امواج رادیویی چه هستند؟






تیونر رادیو، امواج رادیویی را دریافت و آنها را در بلندگو تبدیل به ارتعاشات مکانیکی می کند تا امواج صوتی ایجاد شود که قابل شنیدن باشد. امواج رادیویی یک نوع تابش الکترومغناطیسی هستند، همانند مایکروویو، اشعه مادون قرمز، اشعه X و اشعه گاما.

بهترین و شناخته شده ترین مورد استفاده از امواج رادیویی برای برقراری ارتباط، پخش تلویزیونی، تلفن همراه و رادیو و تبدیل آنها به ارتعاشات مکانیکی در بلندگوها برای ایجاد امواج صوتی قابل شنیدن است.


تابش الکترومغناطیسی به صورت امواج یا ذرات در طول موج و فرکانسهای مختلف منتقل می شود. این طیف گسترده طول موج به عنوان طیف الکترومغناطیسی (EM) شناخته شده است. طیف مذکور به طورکلی به منظور کاهش طول موج و افزایش انرژی و فرکانس به هفت منطقه تقسیم شده است.

نامگذاریهای معمول این مناطق عبارتند از امواج رادیویی، مایکروویو، مادون قرمز (IR)، نور مرئی، اشعه ماوراء بنفش (UV)، اشعه ایکس و اشعه گاما. امواج رادیویی دارای طولانی ترین طول موج در طیف EM می باشند که از حدود 1 میلی متر (0.04 اینچ) تا بیش از 100 کیلومتر (62 مایل) را دربرمی گیرد. این امواج همچنین دارای کمترین فرکانس از حدود 3000 سیکل در ثانیه و یا 3 کیلوهرتز تا 300 میلیارد هرتز یا 300 گیگاهرتز می باشند.


کشف

 فیزیکدان اسکاتلندی جیمز کلرک ماکسول، که در دهه 1870 نظریه واحد الکترومغناطیس را ارائه داد، وجود امواج رادیویی را پیش بینی کرد. چند سال بعد، هاینریش هرتز، فیزیکدان آلمانی، نظریه ماکسول را روی تولید و دریافت امواج رادیویی استفاده کرد. واحد فرکانس موج EM (یک چرخه در ثانیه) به نام هرتز و به افتخار او نامگذاری شد.

هرتز از شکاف جرقه ای متصل به یک سیم پیچ القایی و شکاف جرقه جداگانه ای در یک آنتن گیرنده استفاده کرد. هنگامی که امواج حاصل از جرقه فرستنده سیم پیچ، توسط آنتن دریافت برداشته می شدند، جرقه ها نیز این شکاف را با جهش طی می کردند. هرتز در آزمایش های خود نشان داد که این سیگنال ها دارای تمام ویژگی های امواج الکترومغناطیسی هستند.


باند امواج رادیویی

 نهاد ملی مدیریت ارتباطات و اطلاعات به طور کلی طیف رادیویی را به 9 باند تقسیم کرده است. با توجه به تقسیم بندی گروه VLF استنفورد، قدرتمند ترین منبع طبیعی امواج ELF/ VLF بر روی زمین رعد و برق است. امواج تولید شده توسط صاعقه می تواند بین زمین و یونوسفر به جلو و عقب برود، به طوری که می تواند در سراسر جهان حرکت کند.

امواج رادیویی با منابع مصنوعی، از جمله ژنراتور برق، خطوط برق، لوازم خانگی و فرستنده های رادیویی هم تولید می شوند. رادیو ELF به دلیل دوربردی، و توانایی در نفوذ به آب و سنگ برای ارتباط با زیردریایی ها و معادن داخل زمین و غارها مفید است. با این حال، فرکانس حامل، اغلب کمتر از محدوده فرکانس صدای قابل شنیدن است، که 20 تا 20000 هرتز در نظر گرفته می شود. به همین دلیل رادیو ELF را نمی توان به اندازه کافی سریع مدوله کرد تا دست به بازتولید صدا زد، در نتیجه از این رادیو تنها برای داده های دیجیتال در سرعت بسیار آهسته استفاده می شود.


باند رادیویی LF وMF شامل رادیوی دریایی و هوایی و همچنین رادیویی تجاری AM می شود. اکثر رادیوهای این باند از مدولاسیون دامنه (AM) استفاده می کنند تا سیگنال صوتی را بر روی موج حامل رادیویی پیاده کنند. قدرت و یا دامنه سیگنال ها، به نسبتی که با فرکانس های سیگنال صوتی مانند صدا و یا موسیقی همخوانی داشته باشد، متنوع و مدوله شده است.

رادیوی AM دارای برد طولانی، به خصوص در شب است، اما تداخل های موجود بر روی کیفیت صدای آن تاثیر می گذارد. هنگامی که سیگنال تا حدی مسدود شود، حجم صدا نیز به موازات آن کاهش می یابد.


HF ،VHF و باندهای UHF شامل رادیو FM، صدای پخش تلویزیونی، رادیوی خدمات عمومی، تلفن های همراه و GPS می شود. این باند ها به طورمعمول از مدولاسیون فرکانس برای تحت تاثیر قراردادن سیگنال صوتی و یا داده ها روی موج حامل استفاده می کنند. در این طرح، دامنه سیگنال ثابت باقی می ماند، درحالی که فرکانس، در قیاس با میزان واندازه منطبق با سیگنال های صوتی و یا داده، کمی بالاتر یا پایین قرار دارد.

این امرمنتهی به کیفیت سیگنالی بهتر از AM می شود، دلیل اینست که عوامل محیطی به آن شکلی که دامنه را تحت تاثیر قرار می دهد بر فرکانس اثر نمی گذارد و گیرنده تغییرات دامنه را تا زمانی که سیگنال بالای حداقل آستانه باقی بماند، نادیده می گیرد.


رادیوی موج کوتاه


رادیوd موج کوتاه، از فرکانس های باند HF، یعنی حدود 1.7 تا 30 MHz، استفاده می کند. در این محدوده، طیف موج کوتاه به بخش های مختلف تقسیم می شود، که برخی از آنها به ایستگاه های رادیو و تلویزیونی منظم، مانند رادیوهایی که روزانه گوش می دهیم، اختصاص داده شده است.

با توجه به اطلاعات منتشره از سوی NASB، در سراسر جهان، صدها ایستگاه موج کوتاه وجود دارد. ایستگاه موج کوتاه را می توان تا هزاران مایل دورتر شنید، زیرا سیگنال ها به یونوسفر برخورد کرده و صدها یا هزاران مایل دورتر از نقطه مبدا خود دوباره بجای اول باز می گردند.


 استریو FM

به موازات محبوب شدن موسیقیِ استریوی دو کاناله، تقاضا برای پخش رادیو استریو نیز افزایش یافت. با این حال، بیشتر، از رادیوهای تک کانال (مونوآئورال یا مونو) استفاده می کردند و به احتمال زیاد در آینده نیز همچنان محبوب باقی می ماند.

مشکل، ایجاد سیستمی بود که بتواند موسیقیِ استریویی تولید کند، اما با گیرنده های تک موجود هم سازگاری داشته باشد.


روشی که برای پخش استریو FM به کارگرفته شد نسبتا هوشمندانه بود. رایان گید،استاد فیزیک در دانشگاه ایالتی میسوری توضیح می دهد که در این شیوه، پخش کننده، کانال های چپ و راست را با هم به صورت L - R و L + R ترکیب کرده و آنها را بر روی فرکانس های کمی متفاوت A و B پخش می کرد.

گیرنده تک می تواند روی A دستگاه خود را تنظیم کرده و هر دو کانال را بشنود. اما گیرنده استریو، روی هر دو فرکانس دستگاه را تنظیم کرده و دست به ترکیب A و B به عنوان A + B و A – B می زند. اندکی محاسبات جبری نشان می دهد که A + B = (L + R) + (L -R) = 2L، و A – B = (L + R) − (L − R) = 2R ، بنابراین به طورموثر کانال های چپ و راست را جدا می کند.


 فرکانسهای بالاتر

 SHF و EHF نشان دهنده بالاترین فرکانس ها در باند رادیویی هستند و گاهی اوقات به عنوان بخشی از گروه مایکروویو در نظر گرفته می شوند. مولکول های هوا این فرکانس را جذب می کنند، که دامنه و برنامه های کاربردی را محدود می کند. با این حال، طول موج کوتاه این فرکانس ها اجازه هدایتشان را به صورت پرتوهای باریک توسط آنتن سهموی می دهد، به طوری که برای کاربردهای کوتاه برد همانند بلوتوث، وای فای و یو اس بی وایرلس مناسب است.

همچنین برای امواج SHF، که به نسبت EHF، کمتر توسط هوا تحت تاثیر قرار می گیرد، برای کاربردهای کوتاه برد از Wi-Fi، بلوتوث و بی سیم USB استفاده می شود. امواج SHF از اشیائی مانند اتومبیل، قایق و هواپیما بازتابانده می شوند، بنابراین این گروه امواج اغلب برای رادار استفاده می شود.

 منابع نجوم

فضای بیرون جو پر از منابع رادیویی است. از جمله این منابع عبارتند از سیارات، ستارگان، گاز و ابرهای گرد و غبار، کهکشان، تپ اخترها و حتی سیاه چاله ها.
این منابع به ستاره شناسان اجازه می دهد تا در مورد حرکت و ترکیب شیمیایی و همچنین فرآیندهایی که باعث تولید آلاینده ها می شوند یاد بگیرند.


 به گفته رابرت پترسون، استاد نجوم در دانشگاه ایالتی میسوری، ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ رادیویی بزرگ، محل «ابرهای هیدروژن خنثی سرد» در کهکشان را پیدا می کنند. این ابرها به طور خاص موردعلاقه ستاره شناسان هستند، زیرا در امتداد بازوهای مارپیچی کهکشان مانند کهکشان راه شیری چیده می شوند و دانشمندان می توانند نقشه ساختار ابرها را تهیه کنند.


 فرکانس های رادیویی خاص منطبق با فرکانس رزونانس اتم ها و مولکول مشترک، توسط FCC برای استفاده انحصاری توسط اخترشناسان رادیویی جهت جلوگیری از تداخل فرستنده های رادیویی با مشاهدات تلسکوپ های رادیویی بسیار حساس، محفوظ شده است. یک لیست از این فرکانس ها در وب سایت مرکز ملی نجوم و یونوسفر موجود است.


به گفته ناسا، اخترشناسان رادیویی اغلب به منظور ایجاد تصویر واضح تر و یا وضوح تصویر بالاتر دست به ترکیب چندین تلسکوپ کوچکتر، یا بشقاب های دریافت کننده به صورت یک آرایه می زنند. به عنوان مثال، آرایه بسیار بزرگ (VLA)، تلسکوپ رادیویی مستقر در نیومکزیکو متشکل از 27 آنتن است که به شکل "Y" در شعاع 22 مایل (36 کیلومتر) در سراسر ناحیه مرتب شده اند.


 به گفته ناسا، آسمانی که با تلسکوپ رادیویی دیده می شود بسیار متفاوت از آن چیزی است که در نور مرئی می بینیم. عوض دیدن ستاره های نقطه مانند، این تلسکوپ، تپ اخترهای دور، مناطق ستاره ساز و بقایای ابرنواخترها را می بیند.


 تلسکوپهای رادیویی همچنین می تواند کوازارها، که مخفف منبع رادیویی شبه ستاره ای هستند را تشخیص دهد. کوازار یک هسته کهکشانی فوق العاده روشن است که نیروی خود را ازسیاهچاله گرفته است.

کوازارها، انرژی را به طور گسترده ای در سراسر طیف EM می تابانند. کوازارها بسیار پرانرژی هستند. برخی از آنها هزار بار بیشتر از کل کهکشان راه شیری انرژی تولید می کنند. با این حال، بسیاری از کوازارها را نمی توان در نور مرئی دید، زیرا گرد و غبار کهکشان های اطراف آنها تصویرشان را مسدود می سازد.


منبع : کوی دانش
باز نشر : سایت علمی نخبگان جوان