ในตำราฟิสิกส์ มีการกำหนดสูตรที่ลึกซึ้งในหัวข้อของช่วงคลื่นวิทยุ ซึ่งบางครั้งอาจไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์แม้โดยผู้ที่มีการศึกษาพิเศษและประสบการณ์การทำงาน ในบทความเราจะพยายามทำความเข้าใจสาระสำคัญโดยไม่ต้องพึ่งความยากลำบาก คนแรกที่ค้นพบคลื่นวิทยุคือ นิโคลา เทสลา ในยุคของเขาที่ไม่มีอุปกรณ์ไฮเทค เทสลาไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ามันเป็นปรากฏการณ์ประเภทใด ซึ่งต่อมาเขาเรียกว่าอีเธอร์ ตัวนำไฟฟ้ากระแสสลับเป็นจุดเริ่มต้นของคลื่นวิทยุ
คลื่นวิทยุ
คลื่นวิทยุจากธรรมชาติ ได้แก่ วัตถุทางดาราศาสตร์และฟ้าผ่า ตัวปล่อยคลื่นวิทยุเทียมคือตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้าสลับเคลื่อนที่อยู่ภายใน พลังงานการสั่นของเครื่องกำเนิดความถี่สูงจะกระจายไปยังพื้นที่โดยรอบโดยใช้เสาอากาศวิทยุ แหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่ใช้งานได้ครั้งแรกคือเครื่องรับ-ส่งวิทยุของโปปอฟ ในอุปกรณ์นี้ การทำงานของเครื่องกำเนิดความถี่สูงดำเนินการโดยอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแรงดันสูงที่เชื่อมต่อกับเสาอากาศ - เครื่องสั่นของเฮิรตซ์ คลื่นวิทยุที่สร้างขึ้นโดยเทียมนั้นใช้สำหรับเรดาร์เคลื่อนที่และเรดาร์เคลื่อนที่ การแพร่ภาพ การสื่อสารทางวิทยุ ดาวเทียมสื่อสาร ระบบนำทาง และระบบคอมพิวเตอร์
คลื่นวิทยุ
คลื่นที่ใช้ในการสื่อสารทางวิทยุอยู่ในช่วงความถี่ 30 kHz - 3000 GHz ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและความถี่ของคลื่น ลักษณะการแพร่กระจาย ช่วงคลื่นวิทยุแบ่งออกเป็น 10 แถบย่อย:
- SDV - ยาวพิเศษ
- LW - ยาว
- NE - เฉลี่ย
- SW - สั้น
- VHF - สั้นมาก
- MV - เมตร
- UHF - เดซิเมตร
- SMV - เซนติเมตร
- MMV - มม.
- SMMW - ต่ำกว่ามิลลิเมตร
ช่วงความถี่วิทยุ
คลื่นวิทยุแบ่งออกเป็นส่วนตามเงื่อนไข ขึ้นอยู่กับความถี่และความยาวของคลื่นวิทยุ โดยจะแบ่งออกเป็น 12 แบนด์ย่อย ช่วงความถี่ของคลื่นวิทยุสัมพันธ์กับความถี่ของสัญญาณ AC ช่วงความถี่ของคลื่นวิทยุในข้อบังคับวิทยุระหว่างประเทศมี 12 ชื่อ:
-
การแพร่กระจายคลื่นวิทยุของคลื่นวิทยุ ELF - ต่ำมาก
- VLF - ต่ำมาก
- INCH - อินฟาเรด
- VLF - ต่ำมาก
- LF - ความถี่ต่ำ
- กลาง - ความถี่กลาง
- HF− ความถี่สูง
- VHF - สูงมาก
- UHF - สูงมาก
- ไมโครเวฟ - สูงพิเศษ
- EHF - สูงมาก
- HHF - ไฮเปอร์ไฮเปอร์
เมื่อความถี่ของคลื่นวิทยุเพิ่มขึ้น ความยาวจะลดลง เมื่อความถี่ของคลื่นวิทยุลดลง มันก็จะเพิ่มขึ้น การขยายพันธุ์ขึ้นอยู่กับความยาวเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของคลื่นวิทยุ
การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ 300 MHz - 300 GHz เรียกว่าคลื่นไมโครเวฟสูงพิเศษเนื่องจากมีความถี่ค่อนข้างสูง แม้แต่ซับแบนด์ก็กว้างขวางมาก ดังนั้นจึงแบ่งออกเป็นช่วงๆ ซึ่งรวมถึงบางช่วงสำหรับการออกอากาศทางโทรทัศน์และวิทยุ สำหรับการสื่อสารทางทะเลและอวกาศ ภาคพื้นดินและการบิน สำหรับเรดาร์และการนำทางวิทยุ สำหรับการส่งข้อมูลทางการแพทย์ และอื่นๆ บน. แม้ว่าคลื่นวิทยุทั้งหมดจะแบ่งออกเป็นบริเวณต่างๆ แต่ขอบเขตที่ระบุระหว่างคลื่นวิทยุเหล่านี้มีเงื่อนไข ส่วนต่าง ๆ ติดตามกันอย่างต่อเนื่อง ผ่านเข้าไป และบางครั้งก็ทับซ้อนกัน
คุณลักษณะของการแพร่กระจายคลื่นวิทยุ
การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุเป็นการถ่ายเทพลังงานโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับกันจากส่วนหนึ่งของพื้นที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในสุญญากาศ คลื่นวิทยุเดินทางด้วยความเร็วแสง คลื่นวิทยุอาจแพร่กระจายได้ยากเมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม สิ่งนี้แสดงให้เห็นในความผิดเพี้ยนของสัญญาณ การเปลี่ยนแปลงในทิศทางของการแพร่กระจาย และการชะลอตัวของเฟสและความเร็วของกลุ่ม
คลื่นแต่ละประเภทนำไปใช้ในรูปแบบต่างๆ ตัวยาวสามารถเลี่ยงสิ่งกีดขวางได้ดีกว่า ซึ่งหมายความว่าช่วงของคลื่นวิทยุสามารถแพร่กระจายไปตามระนาบของแผ่นดินและน้ำ การใช้คลื่นยาวเป็นวงกว้างในเรือดำน้ำและเรือเดินทะเล ซึ่งทำให้คุณสามารถติดต่อกันได้ทุกที่ในทะเล ตัวรับสัญญาณบีคอนและสถานีช่วยชีวิตทั้งหมดได้รับการปรับความยาวคลื่นเป็น 600 เมตร ที่ความถี่ห้าร้อยกิโลเฮิรตซ์
การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุในช่วงต่างๆ ขึ้นอยู่กับความถี่ ยิ่งความยาวสั้นและความถี่สูงเท่าใด เส้นทางของคลื่นก็จะยิ่งตรงมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ยิ่งความถี่ต่ำลงและมีความยาวมากขึ้นเท่าใด มันก็จะโค้งงอสิ่งกีดขวางได้มากขึ้นเท่านั้น ความยาวคลื่นวิทยุแต่ละช่วงมีลักษณะการแพร่กระจายของตัวเอง แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในคุณลักษณะที่แตกต่างที่เส้นขอบของช่วงที่อยู่ใกล้เคียง
ลักษณะการขยายพันธุ์
คลื่นที่ยาวเป็นพิเศษและยาวโค้งงอรอบพื้นผิวโลกโดยแผ่รังสีพื้นผิวหลายพันกิโลเมตร
คลื่นปานกลางอาจมีการดูดกลืนที่แรงกว่า ดังนั้นจึงสามารถครอบคลุมระยะทาง 500-1500 กิโลเมตรเท่านั้น เมื่อบรรยากาศรอบนอกมีความหนาแน่นสูงในช่วงนี้ ก็เป็นไปได้ที่จะส่งสัญญาณด้วยลำแสงอวกาศซึ่งให้การสื่อสารในระยะทางหลายพันกิโลเมตร
คลื่นสั้นแพร่กระจายในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้นเนื่องจากการดูดซับพลังงานจากพื้นผิวโลก วัตถุเชิงพื้นที่สามารถสะท้อนจากพื้นผิวโลกและชั้นบรรยากาศรอบนอกซ้ำ ๆ เอาชนะระยะทางไกลโดยการส่งข้อมูล
Ultra-short สามารถส่งข้อมูลจำนวนมากได้ คลื่นวิทยุในช่วงนี้จะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์สู่อวกาศ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการสื่อสารภาคพื้นดิน คลื่นพื้นผิวของช่วงเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาเป็นเส้นตรงโดยไม่โค้งงอรอบพื้นผิวโลก
ข้อมูลปริมาณมหาศาลสามารถส่งผ่านแถบแสงได้ ส่วนใหญ่มักจะใช้คลื่นแสงช่วงที่สามในการสื่อสาร ในชั้นบรรยากาศของโลก พวกมันจะถูกลดทอนลง ดังนั้นในความเป็นจริงพวกมันจะส่งสัญญาณที่ระยะสูงสุด 5 กม. แต่การใช้ระบบสื่อสารดังกล่าวทำให้ไม่จำเป็นต้องขออนุญาตจากผู้ตรวจสอบโทรคมนาคม
หลักการมอดูเลต
ในการส่งข้อมูล คลื่นวิทยุจะต้องมีการปรับสัญญาณ เครื่องส่งสัญญาณจะปล่อยคลื่นวิทยุแบบมอดูเลต นั่นคือ ดัดแปลง คลื่นสั้น กลาง และยาวถูกมอดูเลตแอมพลิจูด ดังนั้นจึงเรียกว่า AM ก่อนการมอดูเลต คลื่นพาหะจะเคลื่อนที่ด้วยแอมพลิจูดคงที่ การมอดูเลตแอมพลิจูดสำหรับการส่งสัญญาณจะเปลี่ยนเป็นแอมพลิจูดซึ่งสอดคล้องกับแรงดันไฟของสัญญาณ แอมพลิจูดของคลื่นวิทยุเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันสัญญาณ คลื่นเกินขีดถูกมอดูเลตความถี่ ดังนั้นจึงเรียกว่า FM การมอดูเลตความถี่กำหนดความถี่เพิ่มเติมที่นำข้อมูล ในการส่งสัญญาณในระยะไกล จะต้องมีการปรับสัญญาณด้วยความถี่ที่สูงกว่า ในการรับสัญญาณ คุณต้องแยกสัญญาณออกจากคลื่น subcarrier ด้วยการมอดูเลตความถี่จะเกิดการรบกวนน้อยลง แต่สถานีวิทยุถูกบังคับออกอากาศทาง VHF
ปัจจัยที่มีผลต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของคลื่นวิทยุ
คุณภาพและประสิทธิภาพของการรับคลื่นวิทยุได้รับอิทธิพลจากวิธีการแผ่รังสีตามทิศทาง ตัวอย่างจะเป็นจานดาวเทียมที่ส่งรังสีไปยังตำแหน่งของเซ็นเซอร์รับสัญญาณที่ติดตั้งไว้ วิธีนี้ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในด้านดาราศาสตร์วิทยุและได้ค้นพบทางวิทยาศาสตร์มากมาย เขาได้เปิดโอกาสในการสร้างการออกอากาศผ่านดาวเทียม การส่งข้อมูลแบบไร้สาย และอื่นๆ อีกมากมาย ปรากฎว่าคลื่นวิทยุสามารถเปล่งดวงอาทิตย์ได้ มีดาวเคราะห์หลายดวงที่อยู่นอกระบบสุริยะของเรา รวมทั้งเนบิวลาอวกาศและดาวฤกษ์บางดวง สันนิษฐานว่านอกกาแลคซีของเรามีวัตถุที่มีการปล่อยคลื่นวิทยุที่มีประสิทธิภาพ
ช่วงของคลื่นวิทยุ การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุไม่เพียงได้รับอิทธิพลจากรังสีดวงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสภาพอากาศด้วย ดังนั้นคลื่นเมตรจึงไม่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ และระยะการขยายพันธุ์ของเซนติเมตรขึ้นอยู่กับสภาพอากาศเป็นอย่างมาก เนื่องจากคลื่นสั้นกระจัดกระจายหรือดูดซับโดยสภาพแวดล้อมทางน้ำในช่วงฝนตกหรือระดับความชื้นในอากาศที่เพิ่มขึ้น
คุณภาพยังได้รับผลกระทบจากอุปสรรคระหว่างทาง ในช่วงเวลาดังกล่าว สัญญาณจะจางลง และการได้ยินจะลดลงอย่างมากหรือหายไปทั้งหมดเป็นเวลาครู่หนึ่งหรือนานกว่านั้น ตัวอย่างจะเป็นปฏิกิริยาของทีวีต่อเครื่องบินที่บินอยู่เมื่อภาพกะพริบและแถบสีขาวปรากฏขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความจริงที่ว่าคลื่นสะท้อนจากเครื่องบินและผ่านเสาอากาศทีวี ปรากฏการณ์ดังกล่าวกับโทรทัศน์และเครื่องส่งวิทยุมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในเมืองมากขึ้น เนื่องจากคลื่นวิทยุสะท้อนบนอาคาร อาคารสูง ทำให้เส้นทางของคลื่นเพิ่มขึ้น