Радиоволны представляют собой тип электромагнитного излучения, наиболее известный благодаря их использованию в технологиях связи, таких как телевидение, мобильные телефоны и радиоприемники. Эти устройства принимают радиоволны и преобразуют их в механические колебания в динамике для создания звуковых волн.
Радиочастотный спектр является относительно небольшой частью электромагнитного (ЭМ) спектра. Согласно Рочестерскому университету, электромагнитный спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общими обозначениями являются радиоволны, микроволны, инфракрасный (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновское и гамма-излучение.
По данным НАСА, радиоволны имеют самую длинную длину волны в спектре электромагнитных волн: от 0,04 дюйма (1 миллиметр) до более 62 миль (100 километров). Они также имеют самые низкие частоты, примерно от 3000 циклов в секунду, или 3 килогерца, до примерно 300 миллиардов герц или 300 гигагерц.
Радиочастотный спектр является ограниченным ресурсом и его часто сравнивают с сельскохозяйственными угодьями. По данным British Broadcasting Corp. (BBC), так же, как фермеры должны организовать свою землю для получения наилучшего урожая с точки зрения количества и разнообразия, радиоспектр должен распределяться между пользователями наиболее эффективным способом. В США Национальное управление по телекоммуникациям и информации при Министерстве торговли США управляет распределением частот по радиоспектру.
Открытие
По данным Национальной библиотеки Шотландии, шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, который в 1870-х годах разработал единую теорию электромагнетизма, предсказал существование радиоволн. В 1886 году немецкий физик Генрих Герц применил теории Максвелла к производству и приему радиоволн. Герц использовал простые самодельные инструменты, в том числе индукционную катушку и банку Лейдена (ранний тип конденсатора, состоящий из стеклянной банки со слоями фольги как внутри, так и снаружи) для создания электромагнитных волн. Герц стал первым человеком, который будет передавать и принимать контролируемые радиоволны. Единица частоты электромагнитной волны - один цикл в секунду - называется герц, в его честь, по данным Американской ассоциации содействия развитию науки.
Полосы радиоволн
Национальное управление по телекоммуникациям и информации обычно делит радиоспектр на девять полос:
.tg {border-collapse: collapse; интервал границы: 0; border-color: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; размер шрифта: 14px; отступ: 10px 5px; border- стиль: сплошной; border-width: 0px; переполнение: скрытое; разбиение на слова: нормальное; border-color: #ccc; цвет: # 333; background-color: #fff;} .tg th {font-family: Arial, sans-serif; размер шрифта: 14px; font-weight: normal; отступ: 10px 5px; стиль границы: сплошной; border-width: 0px; переполнение: скрытое; перенос слов: нормальный; border-color: #ccc; color: # 333; background-color: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-weight: bold; border-color: # 000000; выравнивание текста: слева; выравнивание по вертикали: top} .tg .tg- 73oq {границы цвет: # 000000; выравнивания текста: слева; вертикальные выравнивания: сверху}
| Группа | Частотный диапазон | Диапазон длин волн |
|---|---|---|
| Чрезвычайно Низкая Частота (ELF) | <3 кГц | > 100 км |
| Очень низкая частота (VLF) | От 3 до 30 кГц | От 10 до 100 км |
| Низкочастотный (НЧ) | От 30 до 300 кГц | От 1 до 10 км |
| Средняя частота (MF) | От 300 кГц до 3 МГц | 100 м до 1 км |
| Высокая частота (HF) | От 3 до 30 МГц | От 10 до 100 м |
| Очень высокая частота (VHF) | От 30 до 300 МГц | От 1 до 10 м |
| Сверхвысокая частота (УВЧ) | От 300 МГц до 3 ГГц | От 10 см до 1 м |
| Сверхвысокая частота (СВЧ) | От 3 до 30 ГГц | От 1 до 1 см |
| Чрезвычайно высокая частота (КВЧ) | От 30 до 300 ГГц | От 1 мм до 1 см |
Низкие и средние частоты
Радиоволны ELF, самая низкая из всех радиочастот, имеют большую дальность и полезны при проникновении в воду и камень для связи с подводными лодками и внутри шахт и пещер. По данным Stanford VLF Group, самым мощным естественным источником волн ELF / VLF является молния. Согласно Phys.org, волны, вызванные ударами молнии, могут отскакивать назад и вперед между Землей и ионосферой (слой атмосферы с высокой концентрацией ионов и свободных электронов). Эти молниеносные помехи могут искажать важные радиосигналы, поступающие на спутники.
По данным RF Page, радиодиапазоны LF и MF включают морское и авиационное радио, а также коммерческое радио AM (амплитудная модуляция). По данным How Stuff Works, радиочастотные диапазоны AM падают между 535 килогерцами и 1,7 мегагерцами. Радиоприемник AM имеет большой радиус действия, особенно ночью, когда ионосфера лучше преломляет волны обратно на землю, но подвержена помехам, влияющим на качество звука. Когда сигнал частично блокируется, например, зданием с металлическими стенами, таким как небоскреб, громкость звука соответственно уменьшается.
Более высокие частоты
К диапазонам HF, VHF и UHF относятся FM-радио, звук телевизионного вещания, радио общего пользования, мобильные телефоны и GPS (система глобального позиционирования). Эти полосы обычно используют «частотную модуляцию» (ЧМ) для кодирования или воспроизведения звука или сигнала данных на несущей волне. При частотной модуляции амплитуда (максимальная степень) сигнала остается постоянной, в то время как частота изменяется выше или ниже со скоростью и величиной, соответствующей звуковому сигналу или сигналу данных.
ЧМ приводит к лучшему качеству сигнала, чем АМ, потому что факторы окружающей среды не влияют на частоту так, как они влияют на амплитуду, и приемник игнорирует изменения амплитуды, пока сигнал остается выше минимального порога. Согласно данным How Stuff Works, радиочастоты FM падают между 88 мегагерцами и 108 мегагерцами.
Коротковолновое радио
По данным Национальной ассоциации коротковолновых радиовещателей (NASB), в коротковолновом радио используются частоты в диапазоне HF, от 1,7 до 30 мегагерц. В этом диапазоне коротковолновый спектр разделен на несколько сегментов, некоторые из которых предназначены для обычных радиовещательных станций, таких как «Голос Америки», Британская радиовещательная корпорация и «Голос России». По данным NASB, во всем мире существуют сотни коротковолновых станций. Коротковолновые станции можно услышать за тысячи миль, потому что сигналы отскакивают от ионосферы и отскакивают на сотни или тысячи миль от точки их происхождения.
Самые высокие частоты
СВЧ и КВЧ представляют самые высокие частоты в радиодиапазоне и иногда считаются частью микроволнового диапазона. Молекулы в воздухе имеют тенденцию поглощать эти частоты, что ограничивает их диапазон и области применения. Однако их короткие длины волн позволяют направлять сигналы в узких лучах параболическими антеннами (спутниковыми антеннами). Это позволяет осуществлять высокоскоростную связь на коротких расстояниях между фиксированными точками.
SHF, который меньше подвержен влиянию воздуха, чем EHF, используется для приложений малого радиуса действия, таких как Wi-Fi, Bluetooth и беспроводной USB (универсальная последовательная шина). СВЧ может работать только на трассах прямой видимости, так как волны, как правило, отражаются от объектов, таких как автомобили, лодки и самолеты, согласно странице РФ. И поскольку волны отражаются от объектов, СВЧ также можно использовать для радиолокации.
Астрономические источники
Космическое пространство кишит источниками радиоволн: планеты, звезды, газопылевые облака, галактики, пульсары и даже черные дыры. Изучая их, астрономы могут узнать о движении и химическом составе этих космических источников, а также о процессах, которые вызывают эти выбросы.
Радиотелескоп «видит» небо совсем иначе, чем в видимом свете. Вместо того, чтобы видеть точечные звезды, радиотелескоп собирает отдаленные пульсары, области звездообразования и остатки сверхновых. Радиотелескопы также могут обнаруживать квазары, что мало для квазизвездного радиоисточника. Квазар - это невероятно яркое ядро галактики, питаемое сверхмассивной черной дырой. Квазары излучают энергию в широком диапазоне по электромагнитному спектру, но название происходит от того факта, что первые идентифицированные квазары излучают в основном радио энергию. Квазары очень энергичны; некоторые излучают в 1000 раз больше энергии, чем весь Млечный Путь.
Радиоастрономы часто объединяют несколько небольших телескопов или приемных тарелок в массив, чтобы сделать более четкое или более высокое разрешение радиоизображения, согласно университету Вены. Например, радиотелескоп Very Large Array (VLA) в Нью-Мексико состоит из 27 антенн, расположенных в виде огромного Y-образного профиля, длина которого составляет 22 мили (36 километров).
Эта статья была обновлена 27 февраля 2019 года участником Live Science Трейси Педерсен.
