A rádióhullámok egy olyan típusú elektromágneses sugárzás, amelyek legismertebbek a kommunikációs technológiákban, például televízióban, mobiltelefonokban és rádiókban való alkalmazásukról. Ezek az eszközök rádióhullámokat vesznek, és a hangszóró mechanikai rezgéseivé alakítják őket, hogy hanghullámokat hozzanak létre.
A rádiófrekvencia-spektrum az elektromágneses (EM) spektrum viszonylag kis része. A Rochesteri Egyetem szerint az EM spektrum általában hét régióra oszlik a hullámhossz csökkenése, valamint az energia és a frekvencia növekedése szerint. Az általános megjelölések a rádióhullámok, a mikrohullámok, az infravörös (IR), a látható fény, az ultraibolya (UV), a röntgen és a gamma-sugarak.
A rádióhullámok a leghosszabb hullámhosszúságot mutatnak az EM spektrumban, a NASA szerint kb. 0,04 hüvelyk (1 milliméter) és több mint 62 mérföld (100 kilométer) tartományban lehet. A legalacsonyabb frekvenciájuk is körülbelül 3000 ciklus / másodperc, vagy 3 kilohertz, mintegy 300 milliárd hertz vagy 300 gigaherc.
A rádióspektrum korlátozott erőforrás, és gyakran összehasonlítják a mezőgazdasági területekkel. Ahogy a gazdálkodóknak meg kell szervezniük földet a mennyiség és a fajta szempontjából a legjobb termés elérése érdekében, a rádióspektrumot a lehető leghatékonyabban kell felosztani a felhasználók között - állítja a British Broadcasting Corp. (BBC). Az Egyesült Államokban az Egyesült Államok Kereskedelmi Minisztériumán belüli Nemzeti Távközlési és Információs Igazgatóság kezeli a frekvenciaelosztást a rádióspektrum mentén.
Felfedezés
A skót fizikus, James Clerk Maxwell, aki az 1870-es években kidolgozta az elektromágnesesség egységes elméletét, a rádióhullámok meglétét jósolta a Skócia Nemzeti Könyvtár szerint. 1886-ban Heinrich Hertz, egy német fizikus Maxwell elméleteit alkalmazta a rádióhullámok előállítására és vételére. Hertz egyszerű házi eszközöket használt, beleértve az indukciós tekercset és a Leyden üveget (egy korai típusú kondenzátor, amely üvegedényből áll, fóliarétegekkel együtt, belül és kívül is) az elektromágneses hullámok létrehozására. Hertz lett az első személy, aki irányított rádióhullámokat továbbított és fogadott. Az EM-hullám frekvenciaegységét - egy ciklust másodpercenként - hertznek hívják a tiszteletére, az Amerikai Tudományos Fejlesztési Szövetség szerint.
A rádióhullámok sávok
A Nemzeti Távközlési és Információs Igazgatóság általában kilenc sávra osztja a rádióspektrumot:
.tg {szegély-összeomlás: összeomlás; szegélytávolság: 0; szegély-szín: #ccc;} .tg td {betűtípus-család: Arial, sans-serif; betűméret: 14 képpont; betét: 10 képpont 5 képpont; szegély- stílus: szilárd; szegélyszélesség: 0px; túlcsordulás: rejtett; szószünet: normál; szegélyszín: #ccc; szín: # 333; háttérszín: #fff;} .tg th {betűtípus-család: Arial, sans-serif; betűméret: 14 képpont; betűméret: normál; betét: 10 képpont 5 képpont; szegély stílus: szilárd; szegély szélessége: 0 képpont; túlcsordulás: rejtett; szó törés: normál; szegély színe: #ccc; szín: # 333; háttér szín: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {betűtípus súlya: félkövér; szegélyszín: # 000000; szöveg igazítása: balra; függőleges igazítás: felső} .tg .tg- 73oq {border-color: # 000000; text-align: left; függőleges-align: top}
| Zenekar | Frekvenciatartomány | Hullámhossz-tartomány |
|---|---|---|
| Rendkívül alacsony frekvencia (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Nagyon alacsony frekvencia (VLF) | 3–30 kHz | 10-100 km |
| Alacsony frekvencia (LF) | 30–300 kHz | 1 m-től 10 km-ig |
| Közepes frekvencia (MF) | 300 kHz - 3 MHz | 100 m-től 1 km-ig |
| Magas frekvencia (HF) | 3–30 MHz | 10-100 m |
| Nagyon magas frekvencia (VHF) | 30–300 MHz | 1-10 m |
| Különösen magas frekvencia (UHF) | 300 MHz-től 3 GHz-ig | 10 cm-től 1 m-ig |
| Szuper magas frekvencia (SHF) | 3 - 30 GHz | 1-1 cm |
| Rendkívül magas frekvencia (EHF) | 30–300 GHz | 1 mm-től 1 cm-ig |
Alacsony és közepes frekvencia
Az ELF rádióhullámok, amelyek az összes rádiófrekvencia közül a legalacsonyabbak, hosszú hatótávolságúak, és hasznosak a víz és a szikla behatolásában a tengeralattjárókkal, valamint a bányák és barlangok belsejében történő kommunikációhoz. A Stanford VLF csoport szerint az ELF / VLF hullámok legerősebb természetes forrása a villámlás. A villámcsapások által előidézett hullámok oda-vissza ugrálhatnak a Föld és az ionoszféra között (a légkörréteg magas ion- és szabad elektronkoncentrációval), írja a Phys.org. Ezek a villámzavarok torzíthatják a műholdak felé vezető fontos rádiójeleket.
Az LF és MF rádió sávok magukban foglalják a tengeri és repülési rádiót, valamint a kereskedelmi AM (amplitúdómoduláció) rádiót, az RF. Az AM rádiófrekvencia-sávok 535 kilohertz és 1,7 megahertz közé esnek, a How Stuff Works szerint. Az AM rádiónak nagy hatótávolsága van, különösen éjszaka, amikor az ionoszféra jobban képes a hullámoknak a földre történő refrakciójára, ám ez zavarástól függ, amely befolyásolja a hang minőségét. Ha a jelet részlegesen blokkolja - például egy fémfalú épület, például egy felhőkarcoló -, a hang hangereje ennek megfelelően csökken.
Magasabb frekvenciák
A HF, a VHF és az UHF sávok közé tartozik az FM rádió, a sugárzott televíziós hang, a közszolgálati rádió, a mobiltelefonok és a GPS (globális helymeghatározó rendszer). Ezek a sávok jellemzően "frekvencia modulációt" (FM) használnak, hogy egy audio- vagy adatjelet a vivőhullámra kódolják vagy lenyomják. A frekvenciamodulációban a jel amplitúdója (maximális mértéke) állandó marad, miközben a frekvencia nagyobb vagy alacsonyabb, az audio- vagy adatjelnek megfelelő sebességgel és nagyságrenddel változik.
Az FM jobb jelminőséget eredményez, mint az AM, mivel a környezeti tényezők nem befolyásolják a frekvenciát az amplitúdó befolyásolásakor, és a vevő figyelmen kívül hagyja az amplitúdó változásait, mindaddig, amíg a jel a minimális küszöbérték felett marad. A How Stuff Works szerint az FM rádió frekvenciája 88 megahertz és 108 megahertz közé esik.
Rövidhullámú rádió
A rövidhullámú rádió a HF sávban mintegy 1,7 megahertz és 30 megaherc közötti frekvenciát használ, állítja a Rövidhullámú Műsorszolgáltatók Országos Szövetsége (NASB). Ezen a tartományon belül a rövidhullámú spektrum több szegmensre oszlik, amelyek közül néhány a szokásos műsorszóró állomásoknak szól, mint például az Voice of America, a British Broadcasting Corp. és a Voice of Russia. A NASB szerint az egész világon több száz rövidhullámú állomás található. A rövidhullámú állomások több ezer mérfölden hallhatók, mert a jelek visszatérnek az ionoszférából, és visszatérnek a származási helyüktől századaik vagy ezer mérföldeinek.
Legmagasabb frekvenciák
Az SHF és az EHF a legmagasabb frekvenciákat képviseli a rádióban, és néha a mikrohullámú sáv részének tekintik. A levegőben lévő molekulák hajlamosak elnyelni ezeket a frekvenciákat, ami korlátozza azok hatótávolságát és alkalmazását. Rövid hullámhosszuk azonban lehetővé teszi, hogy a jeleket keskeny sugarakba vezesse parabolikus antenna antennák (műholdas antenna) segítségével. Ez lehetővé teszi a kis hatótávolságú, nagy sávú kommunikációt a rögzített helyek között.
Az SHF-t, amelyet a levegő kevésbé érint, mint az EHF, rövid hatótávolságú alkalmazásokhoz, például Wi-Fi, Bluetooth és vezeték nélküli USB (univerzális soros busz) használják. Az SHF csak látóvonal mentén képes működni, mivel a hullámok általában olyan tárgyakról vetnek vissza, mint például autók, csónakok és repülőgépek, az RF oldal szerint. Mivel a hullámok lepattannak a tárgyakról, az SHF radaron is használható.
Csillagászati források
A világűrben rádióhullámok forrásai vannak: bolygók, csillagok, gáz- és porfelhők, galaxisok, pulzárok és még fekete lyukak. Ezek tanulmányozásával a csillagászok megismerhetik ezen kozmikus források mozgását és kémiai összetételét, valamint az ezeket a kibocsátásokat okozó folyamatokat.
A rádióteleszkóp nagyon eltérően látja az eget, mint a látható fényben. A pontszerű csillagok helyett a rádióteleszkóp távoli pulzárokat, csillagképző területeket és szupernóva maradványokat vesz fel. A rádiótávcsövek kvazárokat is észlelhetnek, ami rövid a kvázi-csillagú rádióforráshoz. A kvazár hihetetlenül fényes galaktikus mag, amelyet egy szupermasszív fekete lyuk hajt meg. A kvazárok nagyjából az EM spektrumán sugározzák az energiát, de a név abból fakad, hogy az első azonosítandó kvazárok elsősorban rádió energiát bocsátanak ki. A kvazárok nagyon energikusak; néhányan 1000-szer annyi energiát bocsátanak ki, mint az egész Tejút.
A rádiócsillagászok gyakran összekapcsolnak több kisebb távcsövet vagy fogadó edényt egy tömbbe annak érdekében, hogy egyértelműbb vagy nagyobb felbontású rádiókép legyen a bécsi egyetem szerint. Például a New Mexico-ban található Nagyon Nagy Array (VLA) rádióteleszkóp 27 antennából áll, amelyek hatalmas "Y" mintázatban vannak elrendezve, 36 mérföld átmérőjű 22 mérföldön.
Ezt a cikket Traci Pedersen, Live Science közreműködő frissítette 2019. február 27-én.
