle uuesti kätte. See saadetud s-täht oli esimene tõlgitav, informatsiooni sisaldav raadiolainena saadetud sõnum. (Bellis)
Ambitsioonikad ameeriklased soovisid Marconi katserusi edasi arendada ning sarnasel teel edasi anda ka helisid . 1906. aastal edastaski Reginald Fessenden, kes oli varasemalt leiutanud esimese arenenud raadiosaatja , oma jõuluprogrammi raadio teel. Raadiosaade koosnes muusikalisest osast ja kõnest. Sai alguse terve järgmise kümnendi väldanud raadiosaadete ülekandmine asjaarmastajate poolt. Paljude tegevuse katkestas Esimene maailmasõda. Peale sõda sai alguse "raadiobuum": aastaga tõusis raadiojaamade arv kahekümnekordselt, raadioga varustatud kodude hulk kolmekordistus. Sagedusribad ummistusid, ülekanded hakkasid teineteist häirima, puudusid selged reeglid sageduse kasutamise ja selle eest maksmise kohta. 1920ndatel hakati raadiosaadete ülekandmist konkreetsemalt reglementeerima. Algas "raadio kuldne ajastu". (History)
Raadio ajalugu Eestis
Eestisse jõudis raadio 1920ndatel. Esimene avalik demonstratsioon leidis aset 1921. aasta sügisel. 2 aastat hiljem võeti kasutusele sõna "ringhääling" ning esimesi katsetusi hakkas see tegema 1924. aasta maikuus. Lamsteri (1997) kohaselt viidi need läbi Haapsalu 5 kilovatist raadiotelefraafjaama vahendusel. Ehkki Läänemaa õpilassegakoori esinemist kanti üle tavalist telefoniaparaadi mikrofoni abil, jõudis ülekanne edukalt ka teistesse Eesti linnadesse.
Järgnevatel aastatel katsetused jätkusid, paljuski viidi need üle Tallinnasse. Kahekümnendadel koos Kopli raadiojaama sünniga said alguse regulaarsed ülekanded. 1927. aastal võeti vastu raadiomaksuseadus. Raadiosaadetes said alguse lugemistunnid, lastesaated ja deklamatsioonid. 1928. aastal sai oma raadiojaama ka Tartu linn. Kolmekümnendatel sai Eestist Rahvusvahelise Ringhäälingu Liidu liige. Ameerikast kohale toodud heliplaadiseade andis Riigi Ringhäälingule uued võimalused raadioülekannete edendamiseks. Samal kümendil täienes Eesti raadiojaamade hulk, kui uus raadiojaam ehitati ka Türile. 1939. aasta oli Eesti raadio ajaloos oluline: siia jõudsin esimesed magnetofonid ning nurgakivi pandi Eesti oma raadiomajale. (Eesti Rahvusringhääling)
Raadiolained
Raadiolained on elektromagnetlainete üks liike. Elektromagnetvälja ja elektromagnetvälja teooria looja ning esimene kirjeldaja oli šoti teadlane James Clerk Maxwell. Ta avastas, et elektriväljas toimuv muutus jõuab magnetvälja vahendusel ühest punktist teise. Nimelt kutsub tugevnev elektriväli esile magnetvälja tugevnemise, mis omakorda tekitab muutuse kõrvalasetsevas elektriväljapunktis. Selle ahelreaktsioonina toimuva muutuste laine, tagasiside, nimetas ta elektromagnetlaineks. (Tarkpea, 2008)
Elektromagnetlainet iseloomustav suurus sagedus näitab ühes ajaühikus aset leidvate võngete hulka. Lainepikkus näitab, kui kaugel asetsevad naaber-laineharjad teineteisest. Need kaks suurust mõjutavad elektromagnetlainete toimet ning nende omavahelist seost iseloomustab ühtlase liikumise kiiruse valem v = s/t ehk lainepikkus jagatud võnkeperioodiga (aeg, mille jooksul lainepikkus teatud vahemaa läbib). Sageduse järgi jaotatakse elektromagnetlained madalsageduslaineteks, raadiolaineteks, optiliseks kiirguseks, röntgenkiirguseks ja gammakiirguseks. (Tarkpea, 2008)
Joonisel 1 on kujutatud elektromagnetlainet. Punasega märgitud elektromagnetlaine pikkus (wavelenght) on suurem kui sinisel , seega on tema sagedus ehk võngete arv ajaühikus väiksem kui sinisel elektromagnetlainel.
Tarkpea (2008) kohaselt kategoriseeruvad raadiolaineteks elektromagnetlained, mille sagedus jääb vahemikku 10 astmes 5 kuni 10 astmes 12 hertsi ja lainepikkus vahemikku 10 astmes 4 kuni 10 astmes -4 meetrit.
Raadiolaineid kasutatakse põhiliselt info edastamisel. Raadiolaineid rakendavad oma töös ringhäälingud, televisioon , raadioastronoomia ja raadioside . Raadiolaineid esineb ka looduses: õhuelektrilised nähtused, kosmoses planeedid, tähed ja galaktikad . Raadiolained jagatakse lainepikkuse ja sageduse järgi omakorda kategooriatesse. Pikklaine (LF - low frequency ), mille lainepikkus jääb vahemikku 1-10 kilomeetrit ning sagedus 3000-300 kilohertsi, levib peamiselt maapinna ja ionosfääri lainejuhtmetes. Inimene kasutab seda peamiselt ringhäälingus ja raadionavigatsioonis, samuti ajateenistuses. Kesklaine (MF - medium frequency) lainepikkusega 100-1000 meetrit sagedusel 3000-300 kilohertsi on kasutusel ringhäälingus ja raadionavigatsioonis ja- sides . Mitmete lainet häirivate tegurite tõttu ei ole kesklaine kuigi usaldusväärne - öösiti võivad teineteisele ette jääda samal sagedusel töötavad teineteisest kaugel asuvad raadiosaatjad . Ka tööstuslikud ja atmosfääri elektrilahendused on segavad faktorid kesklainete vastuvõtul. Lühilaine (HF - high frequency), mille lainepikkus jääb vahemikku 100-10 meetrit ning sagedus 3-30 megahertsi, leiab kasutust raadiosides ja ringhäälingus. Lühilainet rakendatakse ka kirurgias alternatiivina koe lõikamisele skalpelliga, peamiselt veterinaarias ( Miller , 2004). Ka lühilainete edastamine võib öösiti häiritud olla. Need levivad väga pika vahemaa tagant ruumilainena. Raadiolainete diapsioonidest lühima lainepikkusega on ultralühilained, mis jaguneb omakorda meeterlaineteks (VHF - very high frequency), detsimeeterlaineteks (UHF - ultra high frequency), sentimeeterlaineteks (SHF - super high frequency) ja millimeeterlaineteks (EHF - extremely high frequency). Ultralühilaineid kasutatakse raadio- ja kosmosesides, raadiolokatsioonis, televisoonis ja ringhäälingus. Ultralühilaineid on mugav kasutada, kuna nende abil on võimalik edastada suurt hulka informatsiooni, ei lähe vaja suuri antenne ning ei ole muutlikke interferentsinähtusi. (Füüsika kodu Tartu Kommertsgümnaasiumis)
Joonis 1
http://outreach.atnf.csiro.au/education/everyone/radio-astronomy/whatis_images/emwave1.gif
Raadiolainete väänamine
Tänu nutitelefonide kasutajate arvu kasvule ning digitaalse televisiooni ja interneti laialdasele levikule on sagedusribad järjest rohkem ülekoormatud. Sellele probleemile pakub lahendust Itaalia ja Rootsi teadlaste poolt väljatöötatud spiraalse kujuga raadiolaine. Teoreetiliselt võimaldab selline raadiolaine lõpmatult infrmatsiooni edastada, kuna mahutab mitut infokanalit korraga. Väändunud raadiolaineid mahub ühele sagedusele korraga mitu, kuni 55. (Sutt, 2012)
Kokkuvõte
Raadiolained on üks osa elektromagnetlainetest. Raadio leiutamine oli sensatsiooniline ning suur samm tehnikavallas. Tänu oskusele kasutada raadiolaineid on inimkonnal võimalik informatsiooni edastada tunduvalt kiiremini kui varem. Raadiolained on kasutusel mitmes erinevas tehnikavaldkonnas ning tänaseks päevaks saanud lahutamatuks osaks inimeste igapäevaelust.
Raadiolainete toimimismehhanism on küllaltki keeruline, kuid seda mõistes on võimalik raadiolained efektiivsemalt kasutada ning leida uusi mooduseid informatsiooni paremaks edastamiseks. Raadiolaineid jagatakse sageduse ja lainepikkuse järgi, erinevat liiki raadiolainetel on erinevad omadused ja sellest tulenevalt ka kasutusalad.
Gustav Adolfi Gümnaasium
Triin Remmelgas, 11.a
Raadio
Referaat
Tallinn 2012