電波は電磁放射線の一種です。 これらは、テレビ、携帯電話、ラジオなどの通信技術での使用で最もよく知られています。 これらのデバイスは電波を受信し、スピーカー内の機械振動に変換して音波を生成します。
無線周波数スペクトルは、電磁 (EM) スペクトルの比較的小さな部分です。 EM スペクトルは、通常、波長が短くなり、エネルギーと周波数が増加する順に 7 つの領域に分割されます。
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一般的な名称は、電波、マイクロ波、赤外線 (IR)、可視光線、紫外線 (UV)、X 線、ガンマ線です。
NASA によると、電波は EM スペクトルの中で最も長い波長を持っています。 その範囲は、約 0.04 インチ (1 ミリメートル) から 62 マイル (100 キロメートル) 以上までです。
また、最も低い周波数もあり、1 秒あたり約 3,000 サイクル (3 キロヘルツ) から約 3,000 億ヘルツ (300 ギガヘルツ) までです。
無線スペクトルは有限な資源であり、よく農地に例えられます。 農家が最高の収穫を得るために土地を組織する必要があるのと同じように、 量と多様性を考慮すると、無線スペクトルは最も多くの部分でユーザー間で分割される必要があります。 効率的。
ブラジルでは、科学技術イノベーション通信省が無線スペクトル全体の周波数割り当てを管理しています。
発見
スコットランドの物理学者ジェームス・クラーク・マックスウェルは、1870 年代に電磁気学の統一理論を開発しました。 彼は電波の存在を予言した。
1886 年、ドイツの物理学者ハインリヒ ヘルツはマクスウェルの理論を電波の生成と受信に応用しました。 ハーツ氏は、誘導コイルやライデン瓶などの簡単な家庭用ツールを使用しました。 波を作り出すための、内側と外側に葉の層を備えたガラス瓶で構成されるコンデンサー 電磁。
ハーツは制御された電波を送受信した最初の人物になりました。 電磁波の周波数の単位 (1 秒あたり 1 サイクル) は、彼の名誉にちなんでヘルツと呼ばれます。
電波帯域
無線スペクトルは通常、次の 9 つの帯域に分割されます。
| バンド | 周波数範囲 | 波長範囲 |
| 超低周波 (ELF) | <3 kHz | > 100km |
| 超低周波 (VLF) | 3～30kHz | 10～100km |
| 低周波 (LF) | 30～300kHz | 1m～10km |
| 平均周波数 (MF) | 300kHz～3MHz | 100m～1km |
| 高周波（HF） | 3～30MHz | 10～100メートル |
| 超短波 (VHF) | 30～300MHz | 1～10m |
| 超短波 (UHF) | 300MHz～3GHz | 10cm～1m |
| 超短波 (SHF) | 3～30GHz | 1～1cm |
| 超高周波 (EHF) | 30～300GHz | 1mm～1cm |
低域から中域までの周波数
ELF 電波は、すべての無線周波数の中で最も低い周波数です。 射程が長く、潜水艦との通信や鉱山や洞窟内での通信に役立ちます。
スタンフォード VLF グループによると、ELF/VLF 波の最も強力な自然発生源は雷です。 雷によって発生した波は、地球と電離層の間を往復することがあります。
LF および MF 無線帯域には、AM (振幅変調) 商用無線だけでなく、海洋および航空無線も含まれます。 AM ラジオ帯域は 535 キロヘルツから 1.7 メガヘルツの間です。
AM ラジオは、特に電離層が電波を地球に戻すのに最適な夜間に、長距離に到達します。 ただし、音質に影響を与える干渉を受ける可能性があります。
高層ビルなどの金属壁の建物などによって信号が部分的に遮断されると、音量が減少します。
より高い周波数
HF、VHF、UHF 帯域には、FM ラジオ、テレビ放送、公共サービス無線、携帯電話、GPS (全地球測位システム) が含まれます。 これらの帯域では通常、「周波数変調」(FM) を使用して、オーディオ信号またはデータ信号を搬送波にエンコードまたはインプリントします。
周波数変調では、信号の振幅 (最大範囲) は一定のままですが、 周波数は、多かれ少なかれ、オーディオ信号に対応するレートと大きさで変化します。 データ。
FM は、環境要因が周波数に影響を与えることがないため、AM よりも信号品質が向上します。 それらは振幅に影響を及ぼし、受信機は信号がしきい値を超えている限り振幅の変動を無視します。 最小。 FM ラジオの周波数は 88 メガヘルツから 108 メガヘルツの間です。
短波ラジオ
全米短波放送協会 (NASB) によると、短波ラジオは約 1.7 メガヘルツから 30 メガヘルツの HF 範囲の周波数を使用します。 この範囲内で、短波スペクトルはいくつかのセグメントに分割されます。
NASB によると、世界中には何百もの短波放送局があります。 短波放送局は、信号が電離層から反射し、発信点から数百キロメートルまたは数千キロメートル離れたところまで戻ってくるため、数千キロメートル先まで聞こえることがあります。
より高い周波数
SHF と EHF は、無線帯域の最高周波数を表します。 それらはマイクロ波帯域の一部とみなされることもあります。 空気中の分子はこれらの周波数を吸収する傾向があるため、その範囲と用途が制限されます。
ただし、波長が短いため、衛星アンテナによって信号を狭いビームに向けることができます。 これにより、固定された場所間で短距離の高帯域幅通信を行うことができます。
SHF は EHF よりも空気の影響を受けにくいため、Wi-Fi、Bluetooth、ワイヤレス USB (ユニバーサル シリアル バス) などの短距離アプリケーションに使用されます。
波は車、ボート、飛行機などの物体で反射する傾向があるため、見通しの良い経路でのみ機能します。 波は物体で反射するため、SHF はレーダーにも使用できます。
天文情報源
宇宙には、惑星、星、ガスや塵の雲、銀河、パルサー、さらにはブラック ホールなど、電波の発信源が溢れています。 それらを研究することで、天文学者はこれらの宇宙源の動きと化学組成、さらにはこれらの放出を引き起こすプロセスについて学ぶことができます。
電波望遠鏡は、可視光で見るのとはまったく異なる形で空を「見ます」。 電波望遠鏡は、尖った星を見る代わりに、遠くにあるパルサー、星形成領域、超新星残骸を捉えます。
電波望遠鏡は、準恒星電波源の略称であるクエーサーも検出できます。 クエーサーは、超大質量ブラック ホールによって駆動される信じられないほど明るい銀河核です。
クエーサーは EM スペクトル全体にエネルギーを放射しますが、その名前は、最初に確認されたクエーサーが主に無線エネルギーを放射するという事実に由来しています。 クエーサーは非常にエネルギー的です。 天の川全体の1,000倍のエネルギーを放出するものもあります。
電波天文学者は、より鮮明な、または高解像度の電波画像を作成するために、複数の小型望遠鏡を組み合わせてアレイを作ることがよくあります。
たとえば、ニューメキシコ州にある超大型アレイ (VLA) 電波望遠鏡は、直径 36 キロメートルの巨大な「Y」字型に配置された 27 個のアンテナで構成されています。