Radijo bangos yra elektromagnetinės spinduliuotės rūšis, labiausiai žinoma dėl jų naudojimo ryšių technologijose, tokiose kaip televizija, mobilieji telefonai ir radijo imtuvai. Šie įrenginiai priima radijo bangas ir konvertuoja juos į mechaninius garsiakalbio virpesius, sukurdami garso bangas.
Radijo dažnio spektras yra palyginti maža elektromagnetinio (EM) spektro dalis. Pasak Ročesterio universiteto, EM spektras paprastai yra padalintas į septynis regionus mažėjančio bangos ilgio ir didėjančios energijos bei dažnio tvarka. Įprasti žymėjimai yra radijo bangos, mikrobangos, infraraudonieji (IR), matoma šviesa, ultravioletiniai (UV), rentgeno ir gama spinduliai.
Pasak NASA, radijo bangos turi ilgiausius EM spektro bangos ilgius, nuo maždaug 0,04 colio (1 milimetro) iki daugiau nei 62 mylių (100 kilometrų). Jie taip pat turi mažiausius dažnius - nuo maždaug 3000 ciklų per sekundę, arba nuo 3 kilohercų, iki maždaug 300 milijardų hertų, arba 300 gigahercų.
Radijo spektras yra ribotas išteklius ir dažnai lyginamas su dirbamomis žemėmis. Kaip teigia „British Broadcasting Corp.“ (BBC), ūkininkai, norėdami gauti geriausią derlių pagal kiekį ir įvairovę, turi sutvarkyti savo žemę. JAV Nacionalinė telekomunikacijų ir informacijos administracija, esanti Jungtinių Valstijų prekybos departamente, tvarko dažnių paskirstymą pagal radijo spektrą.
Atradimas
Škotijos fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas, 1870-aisiais sukūręs vieningą elektromagnetizmo teoriją, pagal Škotijos nacionalinę biblioteką prognozavo radijo bangų egzistavimą. 1886 m. Vokiečių fizikas Heinrichas Hertzas pritaikė Maxwello teorijas radijo bangų kūrimui ir priėmimui. Norėdami sukurti elektromagnetines bangas, „Hertz“ naudojo paprastus naminius įrankius, įskaitant indukcinę ritę ir Leydeno stiklainį (ankstyvojo tipo kondensatorius, susidedantį iš stiklinio indelio, kurio folijos sluoksniai yra išdėstyti tiek viduje, tiek išorėje). „Hertz“ tapo pirmuoju asmeniu, perdavusiu ir priimančiu kontroliuojamas radijo bangas. Anot Amerikos mokslo pažangos asociacijos, jo garbei EM bangos dažnio vienetas - vienas ciklas per sekundę - vadinamas hercu.
Radijo bangų juostos
Nacionalinė telekomunikacijų ir informacijos administracija radijo spektrą paprastai suskirsto į devynias juostas:
.tg {border-collapse: collapse; stilius: vientisas; kraštinės plotis: 0 pikselių; perpildymas: paslėptas; žodžių jungimas: normalus; kraštinės spalva: #ccc; spalva: # 333; fono spalva: #fff;} .tg-asis {šriftų šeima: Arial, „sans-serif“; šrifto dydis: 14 taškų; šrifto svoris: normalus; kamšalas: 10 taškų 5 taškų; kraštinės stilius: tvirtas; kraštinės plotis: 0 taškų; perpildymas: paslėptas; žodžių pertrauka: normali; kraštinės spalva: #ccc; spalva: # 333; fono spalva: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {šrifto svoris: paryškintas; šrifto spalva: # 000000; teksto derinimas: kairė; vertikalus išlygiavimas: viršutinė}. tg. tg- 73oq (kraštinės spalva: # 000000; tekstas lygiuoti: kairėn; vertikalus lygiuoti: viršuje})
| Juosta | Dažnių diapazonas | Bangos ilgio diapazonas |
|---|---|---|
| Ypač žemas dažnis (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Labai žemas dažnis (VLF) | 3 - 30 kHz | 10 - 100 km |
| Žemas dažnis (LF) | Nuo 30 iki 300 kHz | Nuo 1 m iki 10 km |
| Vidutinis dažnis (MF) | Nuo 300 kHz iki 3 MHz | 100 m iki 1 km |
| Aukštas dažnis (HF) | 3–30 MHz | Nuo 10 iki 100 m |
| Labai aukštas dažnis (VHF) | Nuo 30 iki 300 MHz | Nuo 1 iki 10 m |
| Itin aukštas dažnis (UHF) | 300 MHz - 3 GHz | Nuo 10 cm iki 1 m |
| Ypač aukštas dažnis (SHF) | 3–30 GHz | Nuo 1 iki 1 cm |
| Ypač aukštas dažnis (EHF) | Nuo 30 iki 300 GHz | Nuo 1 mm iki 1 cm |
Žemas ir vidutinis dažnis
ELF radijo bangos, mažiausios iš visų radijo dažnių, turi ilgą diapazoną ir yra naudingos skverbiantis į vandenį ir uolienas susisiekimui su povandeniniais laivais ir kasyklų bei urvų viduje. Anot Stanfordo VLF grupės, galingiausias natūralus ELF / VLF bangų šaltinis yra žaibas. Kaip praneša Phys.org, žaibo smūgiai sukelia bangas, kylančias pirmyn ir atgal tarp Žemės ir jonosferos (atmosferos sluoksnis, kuriame yra didelė jonų ir laisvųjų elektronų koncentracija). Šie žaibo trikdžiai gali iškraipyti svarbius radijo signalus, keliaujančius į palydovus.
LF ir MF radijo juostos apima jūrų ir aviacijos radiją, taip pat komercinį AM (amplitudės moduliacijos) radiją, praneša RF. Kaip rašo „How Stuff Works“, AM radijo dažnių juostos svyruoja nuo 535 kilohercų iki 1,7 megaherco. AM radijas turi ilgą diapazoną, ypač naktį, kai jonosfera geriau atkuria bangas į žemę, tačiau jį veikia trikdžiai, kurie turi įtakos garso kokybei. Kai signalas yra iš dalies blokuojamas, pavyzdžiui, metalinėmis sienomis pastatytu pastatu, pavyzdžiui, dangoraižiu, garso lygis atitinkamai sumažėja.
Aukštesni dažniai
HF, VHF ir UHF juostose yra FM radijas, transliuojamas televizijos garsas, viešojo paslaugų radijas, mobilieji telefonai ir GPS (pasaulinė padėties nustatymo sistema). Šios juostos paprastai naudoja „dažnio moduliaciją“ (FM), norėdamos užšifruoti arba padaryti garso ar duomenų signalą nešlio bangoje. Esant dažnio moduliavimui, signalo amplitudė (maksimali apimtis) išlieka pastovi, tuo tarpu dažnis yra keičiamas didesnis ar mažesnis greičiu ir dydžiu, atitinkančiu garso ar duomenų signalą.
Dėl FM signalo kokybė yra geresnė nei AM, nes aplinkos veiksniai neturi įtakos dažniui, kaip jie veikia amplitudę, o imtuvas ignoruoja amplitudės pokyčius, kol signalas išlieka didesnis nei minimali riba. Kaip rašo „How Stuff Works“, FM radijo dažnis svyruoja nuo 88 megahercų iki 108 megahercų.
Trumpųjų bangų radijas
Anot Nacionalinės trumpųjų bangų transliuotojų asociacijos (NASB), trumpųjų bangų radijas naudoja dažnius HF juostoje nuo maždaug 1,7 megaherco iki 30 megahercų. Šiame diapazone trumpųjų bangų spektras yra padalintas į keletą segmentų, iš kurių kai kurie yra skirti įprastoms transliavimo stotims, tokioms kaip „Amerikos balsas“, „British Broadcasting Corp.“ ir „Rusijos balsas“. Pasak NASB, visame pasaulyje yra šimtai trumpųjų bangų stočių. Trumpųjų bangų stotys gali būti girdimos tūkstančius mylių, nes signalai atšoka iš jonosferos ir grįžta atgal šimtus ar tūkstančius mylių nuo jų pradžios taško.
Aukščiausi dažniai
SHF ir EHF žymi aukščiausius radijo juostos dažnius ir kartais laikomi mikrobangų juostos dalimi. Ore esančios molekulės paprastai sugeria šiuos dažnius, o tai riboja jų diapazoną ir pritaikymą. Tačiau dėl jų trumpojo bangos ilgio signalai gali būti nukreipti siaurais spinduliais parabolinėmis antenų antenomis (palydovinės antenos antenomis). Tai leidžia tarp fiksuotų vietų palaikyti trumpo nuotolio didelio pralaidumo ryšius.
SHF, kurį mažiau veikia oras nei EHF, naudojamas nedidelio nuotolio programoms, tokioms kaip „Wi-Fi“, „Bluetooth“ ir belaidžiam USB (universali nuoseklioji magistralė). Kaip rašo „RF Page“, SHF gali veikti tik matymo takais, nes bangos linkusios atsitraukti nuo objektų, tokių kaip automobiliai, valtys ir orlaiviai. Kadangi bangos atsimuša nuo objektų, SHF taip pat gali būti naudojamas radarui.
Astronominiai šaltiniai
Kosminėje erdvėje apstu radijo bangų šaltinių: planetų, žvaigždžių, dujų ir dulkių debesų, galaktikų, pulsų ir net juodųjų skylių. Studijuodami juos, astronomai gali sužinoti apie šių kosminių šaltinių judesį ir cheminę sudėtį, taip pat apie procesus, kurie sukelia šias emisijas.
Radijo teleskopas „mato“ dangų labai skirtingai, nei jis atrodo matomoje šviesoje. Radijo teleskopas, užuot matęs į taškus panašias žvaigždes, renka tolimus pulsorius, žvaigždes formuojančius regionus ir supernovų liekanas. Radijo teleskopai taip pat gali aptikti kvazarus, o tai trūksta beveik žvaigždžių radijo šaltiniui. Kvazaras yra neįtikėtinai ryški galaktikos šerdis, maitinama supermasyvios juodosios skylės. Kvazarai spinduliuoja energiją plačiai EM spektre, tačiau pavadinimas kilęs dėl to, kad pirmieji identifikuoti kvazariai skleidžia daugiausia radijo energiją. Kvazarai yra labai energingi; kai kurie išmeta 1000 kartų daugiau energijos nei visas Pieno kelias.
Remiantis Vienos universitetu, radijo astronomai dažnai sujungia keletą mažesnių teleskopų ar lėkščių priėmimo į masyvą, kad būtų aiškesnis ar aukštesnės skiriamosios gebos radijo vaizdas. Pavyzdžiui, labai didelio masyvo (VLA) radijo teleskopą Naujojoje Meksikoje sudaro 27 antenos, išdėstytos didžiuliu „Y“ modeliu, kuris yra 22 mylių (36 kilometrų) ilgio.
Šį straipsnį 2019 m. Vasario 27 d. Atnaujino „Live Science“ bendradarbis Traci Pedersenas.
