Radiobølger er en type elektromagnetisk stråling som er mest kjent for sin bruk i kommunikasjonsteknologier, for eksempel TV, mobiltelefoner og radioer. Disse enhetene mottar radiobølger og konverterer dem til mekaniske vibrasjoner i høyttaleren for å skape lydbølger.
Radiofrekvensspekteret er en relativt liten del av det elektromagnetiske (EM) spekteret. EM-spekteret er vanligvis delt inn i syv regioner i rekkefølge av synkende bølgelengde og økende energi og frekvens, ifølge University of Rochester. De vanlige betegnelsene er radiobølger, mikrobølger, infrarød (IR), synlig lys, ultrafiolett (UV), røntgenstråler og gammastråler.
Radiobølger har de lengste bølgelengdene i EM-spekteret, i følge NASA, som strekker seg fra cirka 0,04 tommer til mer enn 100 kilometer. De har også de laveste frekvensene, fra rundt 3000 sykluser per sekund, eller 3 kilohertz, opp til omtrent 300 milliarder hertz, eller 300 gigahertz.
Radiospekteret er en begrenset ressurs og sammenlignes ofte med jordbruksland. Akkurat som bønder må organisere landet sitt for å oppnå den beste høsten med hensyn til mengde og variasjon, må radiospekteret deles mellom brukere på den mest effektive måten, ifølge British Broadcasting Corp. (BBC). I USA administrerer National Telecommunications and Information Administration in the United States Department of Commerce frekvensallokeringene langs radiospekteret.
Oppdagelse
Den skotske fysikeren James Clerk Maxwell, som utviklet en samlet teori om elektromagnetisme på 1870-tallet, spådde eksistensen av radiobølger, ifølge National Library of Scotland. I 1886 anvendte Heinrich Hertz, en tysk fysiker Maxwells teorier for produksjon og mottak av radiobølger. Hertz brukte enkle hjemmelagde verktøy, inkludert en induksjonsspole og en Leyden-krukke (en tidlig type kondensator bestående av en glasskrukke med folielag både inne og ute) for å lage elektromagnetiske bølger. Hertz ble den første personen som sendte og mottok kontrollerte radiobølger. Enhetens frekvensenhet for en EM-bølge - en syklus per sekund - kalles en hertz, til hans ære, ifølge American Association for the Advancement of Science.
Bånd med radiobølger
Nasjonal telekommunikasjons- og informasjonsadministrasjon deler generelt radiospekteret i ni band:
.tg {border-kollaps: kollaps; border-spacing: 0; border-color: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; font-størrelse: 14px; polstring: 10px 5px; border- stil: solid; kantbredde: 0px; overløp: skjult; ordbrudd: normal; kantfarge: #ccc; farge: # 333; bakgrunnsfarge: #fff;}. tg th {font-familie: Arial, sans-serif; font-størrelse: 14px; font-vekt: normal; polstring: 10px 5px; kantstil: solid; kantbredde: 0px; overløp: skjult; ordbrudd: normal; kantfarge: #ccc; farge: # 333; bakgrunnsfarge: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-weight: bold; border-color: # 000000; text-align: left; vertical-align: top} .tg .tg- 73oq {border-farge: # 000000; tekst-Justering: venstre, vertikale retter inn: topp}
| Bånd | Frekvensområde | Bølgelengdeområdet |
|---|---|---|
| Ekstremt lav frekvens (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Svært lav frekvens (VLF) | 3 til 30 kHz | 10 til 100 km |
| Lavfrekvens (LF) | 30 til 300 kHz | 1 m til 10 km |
| Medium frekvens (MF) | 300 kHz til 3 MHz | 100 m til 1 km |
| Høy frekvens (HF) | 3 til 30 MHz | 10 til 100 moh |
| Meget høy frekvens (VHF) | 30 til 300 MHz | 1 til 10 moh |
| Ultrahøy frekvens (UHF) | 300 MHz til 3 GHz | 10 cm til 1 moh |
| Super høy frekvens (SHF) | 3 til 30 GHz | 1 til 1 cm |
| Ekstremt høy frekvens (EHF) | 30 til 300 GHz | 1 mm til 1 cm |
Lav til medium frekvens
ELF-radiobølger, som er den laveste av alle radiofrekvenser, har lang rekkevidde og er nyttige for å trenge gjennom vann og berg for kommunikasjon med ubåter og inne i gruver og huler. Den kraftigste naturlige kilden til ELF / VLF-bølger er lynet, ifølge Stanford VLF Group. Bølger produsert av lynnedslag kan sprette frem og tilbake mellom Jorden og ionosfæren (atmosfærelaget med en høy konsentrasjon av ioner og frie elektroner), ifølge Phys.org. Disse lynforstyrrelsene kan forvrenge viktige radiosignaler som reiser til satellitter.
LF- og MF-radioband inkluderer marine- og luftfartsradio, samt kommersiell AM (amplitude modulation) radio, i henhold til RF Page. AM-radiofrekvensbånd faller mellom 535 kilohertz til 1,7 megahertz, ifølge How Stuff Works. AM-radio har lang rekkevidde, spesielt om natten når ionosfæren er bedre til å bryte bølgene tilbake til jorden, men det er utsatt for forstyrrelser som påvirker lydkvaliteten. Når et signal delvis er blokkert - for eksempel av en metallvegget bygning som en skyskraper - reduseres lydens volum tilsvarende.
Høyere frekvenser
HF-, VHF- og UHF-band inkluderer FM-radio, kringkastet fjernsynslyd, public service radio, mobiltelefoner og GPS (global posisjoneringssystem). Disse båndene bruker vanligvis "frekvensmodulering" (FM) for å kode eller imponere et lyd- eller datasignal på bærebølgen. Ved frekvensmodulering forblir signalets amplitude (maksimal utstrekning) konstant mens frekvensen varieres høyere eller lavere med en hastighet og styrke svarende til lyd- eller datasignalet.
FM resulterer i bedre signalkvalitet enn AM fordi miljøfaktorer ikke påvirker frekvensen slik de påvirker amplituden, og mottakeren ignorerer variasjoner i amplitude så lenge signalet holder seg over en minimumsgrense. FM-radiofrekvensene faller mellom 88 megahertz og 108 megahertz, ifølge How Stuff Works.
Kortbølgeradio
Shortwave radio bruker frekvenser i HF-båndet, fra omtrent 1,7 megahertz til 30 megahertz, ifølge National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). Innenfor dette området er kortbølgespekteret delt inn i flere segmenter, hvorav noen er dedikert til vanlige kringkastingsstasjoner, for eksempel Voice of America, British Broadcasting Corp. og Voice of Russia. Over hele verden er det hundrevis av kortbølgestasjoner, ifølge NASB. Kortbølgestasjoner kan høres i tusenvis av miles fordi signalene spretter av ionosfæren og kommer tilbake hundrevis eller tusenvis av miles fra deres utgangspunkt.
Høyeste frekvenser
SHF og EHF representerer de høyeste frekvensene i radiobåndet og anses noen ganger for å være en del av mikrobølgebåndet. Molekyler i luften har en tendens til å absorbere disse frekvensene, noe som begrenser rekkevidden og bruksområdene. Imidlertid tillater deres korte bølgelengder signalene å bli styrt i smale bjelker av paraboliske antenner (parabolantenner). Dette gjør det mulig for kortdistanse høy båndbreddekommunikasjon å skje mellom faste steder.
SHF, som påvirkes mindre av luften enn EHF, brukes til kortdistanseapplikasjoner som Wi-Fi, Bluetooth og trådløs USB (universal seriell buss). SHF kan bare fungere i synslinjer da bølgene har en tendens til å sprette av gjenstander som biler, båter og fly, ifølge RF-siden. Og fordi bølgene spretter av objekter, kan SHF også brukes til radar.
Astronomiske kilder
Det ytre rom vrimler av kilder til radiobølger: planeter, stjerner, gass- og støvskyer, galakser, pulsarer og til og med sorte hull. Ved å studere disse kan astronomer lære om bevegelsen og den kjemiske sammensetningen av disse kosmiske kildene, så vel som om prosessene som forårsaker disse utslippene.
Et radioteleskop "ser" himmelen veldig annerledes enn det ser ut i synlig lys. I stedet for å se poenglignende stjerner, tar et radioteleskop opp fjerne pulsarer, stjernedannende regioner og supernovarester. Radioteleskoper kan også oppdage kvasarer, som er en forkortelse for kvasi-stjernet radiokilde. En kvasar er en utrolig lys galaktisk kjerne drevet av et supermassivt svart hull. Kvasarer stråler energi bredt over EM-spekteret, men navnet kommer av det faktum at de første kvasarene som identifiseres, stort sett avgir radioenergi. Kvasarer er svært energiske; noen slipper ut 1000 ganger så mye energi som hele Melkeveien.
Radioastronomer kombinerer ofte flere mindre teleskoper, eller mottakende retter, i en matrise for å gjøre et tydeligere, eller høyere oppløsende, radiobilde, ifølge Universitetet i Wien. For eksempel består Very Large Array (VLA) radioteleskopet i New Mexico av 27 antenner arrangert i et enormt "Y" mønster som er 36 miles (36 kilometer) over.
Denne artikkelen ble oppdatert 27. februar 2019 av Live Science-bidragsyter Traci Pedersen.
