Radioviļņi ir elektromagnētiskā starojuma veids, kas vislabāk pazīstams ar to izmantošanu sakaru tehnoloģijās, piemēram, televīzijā, mobilajos tālruņos un radioaparātos. Šīs ierīces uztver radioviļņus un pārveido tos skaļruņa mehāniskās vibrācijās, lai radītu skaņas viļņus.
Radiofrekvences spektrs ir salīdzinoši maza elektromagnētiskā (EM) spektra daļa. Saskaņā ar Ročesteras universitāti EM spektrs parasti tiek sadalīts septiņos reģionos, samazinoties viļņu garumam un palielinot enerģiju un frekvenci. Parastie apzīmējumi ir radioviļņi, mikroviļņi, infrasarkanais (IR), redzamā gaisma, ultravioletais (UV), rentgena un gamma stari.
Radioviļņiem ir garākais viļņu garums EM spektrā, saskaņā ar NASA, sākot no aptuveni 0,04 collām (1 milimetrs) līdz vairāk nekā 62 jūdzēm (100 kilometriem). Viņiem ir arī zemākās frekvences, sākot no aptuveni 3000 cikliem sekundē jeb 3 kiloherci, līdz aptuveni 300 miljardiem hercu vai 300 gigahercu.
Radiofrekvenču spektrs ir ierobežots resurss, un to bieži salīdzina ar lauksaimniecības zemēm. Tāpat kā lauksaimniekiem jāorganizē sava zeme, lai panāktu vislabāko ražu attiecībā uz daudzumu un dažādību, radiofrekvenču spektrs ir jāsadala starp lietotājiem visefektīvākajā veidā, norāda British Broadcasting Corp. (BBC). Amerikas Savienotajās Valstīs Amerikas Savienoto Valstu Tirdzniecības departamenta Nacionālā telekomunikāciju un informācijas pārvalde pārvalda radiofrekvenču spektra sadalījumu.
Atklājums
Skotu fiziķis Džeimss Klerks Maksvels, kurš 1870. gados izstrādāja vienotu elektromagnētisma teoriju, prognozēja radioviļņu esamību, liecina Skotijas Nacionālā bibliotēka. 1886. gadā vācu fiziķis Heinrihs Hercs izmantoja Maksvela teorijas radioviļņu radīšanai un uztveršanai. Hercs izmantoja vienkāršus mājās gatavotus instrumentus, ieskaitot indukcijas spoli un Leyden burku (agrīna tipa kondensators, kas sastāv no stikla burkas ar folijas slāņiem gan iekšpusē, gan ārā), lai radītu elektromagnētiskos viļņus. Hercs kļuva par pirmo personu, kas raidīja un uztvēra kontrolētos radioviļņus. Saskaņā ar Amerikas Zinātnes attīstības asociācijas datiem par godu EM viļņa frekvences vienībai - vienam ciklam sekundē - viņu sauc par hercu.
Radioviļņu joslas
Nacionālā telekomunikāciju un informācijas pārvalde radiofrekvenču spektru parasti sadala deviņās joslās:
.tg {robežu sabrukums: sabrukums; robežu atstarpe: 0; apmales krāsa: #ccc;} .tg td {fontu saime: Arial, sans-serif; fonta lielums: 14 pikseļi; polsterējums: 10 pikseļi 5 pikseļi; apmale stils: ciets; apmales platums: 0 pikseļi; pārpilde: slēpta; vārdu pārtraukums: parasts; apmales krāsa: #ccc; krāsa: # 333; fona krāsa: #fff;} .tg th {fontu saime: Arial, sans-serif; fonta lielums: 14 pikseļi; fonta svars: parasts; polsterējums: 10 pikseļi 5 pikseļi; apmales stils: ciets; apmales platums: 0 pikseļi; pārpilde: slēpta; vārdu pārtraukums: parasts; apmales krāsa: #ccc; krāsa: # 333; fona krāsa: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {fonta svars: treknraksts; apmales krāsa: # 000000; teksta izlīdzināšana: kreisā; vertikālā izlīdzināšana: augšējā}. tg. tg- 73oq {apmales krāsa: # 000000; teksta izlīdzināšana: pa kreisi; vertikālā izlīdzināšana: augšējā}
| Josla | Frekvences diapazons | Viļņa garuma diapazons |
|---|---|---|
| Īpaši zema frekvence (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Ļoti zema frekvence (VLF) | 3 līdz 30 kHz | 10 līdz 100 km |
| Zema frekvence (LF) | 30 līdz 300 kHz | 1 m līdz 10 km |
| Vidēja frekvence (MF) | 300 kHz līdz 3 MHz | 100 m līdz 1 km |
| Augsta frekvence (HF) | 3 līdz 30 MHz | 10 līdz 100 m |
| Ļoti augsta frekvence (VHF) | 30 līdz 300 MHz | 1 līdz 10 m |
| Īpaši augsta frekvence (UHF) | 300 MHz līdz 3 GHz | 10 cm līdz 1 m |
| Īpaši augsta frekvence (SHF) | 3 līdz 30 GHz | 1 līdz 1 cm |
| Īpaši augsta frekvence (EHF) | 30 līdz 300 GHz | 1 mm līdz 1 cm |
Zemas līdz vidējas frekvences
ELF radioviļņiem, zemākajiem no visām radiofrekvencēm, ir liels diapazons un tie ir noderīgi, iekļūstot ūdenī un klintī saziņai ar zemūdenēm un mīnu un alu iekšienē. Stenfordas VLF grupas dati liecina, ka visspēcīgākais dabīgais ELF / VLF viļņu avots ir zibens. Viļņi, ko rada zibens spērieni, var atlēcīties uz priekšu un atpakaļ starp Zemi un jonosfēru (atmosfēras slānis ar augstu jonu un brīvo elektronu koncentrāciju), liecina Phys.org. Šie zibens traucējumi var izkropļot svarīgus radiosignālus, kas pārvietojas uz satelītiem.
LF un MF radio joslās ietilpst jūras un aviācijas radio, kā arī komerciālais AM (amplitūdas modulācijas) radio, liecina RF lapa. Saskaņā ar How Stuff Works AM radiofrekvenču joslas ir no 535 kiloherciem līdz 1,7 megaherciem. AM radio ir liels diapazons, it īpaši naktī, kad jonosfēra labāk refraktē viļņus atpakaļ uz zemi, taču tas ir pakļauts traucējumiem, kas ietekmē skaņas kvalitāti. Ja signāls tiek daļēji bloķēts, piemēram, ar metāla sienu ēku, piemēram, debesskrāpi, skaņas skaļums tiek attiecīgi samazināts.
Augstākas frekvences
HF, VHF un UHF joslās ietilpst FM radio, apraides televīzijas skaņa, sabiedriskā radio, mobilie tālruņi un GPS (globālā pozicionēšanas sistēma). Šīs joslas parasti izmanto "frekvences modulāciju" (FM), lai kodētu vai iespiestu audio vai datu signālu uz nesējviļņa. Frekvences modulācijā signāla amplitūda (maksimālais apjoms) paliek nemainīga, kamēr frekvence tiek mainīta augstāk vai zemāk ar ātrumu un lielumu, kas atbilst audio vai datu signālam.
FM rada labāku signāla kvalitāti nekā AM, jo vides faktori neietekmē frekvenci, kā tie ietekmē amplitūdu, un uztvērējs ignorē amplitūdas izmaiņas, kamēr signāls paliek virs minimālā sliekšņa. Kā vēsta How Stuff Works, FM radio frekvences ir no 88 līdz 108 megaherciem.
Īsviļņu radio
Saskaņā ar Nacionālās īsviļņu raidorganizāciju asociācijas (NASB) datiem, īsviļņu radio izmanto frekvences HF joslā no aptuveni 1,7 megaherca līdz 30 megaherciem. Šajā diapazonā īsviļņu spektrs ir sadalīts vairākos segmentos, no kuriem daži ir paredzēti regulārām apraides stacijām, piemēram, Amerikas balss, Britu apraides korporācija un Krievijas Balss. Saskaņā ar NASB, visā pasaulē ir simtiem īsviļņu staciju. Īsviļņu stacijas var dzirdēt tūkstošiem jūdžu, jo signāli atlec no jonosfēras un atsit atpakaļ simtiem vai tūkstošiem jūdžu no to izcelsmes vietas.
Augstākās frekvences
SHF un EHF ir radiofrekvenču joslas augstākās frekvences, un dažreiz tos uzskata par mikroviļņu joslas daļu. Gaisā esošās molekulas mēdz absorbēt šīs frekvences, kas ierobežo to diapazonu un pielietojumu. Tomēr to īsais viļņu garums ļauj signālus šaurās staros virzīt ar parabolisko trauku antenu (satelītantena antenu) palīdzību. Tas ļauj maza attāluma liela joslas platuma sakariem notikt starp fiksētām vietām.
SHF, kuru gaiss ietekmē mazāk nekā EHF, izmanto maza darbības attāluma lietojumprogrammām, piemēram, Wi-Fi, Bluetooth un bezvadu USB (universālā seriālā kopne). SHF var darboties tikai redzamības ceļos, jo viļņi mēdz atlēkt no tādiem objektiem kā automašīnas, laivas un lidmašīnas, liecina RF lapa. Tā kā viļņi atlec no objektiem, SHF var izmantot arī radaram.
Astronomijas avoti
Kosmosā ir daudz radioviļņu avotu: planētas, zvaigznes, gāzes un putekļu mākoņi, galaktikas, pulsāri un pat melnie caurumi. Pētot tos, astronomi var uzzināt par šo kosmisko avotu kustību un ķīmisko sastāvu, kā arī par procesiem, kas izraisa šīs emisijas.
Radioteleskops debesis "redz" pavisam savādāk, nekā tās parādās redzamā gaismā. Tā vietā, lai redzētu punktveida zvaigznes, radioteleskops uztver attālākos pulsorus, zvaigznes veidojošos reģionus un supernovas paliekas. Ar radioteleskopiem var noteikt kvazārus, kas ir īss kvazi-zvaigžņu radio avotam. Kvazārs ir neticami spilgts galaktikas kodols, kuru darbina supermasīvs melnais caurums. Kvazāri plaši izstaro enerģiju visā EM spektrā, bet nosaukums cēlies no tā, ka pirmie identificējamie kvazāri izstaro galvenokārt radio enerģiju. Kvazāri ir ļoti enerģiski; daži izstaro 1000 reizes vairāk enerģijas nekā viss Piena ceļš.
Pēc Vīnes universitātes teiktā, radio astronomi masīvā apvieno vairākus mazākus teleskopus vai uztveršanas traukus, lai radītu skaidrāku vai augstākas izšķirtspējas radio attēlu. Piemēram, ļoti liela masīva (VLA) radioteleskops Ņūmeksikā sastāv no 27 antenām, kas izkārtotas milzīgā "Y" shēmā, kas ir 22 jūdzes (36 kilometri) pāri.
Šo rakstu 2019. gada 27. februārī atjaunināja Live Science līdzautors Traci Pedersens.
