Радіохвилі - це тип електромагнітного випромінювання, найвідоміший для їх використання в комунікаційних технологіях, таких як телебачення, мобільні телефони та радіо. Ці пристрої приймають радіохвилі та перетворюють їх на механічні коливання в динаміку для створення звукових хвиль.
Радіочастотний спектр є відносно невеликою частиною електромагнітного (ЕМ) спектру. Спектр ЕМ, як правило, поділяється на сім регіонів у порядку зменшення довжини хвилі та збільшення енергії та частоти, повідомляє Рочестерський університет. Поширені позначення - радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоні (ІЧ), видиме світло, ультрафіолетове (УФ), рентгенівські та гамма-промені.
За даними NASA, радіохвилі мають найдовші довжини хвиль у спектрі ЕМ, коливаючись приблизно від 0,04 дюйма (1 міліметр) до понад 62 миль (100 кілометрів). Вони також мають найнижчі частоти, приблизно від 3000 циклів в секунду, або від 3 кілогерц, до приблизно 300 мільярдів герц, або 300 гігагерц.
Радіоспектр - обмежений ресурс і його часто порівнюють із сільськогосподарськими угіддями. Подібно до того, як фермери повинні організовувати свою землю для досягнення найкращого врожаю щодо кількості та різноманітності, радіоспектр повинен бути розділений між користувачами найефективнішим способом, повідомляє British Broadcasting Corp. (BBC). У США Національне управління з питань телекомунікацій та інформації в Міністерстві торгівлі США здійснює управління розподілом частот по радіочастотному спектру.
Відкриття
Шотландський фізик Джеймс Клерк Максвелл, який розробив єдину теорію електромагнетизму у 1870-х роках, передбачив існування радіохвиль, повідомляє Національна бібліотека Шотландії. У 1886 році німецький фізик Генріх Герц застосував теорії Максвелла до виробництва та прийому радіохвиль. Герц використовував прості саморобні інструменти, включаючи індукційну котушку і банку Лейдена (ранній тип конденсатора, що складається зі скляної банки з шарами фольги як всередині, так і зовні) для створення електромагнітних хвиль. Герц став першою людиною, яка передала та приймала керовані радіохвилі. Одиниця частоти хвилі ЕМ - один цикл в секунду - називається гертом, на його честь, за даними Американської асоціації просування науки.
Смуги радіохвиль
Національне управління телекомунікацій та інформації, як правило, розподіляє радіоспектр на дев'ять діапазонів:
.tg {межа-згортання: колапс; проміжок між межами: 0; колір кордону: #ccc;}. стиль: твердий; межа ширини: 0px; переповнення: приховано; перерва слова: нормальний; колір межі: #ccc; колір: # 333; фон-колір: #fff;} .tg th {сімейство шрифтів: Arial, sans-serif; розмір шрифту: 14px; шрифт-вага: нормальний; накладка: 10px 5px; стиль межі: твердий; ширина межі: 0px; переповнення: приховано; перерва слова: нормальний; color-color: #ccc; колір: # 333; фоновий колір: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {шрифт-вага: жирний; колір межі: # 000000; вирівнювання тексту: зліва; вертикальне вирівнювання: верх} .tg .tg- 73oq {border-color: # 000000; вирівнювання тексту: зліва; вертикальне вирівнювання: верх}
| Гурт | Діапазон частот | Діапазон довжин хвиль |
|---|---|---|
| Надзвичайно низька частота (ELF) | <3 кГц | > 100 км |
| Дуже низька частота (VLF) | 3 - 30 кГц | 10 - 100 км |
| Низька частота (НЧ) | Від 30 до 300 кГц | 1 м до 10 км |
| Середня частота (MF) | Від 300 кГц до 3 МГц | Від 100 м до 1 км |
| Висока частота (HF) | 3 - 30 МГц | Від 10 до 100 м |
| Дуже висока частота (УКХ) | Від 30 до 300 МГц | 1 - 10 м |
| Надвисока частота (УВЧ) | Від 300 МГц до 3 ГГц | 10 см на 1 м |
| Надвисока частота (SHF) | 3 - 30 ГГц | Від 1 до 1 див |
| Надзвичайно висока частота (EHF) | Від 30 до 300 ГГц | Від 1 мм до 1 див |
Низька до середньої частоти
Радіохвилі ELF, найнижчі з усіх радіочастот, мають великий діапазон і корисні для проникнення у воду та скелі для зв'язку з підводними човнами та всередині мін та печер. Найпотужнішим природним джерелом хвиль ELF / VLF є блискавка, повідомляє Stanford VLF Group. Хвилі, що утворюються при ударах блискавки, можуть відскакувати між Землею та іоносферою (шаром атмосфери з високою концентрацією іонів та вільних електронів), повідомляє Phys.org. Ці порушення блискавки можуть спотворювати важливі радіосигнали, що подорожують до супутників.
Радіочастоти LF та MF включають морське та авіаційне радіо, а також комерційне радіо (амплітудна модуляція) радіо, повідомляє RF Page. Діапазони радіочастот AM падають між 535 кілогерцами до 1,7 мегагерца, згідно з даними How Stuff Works. AM радіо має великий діапазон, особливо вночі, коли іоносфера краще переломляє хвилі назад до землі, але це може спричинити перешкоди, які впливають на якість звуку. Коли сигнал частково заблокований - наприклад, металевою стіною, такою як хмарочос - гучність звуку відповідно зменшується.
Більш високі частоти
Діапазони HF, VHF та UHF включають FM-радіо, звук широкомовного телебачення, радіомовлення, мобільні телефони та GPS (глобальна система позиціонування). Ці діапазони, як правило, використовують "частотну модуляцію" (FM) для кодування або враження звукового сигналу або сигналу даних на несучій хвилі. У частотній модуляції амплітуда (максимальна ступінь) сигналу залишається постійною, тоді як частота змінюється вище або нижче зі швидкістю та величиною, що відповідає звуковому або сигналу даних.
FM призводить до кращої якості сигналу, ніж AM, оскільки фактори навколишнього середовища не впливають на частоту, на яку вони впливають на амплітуду, а приймач ігнорує зміни амплітуди до тих пір, поки сигнал залишається вище мінімального порогу. Частота FM-радіо знижується між 88 мегагерцами і 108 мегагерцами, згідно з даними How Stuff Works.
Короткохвильове радіо
Короткохвильове радіо використовує частоти в діапазоні HF, приблизно від 1,7 мегагерца до 30 мегагерцов, згідно з даними Національної асоціації мовників короткохвильового зв'язку (NASB). В цьому діапазоні спектр короткохвильових хвиль розділений на кілька сегментів, частина з яких присвячена звичайним радіостанціям, таким як Голос Америки, Британська телерадіомовна корпорація та Голос Росії. У всьому світі існує сотні короткохвильових станцій, повідомляє NASB. Короткохвильові станції можна почути за тисячі миль, оскільки сигнали відштовхуються від іоносфери та відштовхуються назад за сотні чи тисячі миль від точки їх виникнення.
Найвищі частоти
SHF і EHF являють собою найвищі частоти в радіочастотному діапазоні і іноді вважаються частиною діапазону мікрохвильового діапазону. Молекули в повітрі, як правило, поглинають ці частоти, що обмежує їх дальність і сферу застосування. Однак їх короткі довжини хвиль дозволяють направляти сигнали у вузькі промені параболічними антенами (супутникові антени). Це дозволяє здійснювати комунікації з високою пропускною здатністю короткого діапазону між фіксованими місцями.
SHF, на який повітря впливає менше, ніж EHF, використовується для програм малої дальності, таких як Wi-Fi, Bluetooth та бездротовий USB (універсальна послідовна шина). SHF може працювати лише в напрямках прямолінійного огляду, оскільки хвилі мають тенденцію відскакувати від об'єктів, таких як автомобілі, катери та літаки, згідно з даними РФ. А оскільки хвилі відштовхуються від об'єктів, SHF також можна використовувати для радарів.
Астрономічні джерела
Зовнішній простір кишить джерелами радіохвиль: планетами, зірками, газовими та пиловими хмарами, галактиками, пульсарами і навіть чорними дірами. Вивчаючи їх, астрономи можуть дізнатися про рух та хімічний склад цих космічних джерел, а також про процеси, що викликають ці викиди.
Радіотелескоп "бачить" небо зовсім інакше, ніж воно з'являється у видимому світлі. Замість того, щоб бачити точкові зірки, радіотелескоп підбирає віддалені пульсари, зореутворюючі області та залишки наднової. Радіотелескопи також можуть виявляти квазари, що є коротким для квазізоряного джерела радіо. Квазар - це неймовірно яскраве галактичне ядро, що живиться від надмасивної чорної діри. Квазари випромінюють енергію в широкому спектрі ЕМ, але назва походить від того, що перші квазари, які слід ідентифікувати, випромінюють переважно радіоенергію. Квазари високоенергетичні; деякі випромінюють в 1000 разів більше енергії, ніж весь Чумацький Шлях.
Радіоастрономи часто комбінують кілька менших телескопів або приймаючи посуд у масив, щоб зробити чіткіше або більш високу роздільну здатність радіозображення, згідно з даними Віденського університету. Наприклад, радіотелескоп "Very Large Array" (VLA) у Нью-Мексико складається з 27 антен, розташованих у величезному "Y" шаблоні, що становить 22 милі (36 кілометрів) поперек.
Цю статтю оновлено 27 лютого 2019 р. Доповідачем Live Science Трачі Педерсен.
