آشنایی کامل به انواع امواج رادیویی

آشنایی کامل با امواج رادیویی

امواج رادیویی

مقدمه

امواج رادیویی یکی از شگفت‌انگیزترین پدیده‌های طبیعت بوده  که از قرن نوزدهم تاکنون، نقش مهمی در ارتباطات و فناوری‌های روزمره ایفا کرده‌اند. از رادیو و تلویزیون گرفته تا گوشی‌های هوشمند، مودم‌ها، هدفون‌های بی‌سیم و حتی سیستم‌های موقعیت‌یاب، همه و همه با امواج رادیویی کار می‌کنند.

 درک بهتر این امواج نه ‌تنها به ما کمک می‌کند تکنولوژی‌های اطرافمان را بشناسیم، بلکه درک عمیق‌تری از نحوه‌ی انتقال داده و انرژی در فضا به ما می‌دهد.

تاریخچه امواج رادیویی

پایه و اساس شناخت امواج رادیویی به قرن نوزدهم بازمی‌گردد. دانشمندی برجسته به نام جیمز کلارک ماکسول (James    Clerk Maxwell) نخستین کسی بود که وجود این نوع از امواج را از نظر نظری اثبات کرد. او در دهه‌ی ۱۸۶۰ با ارائه‌ی معادلات ماکسول نشان داد که نور، الکتریسیته و مغناطیس همگی از یک خانواده‌اند و در قالب پدیده‌ای به نام امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌شوند.

سال‌ها بعد، دانشمند آلمانی هاینریش هرتز (Heinrich Hertz) در اواخر قرن نوزدهم توانست وجود این امواج را در عمل ثابت کند.او امواجی تولید کرد که دقیقاً ویژگی‌هایی مشابه با پیش‌بینی‌های ماکسول داشت و از آن پس، این امواج به افتخار او با واحد هرتز (Hz) سنجیده شدند.

در ادامه‌ی این مسیر، دانشمندانی چون مارکونی (Marconi) از این پدیده برای ارسال پیام‌های بی‌سیم استفاده کردند و پایه‌ی ارتباطات رادیویی مدرن را بنا نهادند.

تعریف امواج رادیویی

به زبان ساده، امواج رادیویی نوعی از امواج الکترومغناطیسی بوده که انرژی خود را از طریق میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی در فضا منتشر می‌کنند. این امواج بخش پایینی طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهند و از نظر فرکانس، پایین‌تر از امواج مایکروویو، نور مرئی و پرتوهای فرابنفش قرار دارند.

ویژگی مهم امواج رادیویی این است که فرکانس پایین‌تر و طول موج بلندتری نسبت به دیگر امواج الکترومغناطیسی دارند. همین ویژگی باعث می‌شود بتوانند مسافت‌های طولانی را طی کنند و برای انتقال داده در فواصل زیاد بسیار مفید باشند.

تعریف فرکانس به زبان ساده

فرکانس در واقع تعداد نوسان‌های یک موج در هر ثانیه است.اگر موج را مانند طنابی تصور کنیم که بالا و پایین می‌رود، فرکانس یعنی تعداد دفعاتی که طناب در یک ثانیه کامل بالا و پایین می‌شود.
فرکانس با واحد هرتز (Hz) اندازه‌گیری می‌شود؛ یعنی اگر یک موج در هر ثانیه ۱۰۰۰ بار نوسان کند، فرکانس آن ۱۰۰۰ هرتز یا ۱ کیلوهرتز است.

تعریف طول موج

طول موج فاصله‌ی بین دو نقطه‌ مشابه از یک موج است، مثلاً فاصله بین دو قله‌ی متوالیرا طول موج میگویند . هر چه فرکانس موج بیشتر باشد، طول موج آن کوتاه ‌تر است و برعکس.
امواج رادیویی به دلیل داشتن فرکانس پایین، دارای طول موج‌های بلندتر نسبت به امواج نوری، ایکس و گاما هستند. برای مثال، طول موج امواج رادیویی ممکن است از چند متر تا هزاران کیلومتر متغیر باشد.

تعریف هرتز (Hz)

واحد اندازه‌ گیری فرکانس، هرتز است.۱ هرتز یعنی موج در هر ثانیه یک نوسان کامل انجام می‌دهد. برای درک بهتر، اگر فرکانس یک موج 1000 هرتز باشد، یعنی آن موج در یک ثانیه ۱۰۰۰ بار نوسان می‌کند. امواج رادیویی طیف وسیعی از فرکانس‌ها دارند، از چند هرتز تا چند میلیارد هرتز.

محدوده فرکانس امواج رادیویی

طیف امواج رادیویی بسیار گسترده است و از ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز ادامه دارد. در این بازه، امواج رادیویی می‌توانند انواع مختلفی از داده را منتقل کنند: از پیام‌های ساده‌ی صوتی در رادیو گرفته تا انتقال داده در اینترنت بی‌سیم.

نکته مهم این است که سرعت حرکت امواج رادیویی تقریباً برابر با سرعت نور است؛ یعنی حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه. بنابراین، این امواج می‌توانند در کسری از ثانیه فاصله‌های بسیار زیاد را طی کنند.

نحوه تولید امواج رادیویی

تولید طبیعی

امواج طبیعی ناشی از رعد برق

برخلاف تصور عموم، امواج رادیویی فقط توسط دستگاه‌های الکترونیکی تولید نمی‌شوند. در طبیعت، پدیده‌هایی مانند رعد و برق، طوفان‌های مغناطیسی خورشیدی، یا حتی برخورد اجرام آسمانی می‌توانند امواج رادیویی ایجاد کنند. این نوع از امواج به شکل پراکنده در جو و فضا وجود دارند و بخشی از «نویز پس‌زمینه‌ی رادیویی» زمین را تشکیل می‌دهند.

تولید مصنوعی

دکل امواج رادیویی

بخش عمده‌ی امواج رادیویی که در زندگی ما کاربرد دارند، به صورت مصنوعی تولید می‌شوند.
دستگاه‌هایی مانند دکل‌های مخابراتی، آنتن‌های تلویزیونی، رادارها، مودم‌های وای‌فای، و حتی کنترل‌های بی‌سیم، همگی امواج رادیویی تولید و ارسال می‌کنند.
این امواج پس از تولید، از طریق آنتن‌ها در فضا پخش می‌شوند و گیرنده‌ها آن‌ها را دریافت و به داده‌ی قابل فهم (صوت، تصویر یا سیگنال دیجیتال) تبدیل می‌کنند.

نحوه انتشار امواج رادیویی

امواج رادیویی

امواج رادیویی برای انتقال از فرستنده به گیرنده، مسیرهای مختلفی را طی می‌کنند که هرکدام ویژگی خاص خود را دارد.

• انتشار در مسیر مستقیم

در این نوع انتشار، امواج در خطی تقریباً مستقیم از فرستنده به گیرنده حرکت می‌کنند.برای نمونه، دکل‌های تلویزیونی یا رادیویی که در فواصل نه‌چندان دور از هم قرار دارند، از این روش استفاده می‌کنند. برد مفید این نوع امواج معمولاً تا ۷۰ کیلومتر است و بیشتر برای ارتباطات زمینی یا شهری به‌کار می‌رود.

• انتشار در مسیرهای غیرمستقیم

در این حالت، امواج به‌صورت مستقیم حرکت نمی‌کنند بلکه دچار پدیده‌ای به نام پراش (Diffraction) می‌شوند.پراش یعنی شکست مسیر موج و تغییر جهت حرکت آن، معمولاً در اثر برخورد با موانع اتفاق می افتد .این شکست و تغییر مسیر می‌تواند بارها تکرار شود تا موج به مقصد برسد. سیستم‌های اینترنت بی‌سیم (Wi-Fi) و بسیاری از شبکه‌های ارتباطی از این نوع انتشار بهره می‌برند، زیرا امواج باید از موانع زیادی عبور کنند.

• امواج زمینی (Ground Waves)

این امواج هنگام برخورد با سطح زمین، در امتداد آن حرکت می‌کنند.
در مسیر خود ممکن است با تپه، ساختمان یا درخت برخورد کنند، ولی معمولاً با بازتاب و پراکندگی از سطح زمین به مسیر ادامه می‌دهند.
امواج با طول موج بلند مانند AM معمولاً از این نوع هستند و می‌توانند صدها کیلومتر از سطح زمین را پوشش دهند.

• امواج آسمانی (Sky Waves)
  

  

وقتی نیاز باشد امواج به فواصل بسیار دور ارسال شوند، از لایه‌های بالایی جو کمک گرفته می‌شود.یکی از مهم‌ترین این لایه‌ها، یونوسفر (Ionosphere) است.
این لایه خاصیت بازتابی دارد و وقتی امواج به آن برخورد می‌کنند، مانند نور در آینه منعکس می‌شوند و دوباره به سطح زمین بازمی‌گردند.این بازتاب چندباره باعث می‌شود امواج بتوانند هزاران کیلومتر بدون نیاز به دکل‌های متعدد حرکت کنند.

انواع طول موج‌های رادیویی

• امواج بسیار کوتاه (FM)

این امواج دارای طول موجی حدود ۳ تا ۴ متر هستند.برد آن‌ها نسبتاً کوتاه است، اما کیفیت بسیار بالایی دارند و نویز یا پارازیت به‌سختی روی آن‌ها تأثیر می‌گذارد.
به همین دلیل در پخش موسیقی و رادیوهای شهری بسیار استفاده می‌شوند.

• امواج کوتاه (SW)

امواج کوتاه برای ارتباطات بین قاره‌ای کاربرد دارند.طول موج آن‌ها کمتر از امواج AM است و می‌توانند از طریق لایه یونوسفر بازتاب پیدا کنند و به نقاط دورتر برسند.
در گذشته، ایستگاه‌های خبری جهانی مانند BBC و VOA از این امواج برای پخش جهانی استفاده می‌کردند.

• امواج متوسط (AM)

طول موج این امواج حدود ۲۰۰ تا ۵۰۰ متر است.آن‌ها برای مناطق خارج از شهر، جاده‌ها و دریاها بسیار کارآمد هستند، زیرا می‌توانند از سطح زمین پیروی کنند و فواصل طولانی را طی نمایند.

• امواج بلند

این امواج همان‌طور که از نامشان پیداست، دارای طول موج بسیار بلند هستند، حدود ۱ تا ۲ کیلومتر.برد آن‌ها بسیار زیاد است و حتی می‌توانند تا ۱۰۰۰ کیلومتر روی سطح زمین منتشر شوند.از این امواج برای ارتباطات نظامی، ناوبری دریایی و مخابرات در مناطق وسیع استفاده می‌شود.

جمع‌بندی

امواج رادیویی پایه‌ی اصلی تمام فناوری‌های ارتباطی مدرن هستند. از تلویزیون و رادیو گرفته تا وای‌فای، بلوتوث و ماهواره‌ها، همه بر مبنای همین امواج کار می‌کنند.
شناخت ویژگی‌های آن‌ها  از فرکانس، طول موج و سرعت حرکت گرفته تا نحوه انتشار و بازتاب  کمک می‌کند درک بهتری از نحوه کار دستگاه‌های اطرافمان داشته باشیم.

این امواج که با سرعت نور حرکت می‌کنند، از زمان ماکسول تا امروز مسیر تکاملی حیرت‌انگیزی را پیموده‌اند و هنوز هم در قلب فناوری‌های آینده حضور خواهند داشت.

اگر به دنیای فناوری و ابزارهای ارتباطی علاقه‌مندید، پیشنهاد می‌کنیم از بخش محصولات دیجیتال در سایت محصولینو دیدن کنید و دستگاه‌هایی را که با امواج رادیویی کار می‌کنند (مثل هدفون، مودم یا اسپیکرهای بی‌سیم) با بهترین قیمت بررسی و تهیه نمایید.

در زیر به بررسی انواع بازده فرکانسی امواج رادیویی میپردازیم 

انواع امواج رادیویی

اساس فرکانس

در جدول زیر، محدوده‌های مختلف امواج رادیویی و نام‌گذاری بین‌المللی آن‌ها آمده است: