Fale radiowe są rodzajem promieniowania elektromagnetycznego najbardziej znanym ze stosowania w technologiach komunikacyjnych, takich jak telewizja, telefony komórkowe i radia. Urządzenia te odbierają fale radiowe i przetwarzają je na drgania mechaniczne w głośniku, aby wytworzyć fale dźwiękowe.
Widmo częstotliwości radiowej jest stosunkowo małą częścią widma elektromagnetycznego (EM). Według University of Rochester widmo EM jest ogólnie podzielone na siedem regionów w kolejności malejącej długości fali oraz rosnącej energii i częstotliwości. Typowe oznaczenia to fale radiowe, mikrofale, podczerwień (IR), światło widzialne, ultrafioletowe (UV), promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma.
Według NASA fale radiowe mają najdłuższe długości fal w widmie EM, od około 0,04 cala (1 milimetr) do ponad 62 mil (100 kilometrów). Mają także najniższe częstotliwości, od około 3000 cykli na sekundę, czyli 3 kiloherce, do około 300 miliardów herców lub 300 gigaherców.
Widmo radiowe jest ograniczonym zasobem i często jest porównywane z ziemią uprawną. Zgodnie z British Broadcasting Corp. (BBC), podobnie jak rolnicy muszą zorganizować swoją ziemię, aby uzyskać najlepsze zbiory pod względem ilości i różnorodności, widmo radiowe musi być podzielone między użytkowników w najbardziej efektywny sposób. W Stanach Zjednoczonych Krajowa Administracja Telekomunikacji i Informacji w Departamencie Handlu Stanów Zjednoczonych zarządza przydziałami częstotliwości w widmie radiowym.
Odkrycie
Według National Library of Scotland szkocki fizyk James Clerk Maxwell, który opracował jednolitą teorię elektromagnetyzmu w latach 70. XIX wieku, przewidział istnienie fal radiowych. W 1886 r. Niemiecki fizyk Heinrich Hertz zastosował teorie Maxwella do produkcji i odbioru fal radiowych. Hertz zastosował proste domowe narzędzia, w tym cewkę indukcyjną i słoik Leydena (wczesny typ kondensatora składający się ze szklanego słoika z warstwami folii zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz) do wytworzenia fal elektromagnetycznych. Hertz stał się pierwszą osobą, która transmituje i odbiera kontrolowane fale radiowe. Według American Association for Advancement of Science jednostka częstotliwości fali elektromagnetycznej - jeden cykl na sekundę - na jego cześć nazywana jest hercem.
Pasma fal radiowych
Krajowa Administracja Telekomunikacji i Informacji ogólnie dzieli widmo radiowe na dziewięć pasm:
.tg {border-collapse: collapse; border-spacing: 0; border-color: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; font-size: 14px; padding: 10px 5px; border- style: solid; border-width: 0px; przelew: ukryty; podział tekstu: normalny; kolor obramowania: #ccc; kolor: # 333; kolor tła: #fff;} .tg th {rodzina czcionek: Arial, sans-serif; rozmiar czcionki: 14px; grubość czcionki: normalna; wypełnienie: 10px 5px; styl obramowania: jednolity; szerokość obramowania: 0px; przepełnienie: ukryty; podział tekstu: normalny; kolor obramowania: #ccc; color: # 333; kolor tła: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {waga-czcionki: pogrubiona; kolor ramki: # 000000; wyrównanie tekstu: do lewej; wyrównanie do pionu: do góry} .tg .tg- 73oq {kolor-ramki: # 000000; wyrównanie tekstu: do lewej; wyrównanie do pionu: do góry}
| Zespół muzyczny | Zakres częstotliwości | Zakres długości fali |
|---|---|---|
| Ekstremalnie niska częstotliwość (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Bardzo niska częstotliwość (VLF) | 3 do 30 kHz | 10 do 100 km |
| Niskiej częstotliwości (LF) | 30 do 300 kHz | 1 m do 10 km |
| Średnia częstotliwość (MF) | 300 kHz do 3 MHz | 100 m do 1 km |
| Wysoka częstotliwość (HF) | 3 do 30 MHz | 10 do 100 m |
| Bardzo wysoka częstotliwość (VHF) | 30 do 300 MHz | 1 do 10 m |
| Ultra High Frequency (UHF) | 300 MHz do 3 GHz | 10 cm na 1 m |
| Super High Frequency (SHF) | 3 do 30 GHz | 1 do 1 cm |
| Ekstremalnie wysoka częstotliwość (EHF) | 30 do 300 GHz | 1 mm do 1 cm |
Niskie do średnich częstotliwości
Fale radiowe ELF, najniższe ze wszystkich częstotliwości radiowych, mają duży zasięg i są przydatne w penetrowaniu wody i skał do komunikacji z okrętami podwodnymi oraz w kopalniach i jaskiniach. Według Stanford VLF Group najpotężniejszym naturalnym źródłem fal ELF / VLF jest piorun. Według Phys.org fale wytwarzane przez uderzenia pioruna mogą odbijać się między Ziemią a jonosferą (warstwa atmosfery o wysokim stężeniu jonów i wolnych elektronów). Te błyskawice mogą zakłócać ważne sygnały radiowe podróżujące do satelitów.
Pasma radiowe LF i MF obejmują radio morskie i lotnicze, a także komercyjne radio AM (modulacja amplitudy), zgodnie z RF Page. Pasma częstotliwości radiowej AM mieszczą się w przedziale od 535 kiloherców do 1,7 megaherców, zgodnie z How Stuff Works. Radio AM ma duży zasięg, szczególnie w nocy, gdy jonosfera lepiej załamuje fale z powrotem na ziemię, ale podlega interferencjom, które wpływają na jakość dźwięku. Gdy sygnał jest częściowo blokowany - na przykład przez budynek o metalowych ścianach, taki jak wieżowiec - głośność dźwięku jest odpowiednio zmniejszana.
Wyższe częstotliwości
Pasma HF, VHF i UHF obejmują radio FM, dźwięk transmisji telewizyjnej, radio publiczne, telefony komórkowe i GPS (globalny system pozycjonowania). Pasma te zwykle wykorzystują „modulację częstotliwości” (FM) do kodowania lub impresji sygnału audio lub danych na fali nośnej. W modulacji częstotliwości amplituda (maksymalny zasięg) sygnału pozostaje stała, podczas gdy częstotliwość zmienia się wyżej lub niżej z częstotliwością i wielkością odpowiadającą sygnałowi audio lub danych.
FM daje lepszą jakość sygnału niż AM, ponieważ czynniki środowiskowe nie wpływają na częstotliwość w sposób, w jaki wpływają na amplitudę, a odbiornik ignoruje zmiany amplitudy, dopóki sygnał pozostaje powyżej minimalnego progu. Częstotliwości radiowe FM mieszczą się w przedziale od 88 megaherców do 108 megaherców, zgodnie z How Stuff Works.
Radio krótkofalowe
Radio krótkofalowe wykorzystuje częstotliwości w paśmie HF, od około 1,7 megaherca do 30 megaherców, według National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). W tym zakresie widmo krótkofalowe jest podzielone na kilka segmentów, z których niektóre są przeznaczone dla regularnych stacji nadawczych, takich jak Voice of America, British Broadcasting Corp. i Voice of Russia. Według NASB na całym świecie istnieją setki stacji krótkofalowych. Stacje krótkofalowe można usłyszeć przez tysiące mil, ponieważ sygnały odbijają się od jonosfery i odbijają setki lub tysiące mil od punktu początkowego.
Najwyższe częstotliwości
SHF i EHF reprezentują najwyższe częstotliwości w paśmie radiowym i czasami są uważane za część pasma mikrofalowego. Cząsteczki w powietrzu pochłaniają te częstotliwości, co ogranicza ich zasięg i zastosowania. Jednak ich krótkie długości fali pozwalają kierować sygnały wąskimi wiązkami za pomocą anten parabolicznych (anten satelitarnych). Pozwala to na komunikację szerokopasmową krótkiego zasięgu między stałymi lokalizacjami.
SHF, na które powietrze ma mniejszy wpływ niż EHF, jest wykorzystywany w aplikacjach krótkiego zasięgu, takich jak Wi-Fi, Bluetooth i bezprzewodowy USB (uniwersalna magistrala szeregowa). SHF może działać tylko na ścieżkach linii widzenia, ponieważ fale mają tendencję do odbijania się od obiektów, takich jak samochody, łodzie i samoloty, zgodnie ze stroną RF. A ponieważ fale odbijają się od obiektów, SHF można również wykorzystać do radaru.
Źródła astronomiczne
W przestrzeni kosmicznej roi się od źródeł fal radiowych: planet, gwiazd, chmur gazu i pyłu, galaktyk, pulsarów, a nawet czarnych dziur. Studiując je, astronomowie mogą dowiedzieć się o ruchu i składzie chemicznym tych kosmicznych źródeł, a także o procesach powodujących te emisje.
Teleskop radiowy „widzi” niebo w zupełnie inny sposób niż w świetle widzialnym. Zamiast widzieć gwiazdy punktowe, radioteleskop zbiera odległe pulsary, regiony tworzące gwiazdy i pozostałości supernowych. Teleskopy radiowe mogą także wykrywać kwazary, co jest skrótem od quasi-gwiezdnego źródła radiowego. Kwazar to niezwykle jasny rdzeń galaktyczny zasilany przez supermasywną czarną dziurę. Kwazary promieniują energią w całym spektrum EM, ale nazwa pochodzi od faktu, że pierwsze zidentyfikowane kwazary emitują głównie energię radiową. Kwazary są wysoce energetyczne; niektóre emitują 1000 razy więcej energii niż cała Droga Mleczna.
Zdaniem Uniwersytetu Wiedeńskiego radiowi astronomowie często łączą kilka mniejszych teleskopów lub odbiorników w matrycę, aby uzyskać wyraźniejszy obraz radiowy lub wyższą rozdzielczość. Na przykład radioteleskop Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku składa się z 27 anten ułożonych w ogromny wzór „Y” o średnicy 36 km.
Ten artykuł został zaktualizowany 27 lutego 2019 r. Przez Traci Pedersen, współpracownik Live Science.
