Historický úvod


 

Významným stimulem pro rozvoj vysokofrekvenční elektrotechniky bylo vojenství a sice použití radaru (RADAR-RAdio Detection And Ranging) pro včasné varování (early warning) před nepřátelským letectvem. Idea vojenského radaru vznikla v období 1934-36 a vzhledem k prostředkům vynaloženým na jeho vývoj se radar stal podstatnou součástí leteckého i námořního vojenství. Snad větší význam než pro samotnou válku měl vývoj radaru pro výchovu odborníků v oboru velmi krátkých vln, kteří se po válce uplatnili v řadě odvětví a zasloužili se o převratné změny zejména v oblasti spojů - družicová komunikace, přenos televizního vysílání přes družice apod. Vývoj radaru je typickým příkladem tvořivého využití poznatků z různých oblastí fyziky a techniky a nedá se přisoudit jediné osobě či společnosti.

 

Podstatné události, které k jeho objevu přispěly jsou v chronologickém sledu následující:

 

  1. Objevení základních zákonitostí elektrodynamiky

  2. Objev, že se radiové vlny odrážejí od objektů, majících jinou dielektrickou konstantu než jejich okolí

  3. Objev, že radiové vlny je možné nasměrovat do úplných svazků

  4. Objev skutečnosti, že vzdálenost je možné měřit časem, který potřebuje radiová vlna k jejímu uražení

  5. Objev skutečnosti, že odražené vlny mohou být detekovány záznějovými (heterodynními) metodami, tj. interferencí s jinými vlnami

  6. Objev pulzní metody měření vzdálenosti

  7. Vznik myšlenky využít tyto poznatky v jediném přístroji navrženém speciálně pro získání informace o aktivitách nepřítele.

 

Osoby, jimž je možné připsat podstatný přínos k určitému bodu, jsou velmi zhruba následující:

(a) A. M. Ampére, J. C. Maxwell

(b), (c) H. Hertz - demonstroval odraz, polarizaci a lom radiovln

(d) Foucault, Michelson - měření rychlosti světla

(e) A. H. Taylor, L. C. Young -1922-  f » 60 MHz zjistili, že změny intenzity signálu jsou dány interferencí se signálem odraženým od lodí. Bylo navrženo využití tohoto efektu k detekci lodí (podobný efekt vidíme na obrazovce televizoru, když naše nepříliš směrová anténa může podchytit signál přímo z vysílače i tento odražený např. od pohybujících se vagónů vlaku).

(f) E. Appleton, Barnett, Breit, Ture - 1925 - pulzní metody ke studiu ionosféry- měření výšek různých vrstev ionosféry pomocí pulsů elmag. vln

(g) A. H. Taylor - 1930 - detekce letadel na f » 60 MHz a návrh námořnictva použít efektu pro vojenské účely. 1932 - oficiální návrh ministerstva obrany USA k vojenskému využití.

 

Další důležité mezníky v objevu a použití radaru byly:

images/121.gif

Obr.1.2.1  Blokové schéma radarového zařízení

1 - zdroj velmi krátkých, výkonných vf. pulsů časovaných z centrálního časovače (7);  2 - anténa formující úzký svazek elmag. vln, který má známý tvar a rozložení energie;  3 - servomechanický systém pohybující anténou podle el. řídícího napětí (které pak udává směrovou souřadnici);  4 - přijímací anténa obvykle stejná s vysílací;  5 -přepínací systém (nikoliv mechanický), který brání proniknutí vysokého výkonu do přijímače;  6 - přijímač na principu superhetu;  7 - časovač - řídí celý systém a měří čas od vyslání impulsu do jeho přijetí po odrazu od objektu;  8 - indikátor - zobrazovač


 

JAMES CLERK MAXWELL

*13. 11. 1831( Edinburgh)    † 5. 11. 1879 (Cambridge)  

Vystudoval Akademii v Edinburghu a Edinburghskou Universitu. Již na universitě se věnoval výzkumům v matematice a fyzice, z nichž některé byly publikovány. V roce 1850 odešel do Cambridge, nejdříve do Peterhouse a poté do Trinity College, kde roku 1854 graduoval (bylo mu 23 let). V roce 1856 se stal profesorem přírodní filosofie v Aberdeenu, Marischall College. Od roku 1860 po dobu 8 let byl profesorem fyziky a astronomie Kings College, v Londýně. Pak se vrátil na svůj majetek v Glenlairu, Kirkcudbrightshire a v roce 1871 byl povolán jako profesor experimentální fyziky do Cambridge a zřídil tzv. Cavendishovu Laboratoř. Zemřel v Cambridge 5. 11. 1879 ve věku 48 let. Jeho práce na kinetické teorii plynů pocházejí z období let 1859-1860 (Illustrations of the Dynamical Theory of Gases, Phil. Mag. Ser 4,Vol 19 (1860) p. 19). Teorie elektromagnetismu byla poprvé presentována v roce 1867, známější je „Treatise on Electricity and Magnetism“ z roku 1873.

HEINRICH RUDOLPH HERTZ

*22. 2. 1857    † 1. 1. 1894

Studoval techniku a fyziku v Mnichově a Berlíně. Graduoval v roce 1880 na Universitě v Berlíně a pracoval několik let jako Helmholtzův asistent. Byl soukromým docentem (Privat Dozent) teoretické fyziky v Kielu a profesorem fyziky na technice v Karlsruhe. Právě tam prováděl výzkumy na elmag. vlnách, které ho proslavily a byly obecně přijaty jako experimentální potvrzení +Maxwellovy teorie. V roce 1889 se stal profesorem fyziky na Universitě v Bonnu. Jeho zdraví se však zhoršilo a zemřel 1. 1. 1894 ve věku 37 let. První článek publikovaný Hertzem vyšel v Annalen der Physik, Vol 31 v roce1887 a poslední v roce 1890.

ANDRÈ MARIE AMPÈRE

*20. 1. 1775 (Lyon)    † 10. 6. 1836 (Marseilles)

Jako mladý projevoval talent pro matematiku, ale studoval i řadu jiných oborů. Jeho první publikací byl článek z oblasti matematické teorie náhodných her a vedl k jeho jmenování profesorem matematiky na Lyceu v Lyonu. Později dostal místo na Polytechnice v Paříži a od roku 1809 tam byl profesorem analýzy. Objev Oersteda o silovém vlivu el. proudů a magnetu ho vedl k experimentům se silovými účinky mezi obvody s proudem a k vývoji matematické teorie, která je popisovala. Tato práce zařadila Ampéra mezi přední vědce v oboru elektřiny a magnetismu. Zaměstnával se kromě toho také filosofickými otázkami a připravil práci o klasifikaci věd, která vyšla až po jeho smrti. Zemřel v Marseilles 10. 6. 1836. Svoje experimenty popsal v publikaci „Experiments on the New Electrodynamical Phenomena“, Annales de Chimie et de Physique, Series II,Vol. 20(1822), p. 60. Zde zavedl pojem „elektrodynamika“ pro jevy způsobené pohybem el. náboje na rozdíl od „elektrostatiky“, popisující jevy způsobené náboji v klidu.

MICHAEL FARADAY

*22. 9. 1791(Newrigton, Surrey)    † 25. 8. 1867(Hampton Court)

Jeho otec byl kovářem a on sám se učil na knihvazače. Zájem o vědecký výzkum ho vedl k žádosti o místo pod Sirem Humprey Davym. Říká se, že aby Humprey Dary zjistil, zda neznámý Faraday má skutečně zájem o práci v laboratoři, nechal ho první období jen umývat potřebné nádoby. V roce 1813 byl jmenován asistentem v laboratoři a nějakou dobu prováděl výzkum pod vedením Davyho. Doprovázel Davyho při cestě na kontinent a přitom se setkal s mnoha známými vědci. V roce 1825 byl jmenován ředitelem laboratoře a v roce 1833 obdržel profesuru chemie; aby mohl však více času strávit experimentováním, byl uvolněn z přednášení. Faradayův celý život byl obětován experimentům zejména v oblast elektřiny. V pozdějších letech jeho života ho opustila paměť a musel odejít z aktivní práce. Zemřel v Hampton Court 25. srpna 1867.

24. 11. 1831 Faraday četl v Royal Society (něco jako Akademie věd) první (z dlouhé série) „Experimentální výzkumy v elektřině“. Tyto byly publikovány v Philosophical Transaction v období 1831 - 1859. Článek pojednávající o elektromagnetické indukci byl publikován v Philosophical Transaction ročník 1832, str. 125 a rovněž jeho „Experimental Researches“, sv. I.,str. 1. Další experimenty, pro které je Faraday známý, byly v oblasti elektrolýzy a byly publikovány v článku nazvaném „Electrochemical Decomposition“. Článek obsahuje názvosloví, které Faraday zavedl (např. aniont, kationt apod.) a popis experimentů, které ho vedly k objevení zákonů elektrolýzy. Byl publikován v Philosophical Transaction ročník 1834, str. 77 a rovněž v „Experimental Researches“, sv. I, str. 195.