Fale radiowe są rodzajem promieniowania elektromagnetycznego. Najbardziej znane są z zastosowania w technologiach komunikacyjnych, takich jak telewizja, telefony komórkowe i radia. Urządzenia te odbierają fale radiowe i przekształcają je w drgania mechaniczne w głośniku, tworząc fale dźwiękowe.
Widmo częstotliwości radiowych stanowi stosunkowo niewielką część widma elektromagnetycznego (EM). Widmo EM jest zwykle podzielone na siedem obszarów w kolejności malejącej długości fali i rosnącej energii i częstotliwości.
Zobacz więcej
Pracownik zabrania dzieciom spania po przybyciu do przedszkola
8 oznak, które pokazują, że niepokój był obecny w twoim…
Typowe oznaczenia to: fale radiowe, mikrofale, podczerwień (IR), światło widzialne, ultrafiolet (UV), promieniowanie rentgenowskie i promienie gamma.
Według NASA fale radiowe mają najdłuższe długości fal w widmie EM. Wynoszą one od około 0,04 cala (1 milimetr) do ponad 62 mil (100 kilometrów).
Mają również najniższe częstotliwości, od około 3000 cykli na sekundę, czyli 3 kiloherców, do około 300 miliardów herców, czyli 300 gigaherców.
Widmo radiowe jest zasobem ograniczonym i często porównuje się je do gruntów rolnych. Tak jak rolnicy muszą organizować swoją ziemię, aby uzyskać jak najlepsze zbiory pod względem plonów ilości i różnorodności, widmo radiowe powinno być jak najbardziej podzielone między użytkowników wydajny.
W Brazylii Ministerstwo Nauki, Technologii, Innowacji i Komunikacji zarządza przydziałami częstotliwości w całym widmie radiowym.
Odkrycie
Szkocki fizyk James Clerk Maxwell opracował ujednoliconą teorię elektromagnetyzmu w latach siedemdziesiątych XIX wieku. Przewidział istnienie fal radiowych.
W 1886 roku Heinrich Hertz, niemiecki fizyk, zastosował teorie Maxwella do wytwarzania i odbioru fal radiowych. Hertz używał prostych narzędzi domowych, w tym cewki indukcyjnej i słoika lejdejskiego (rodzaj kondensator składający się ze szklanego słoika z warstwami liści wewnątrz i na zewnątrz) do tworzenia fal elektromagnetyczny.
Hertz stał się pierwszą osobą, która nadawała i odbierała kontrolowane fale radiowe. Na jego cześć jednostka częstotliwości fali EM – jeden cykl na sekundę – została nazwana hercem.
pasma fal radiowych
Widmo radiowe jest ogólnie podzielone na dziewięć pasm:
| Zespół | zakres częstotliwości | Zakres długości fali |
| Ekstremalnie niska częstotliwość (ELF) | <3kHz | > 100 km |
| Bardzo niska częstotliwość (VLF) | 3 do 30 kHz | 10 do 100 km |
| Niska częstotliwość (LF) | 30 do 300kHz | 1m do 10km |
| Średnia częstotliwość (MF) | 300 kHz do 3 MHz | 100m do 1km |
| Wysoka częstotliwość (HF) | 3 do 30MHz | 10 do 100 metrów |
| Bardzo wysoka częstotliwość (VHF) | 30 do 300MHz | 1 do 10 m |
| Ultra wysoka częstotliwość (UHF) | 300 MHz do 3 GHz | 10cm do 1m |
| Bardzo wysoka częstotliwość (SHF) | 3 do 30 GHz | 1 do 1 cm |
| Ekstremalnie wysoka częstotliwość (EHF) | 30 do 300 GHz | 1mm do 1cm |
Niskie do średnich częstotliwości
Fale radiowe ELF są najniższymi ze wszystkich częstotliwości radiowych. Mają duży zasięg i są przydatne do komunikowania się z okrętami podwodnymi oraz wewnątrz kopalń i jaskiń.
Według Stanford VLF Group najpotężniejszym naturalnym źródłem fal ELF/VLF jest piorun. Fale wytwarzane przez wyładowania atmosferyczne mogą odbijać się między Ziemią a jonosferą.
Pasma radiowe LF i MF obejmują radio morskie i lotnicze, a także komercyjne radio AM (z modulacją amplitudy). Pasma radiowe AM mieszczą się w zakresie od 535 kiloherców do 1,7 megaherca.
Radio AM ma duży zasięg, szczególnie w nocy, kiedy jonosfera najlepiej odbiera fale z powrotem na Ziemię. Jednak podlega zakłóceniom, które wpływają na jakość dźwięku.
Gdy sygnał jest częściowo blokowany – na przykład przez budynek z metalowymi ścianami, taki jak drapacz chmur – głośność dźwięku jest zmniejszana.
wyższe częstotliwości
Pasma HF, VHF i UHF obejmują radio FM, transmisje telewizyjne, radio publiczne, telefony komórkowe i GPS (globalny system pozycjonowania). Te pasma zwykle wykorzystują „modulację częstotliwości” (FM) do kodowania lub nadrukowywania sygnału audio lub danych na fali nośnej.
W przypadku modulacji częstotliwości amplituda (maksymalny zakres) sygnału pozostaje stała, podczas gdy częstotliwość jest zróżnicowana, większa lub mniejsza, z szybkością i wielkością odpowiadającą sygnałowi audio lub dane.
FM zapewnia lepszą jakość sygnału niż AM, ponieważ czynniki środowiskowe nie wpływają na częstotliwość w taki sposób, jak to robią. wpływają na amplitudę, a odbiornik ignoruje zmiany amplitudy, o ile sygnał pozostaje powyżej progu Minimum. Częstotliwości radiowe FM mieszczą się w zakresie od 88 megaherców do 108 megaherców.
krótkofalowe radio
Radio krótkofalowe wykorzystuje częstotliwości w zakresie HF, od około 1,7 megaherca do 30 megaherców, zgodnie z National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). W tym zakresie widmo krótkofalowe jest podzielone na kilka segmentów.
Według NASB na całym świecie istnieją setki stacji krótkofalowych. Stacje krótkofalowe można usłyszeć z odległości tysięcy kilometrów, ponieważ sygnały odbijają się od jonosfery i odbijają setki lub tysiące kilometrów od miejsca ich pochodzenia.
wyższe częstotliwości
SHF i EHF reprezentują najwyższe częstotliwości w paśmie radiowym. Czasami są uważane za część pasma mikrofalowego. Cząsteczki w powietrzu mają tendencję do pochłaniania tych częstotliwości, co ogranicza ich zasięg i zastosowania.
Jednak ich krótkie długości fal pozwalają na kierowanie sygnałów w wąskie wiązki przez anteny satelitarne. Pozwala to na komunikację krótkiego zasięgu i dużej przepustowości między stałymi lokalizacjami.
SHF, na który powietrze ma mniejszy wpływ niż EHF, jest używany w zastosowaniach krótkiego zasięgu, takich jak Wi-Fi, Bluetooth i bezprzewodowy USB (uniwersalna magistrala szeregowa).
Może działać tylko na ścieżkach w linii wzroku, ponieważ fale mają tendencję do odbijania się od obiektów, takich jak samochody, łodzie i samoloty. Ponieważ fale odbijają się od obiektów, SHF może być również używany w radarach.
źródła astronomiczne
Kosmos roi się od źródeł fal radiowych: planet, gwiazd, obłoków gazu i pyłu, galaktyk, pulsarów, a nawet czarnych dziur. Badając je, astronomowie mogą dowiedzieć się o ruchu i składzie chemicznym tych kosmicznych źródeł, a także o procesach, które powodują te emisje.
Radioteleskop „widzi” niebo zupełnie inaczej niż w świetle widzialnym. Zamiast widzieć spiczaste gwiazdy, radioteleskop wychwytuje odległe pulsary, obszary gwiazdotwórcze i pozostałości po supernowych.
Radioteleskopy mogą również wykrywać kwazary, co jest skrótem od quasi-gwiezdnych źródeł radiowych. Kwazar to niezwykle jasne jądro galaktyki zasilane przez supermasywną czarną dziurę.
Kwazary emitują energię w całym spektrum EM, ale nazwa pochodzi od faktu, że pierwsze zidentyfikowane kwazary emitują głównie energię radiową. Kwazary są bardzo energetyczne; niektóre emitują 1000 razy więcej energii niż cała Droga Mleczna.
Radioastronomowie często łączą kilka mniejszych teleskopów w układ, aby uzyskać wyraźniejszy obraz radiowy o wyższej rozdzielczości.
Na przykład radioteleskop Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku składa się z 27 anten ułożonych w ogromny wzór „Y” o średnicy 36 kilometrów.