Radiobølger er en type elektromagnetisk stråling, der er bedst kendt for deres anvendelse i kommunikationsteknologier, såsom tv, mobiltelefoner og radioer. Disse enheder modtager radiobølger og konverterer dem til mekaniske vibrationer i højttaleren for at skabe lydbølger.
Radiofrekvensspektret er en relativt lille del af det elektromagnetiske (EM) spektrum. EM-spektret er generelt opdelt i syv regioner i rækkefølge af faldende bølgelængde og stigende energi og frekvens, ifølge University of Rochester. De almindelige betegnelser er radiobølger, mikrobølger, infrarødt (IR), synligt lys, ultraviolet (UV), røntgenstråler og gammastråler.
Radiobølger har de længste bølgelængder i EM-spektret ifølge NASA og spænder fra ca. 0,04 inches (1 millimeter) til mere end 62 miles (100 kilometer). De har også de laveste frekvenser, fra ca. 3.000 cyklusser pr. Sekund eller 3 kilohertz, op til ca. 300 milliarder hertz, eller 300 gigahertz.
Radiospektret er en begrænset ressource og sammenlignes ofte med landbrugsjord. Ligesom landmænd skal organisere deres jord for at opnå den bedste høst med hensyn til mængde og variation, skal radiospektret opdeles mellem brugerne på den mest effektive måde, ifølge British Broadcasting Corp. (BBC). I USA administrerer National Telekommunikations- og Informationsadministration inden for det amerikanske handelsministerium frekvensallokeringerne langs radiospektret.
Opdagelse
Den skotske fysiker James Clerk Maxwell, der udviklede en samlet teori om elektromagnetisme i 1870'erne, forudsagde eksistensen af radiobølger ifølge National Library of Scotland. I 1886 anvendte Heinrich Hertz, en tysk fysiker Maxwells teorier til produktion og modtagelse af radiobølger. Hertz brugte enkle hjemmelavede værktøjer, herunder en induktionsspole og en Leyden-krukke (en tidlig type kondensator, der bestod af en glaskrukke med folielag både indvendigt og udvendigt) til at skabe elektromagnetiske bølger. Hertz blev den første person til at transmittere og modtage kontrollerede radiobølger. Enhedens frekvensenhed - en cyklus pr. Sekund - kaldes en hertz til hans ære, ifølge American Association for the Advancement of Science.
Bånd af radiobølger
Den nationale telekommunikations- og informationsadministration opdeler generelt radiospektret i ni bånd:
.tg {border-sammenbrud: kollaps; border-afstand: 0; border-color: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; font-størrelse: 14px; polstring: 10px 5px; border- stil: solid; kantbredde: 0px; overløb: skjult; ordbrud: normal; kantfarve: #ccc; farve: # 333; baggrundsfarve: #fff;} .tg th {font-familie: Arial, sans-serif; font-størrelse: 14px; font-vægt: normal; polstring: 10px 5px; kantstil: solid; kantbredde: 0px; overløb: skjult; ordbrud: normal; kantfarve: #ccc; farve: # 333; baggrund-farve: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-vægt: fed; kantfarve: # 000000; tekst-align: venstre; lodret-align: top} .tg .tg- 73oq {border-color: # 000000; text-align: left; vertical-align: top}
| Band | Frekvensområde | Bølgelængdeområde |
|---|---|---|
| Ekstremt lav frekvens (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Meget lav frekvens (VLF) | 3 til 30 kHz | 10 til 100 km |
| Lav frekvens (LF) | 30 til 300 kHz | 1 m til 10 km |
| Medium frekvens (MF) | 300 kHz til 3 MHz | 100 m til 1 km |
| Høj frekvens (HF) | 3 til 30 MHz | 10 til 100 m |
| Meget høj frekvens (VHF) | 30 til 300 MHz | 1 til 10 m |
| Ultrahøj frekvens (UHF) | 300 MHz til 3 GHz | 10 cm til 1 m |
| Superhøj frekvens (SHF) | 3 til 30 GHz | 1 til 1 cm |
| Ekstremt høj frekvens (EHF) | 30 til 300 GHz | 1 mm til 1 cm |
Lav til medium frekvens
ELF-radiobølger, den laveste af alle radiofrekvenser, har en lang rækkevidde og er nyttige til at trænge igennem vand og klippe til kommunikation med ubåde og inde i miner og huler. Ifølge Stanford VLF-gruppen er den mest kraftfulde naturlige kilde til ELF / VLF-bølger lynnedslag. Bølger produceret af lynnedslag kan hoppe frem og tilbage mellem Jorden og ionosfæren (atmosfærelaget med en høj koncentration af ioner og frie elektroner), ifølge Phys.org. Disse lynforstyrrelser kan fordreje vigtige radiosignaler, der rejser til satellitter.
LF- og MF-radiobånd inkluderer marine- og luftfartsradio såvel som kommerciel AM (amplitude modulation) radio ifølge RF Page. AM-radiofrekvensbånd falder mellem 535 kilohertz til 1,7 megahertz ifølge How Stuff Works. AM-radio har en lang rækkevidde, især om natten, når ionosfæren er bedre til at bryde bølgerne tilbage til jorden, men det er udsat for interferens, der påvirker lydkvaliteten. Når et signal delvist er blokeret - for eksempel af en metalvægget bygning, såsom en skyskraber, reduceres lydstyrken i overensstemmelse hermed.
Højere frekvenser
HF-, VHF- og UHF-bånd inkluderer FM-radio, tv-lyd, public service-radio, mobiltelefoner og GPS (globalt positioneringssystem). Disse bånd bruger typisk "frekvensmodulering" (FM) til at kode eller imponere et lyd- eller datasignal på bærebølgen. Ved frekvensmodulering forbliver signalets amplitude (maksimal udstrækning) konstant, mens frekvensen varieres højere eller lavere med en hastighed og størrelse svarende til lyd- eller datasignalet.
FM resulterer i bedre signalkvalitet end AM, fordi miljøfaktorer ikke påvirker frekvensen, som de påvirker amplituden, og modtageren ignorerer variationer i amplitude, så længe signalet forbliver over en minimumsgrænse. FM-radiofrekvenser falder mellem 88 megahertz og 108 megahertz ifølge How Stuff Works.
Kortbølgeradio
Shortwave radio bruger frekvenser i HF-båndet, fra ca. 1,7 megahertz til 30 megahertz, ifølge National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). Inden for dette interval er kortbølgespektret opdelt i flere segmenter, hvoraf nogle er dedikeret til almindelige tv-stationer, såsom Voice of America, British Broadcasting Corp. og Voice of Russia. Overalt i verden er der hundredvis af kortbølgestationer, ifølge NASB. Kortbølgestationer kan høres i tusinder af miles, fordi signalerne springer ud af ionosfæren og rebound hundreder eller tusinder af miles fra deres oprindelsessted.
Højeste frekvenser
SHF og EHF repræsenterer de højeste frekvenser i radiobåndet og betragtes sommetider for at være en del af mikrobølgebåndet. Molekyler i luften har en tendens til at absorbere disse frekvenser, hvilket begrænser deres rækkevidde og anvendelser. Imidlertid tillader deres korte bølgelængder signaler at blive dirigeret i smalle bjælker ved paraboliske parabolantenner (parabolantenner). Dette gør det muligt at forekomme kommunikation med høj båndbredde med kort rækkevidde mellem faste placeringer.
SHF, der påvirkes mindre af luften end EHF, bruges til kortdistanceapplikationer som Wi-Fi, Bluetooth og trådløs USB (universal seriel bus). SHF kan kun arbejde i synsvinkler, da bølgerne har tendens til at sprænge genstande som biler, både og fly, ifølge RF-siden. Og fordi bølgerne spretter fra genstande, kan SHF også bruges til radar.
Astronomiske kilder
Det ydre rum vrimler af kilder til radiobølger: planeter, stjerner, gas- og støvskyer, galakser, pulsarer og endda sorte huller. Ved at studere disse kan astronomer lære om bevægelse og kemisk sammensætning af disse kosmiske kilder såvel som de processer, der forårsager disse emissioner.
Et radioteleskop "ser" himlen meget anderledes, end det ser ud i synligt lys. I stedet for at se punktlignende stjerner, samler et radioteleskop fjerne pulsarer, stjernedannende regioner og supernovarester. Radioteleskoper kan også registrere kvasarer, som er en forkortelse for kvasi-stjernet radiokilde. En kvasar er en utrolig lys galaktisk kerne drevet af et supermassivt sort hul. Kvasarer stråler energi bredt over EM-spektret, men navnet stammer fra det faktum, at de første kvasarer, der identificeres, fortrinsvis udsender radioenergi. Kvasarer er meget energiske; nogle udsender 1000 gange så meget energi som hele Mælkevejen.
Radioastronomer kombinerer ofte flere mindre teleskoper eller modtagende skåle i en matrix for at skabe et klarere eller højere opløsning, radiobillede, ifølge universitetet i Wien. F.eks. Består Very Large Array (VLA) radioteleskop i New Mexico af 27 antenner arrangeret i et enormt "Y" mønster, der er 36 miles (36 kilometer) på tværs.
Denne artikel blev opdateret den 27. februar, 2019 af Live Science-bidragyder Traci Pedersen.
