Raadiolained on elektromagnetilise kiirguse tüüp, mis on kõige tuntum nende kasutamisest kommunikatsioonitehnoloogiates, näiteks televisioon, mobiiltelefonid ja raadiod. Need seadmed võtavad vastu raadiolaineid ja muudavad need kõlari mehaaniliseks vibratsiooniks, et tekitada helilaineid.
Raadiosageduse spekter on suhteliselt väike osa elektromagnetilisest (EM) spektrist. EMi spekter jaguneb üldiselt Rochesteri ülikooli andmetel lainepikkuse vähenemise ning energia ja sageduse suurendamise järjekorras seitsmeks piirkonnaks. Tavalisemad tähistused on raadiolained, mikrolained, infrapuna (IR), nähtav valgus, ultraviolett (UV), röntgenikiirgus ja gammakiirgus.
Raadiolainetel on NASA andmetel EM-spektris kõige pikemad lainepikkused, ulatudes umbes 0,04 tolli (1 millimeeter) kuni enam kui 62 miili (100 kilomeetrit). Neil on ka madalaimad sagedused, umbes 3000 tsüklit sekundis ehk 3 kilohertsi, kuni umbes 300 miljardit hertsit ehk 300 gigahertsi.
Raadiospekter on piiratud ressurss ja seda võrreldakse sageli põllumaadega. Nii nagu põllumehed peavad koguse ja sordi osas parima saagi saamiseks oma maad korraldama, tuleb raadiospekter jagada kasutajate vahel kõige tõhusamal viisil, vahendab British Broadcasting Corp. (BBC). USA-s haldab raadiospektri sageduste eraldamist Ameerika Ühendriikide kaubandusministeeriumi riiklik telekommunikatsiooni- ja teabeamet.
Avastus
Šoti füüsik James Clerk Maxwell, kes töötas välja 1870. aastatel ühtse elektromagnetismi teooria, ennustas Šotimaa Rahvusraamatukogu andmetel raadiolainete olemasolu. 1886. aastal rakendas saksa füüsik Heinrich Hertz Maxwelli teooriaid raadiolainete tekitamiseks ja vastuvõtmiseks. Hertz kasutas elektromagnetiliste lainete tekitamiseks lihtsaid omatehtud tööriistu, sealhulgas induktsioonimähist ja Leydeni purki (varajane tüüpi kondensaator, mis koosneb klaaspurkist, mille fooliumikihid on nii seest kui väljast). Hertzist sai esimene inimene, kes saatis ja võttis vastu kontrollitavaid raadiolaineid. Ameerika teaduse edendamise ühingu andmetel nimetatakse tema auks EM-laine sageduse ühikut - üks tsükkel sekundis - tema auks hertsiks.
Raadiolainete ansamblid
Riiklik telekommunikatsiooni- ja teabeamet jagab raadiospektri üldjuhul üheksaks sagedusalaks:
.tg {border-collapse: collapse; border-spages: 0; border-colour: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; font size: 14px; padding: 10px 5px; border- stiil: kindel; äärise laius: 0 pikslit; ülevool: varjatud; sõnamurd: tavaline; äärise värv: #ccc; värv: # 333; taustavärv: #fff;} .tg th {fondiperekond: Arial, sans-serif; fondi suurus: 14 pikslit; fondi mass: tavaline; polster: 10 pikslit 5 pikslit; äärise stiil: kindel; äärise laius: 0 px; ülevool: peidetud; sõnamurd: tavaline; äärise värv: #ccc; värv: # 333; taustavärv: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-weight: bold; Border-colour: # 000000; text-align: left; vertical-align: top} .tg .tg- 73oq {äärisevärv: # 000000; teksti joondamine: vasakpoolne; vertikaalne joondamine: ülaosa}
| Bänd | Sagedusvahemik | Lainepikkuste vahemik |
|---|---|---|
| Äärmiselt madal sagedus (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Väga madal sagedus (VLF) | 3 kuni 30 kHz | 10–100 km |
| Madalsagedus (LF) | 30 kuni 300 kHz | 1 m kuni 10 km |
| Keskmine sagedus (MF) | 300 kHz kuni 3 MHz | 100 m kuni 1 km |
| Kõrgsagedus (HF) | 3 kuni 30 MHz | 10 kuni 100 m |
| Väga kõrge sagedus (VHF) | 30 kuni 300 MHz | 1–10 m |
| Ülikõrge sagedus (UHF) | 300 MHz kuni 3 GHz | 10 cm kuni 1 m |
| Ülikõrge sagedus (SHF) | 3 kuni 30 GHz | 1 kuni 1 cm |
| Äärmiselt kõrge sagedus (EHF) | 30 kuni 300 GHz | 1 mm kuni 1 cm |
Madal kuni keskmise sagedusega
ELF raadiolained, mis on kõigist raadiosagedustest madalaimad, on pika ulatusega ja on kasulikud vee ja kivi tungimisel allveelaevadega ning kaevanduste ja koobaste sisemuses. Stanfordi VLF-i grupi andmetel on ELF / VLF-lainete kõige võimsam looduslik allikas välk. Pikselöökide tekitatud lained võivad Maa ja ionosfääri vahel (atmosfäärikihis, kus on suur ioonide ja vabade elektronide kontsentratsioon) liikuda edasi-tagasi, edastab Phys.org. Need välguhäired võivad moonutada satelliitidele liikuvaid olulisi raadiosignaale.
Raadiosagedusala LF ja MF hõlmavad mere- ja lennundusraadiosidet, aga ka kaubanduslikku raadioside AM (amplituudmodulatsiooni) raadiosagedusala, edastab RF. Raadiosaate How Stuff Works andmetel jäävad AM-raadiosagedusribad vahemikku 535 kilohertsi 1,7 megahertsini. AM-raadio on ulatuslik, eriti öösel, kui ionosfäär suudab laineid paremini maa peale murda, kuid heli kvaliteeti mõjutavad häired. Kui signaal on osaliselt blokeeritud - näiteks metallseintega hoone, näiteks pilvelõhkuja - korral, väheneb heli tugevus vastavalt.
Kõrgemad sagedused
HF-, VHF- ja UHF-sagedusalade hulka kuuluvad FM-raadio, televisioonilevi heli, avalik raadio, mobiiltelefonid ja GPS (globaalne positsioneerimissüsteem). Need ribad kasutavad tavaliselt "sagedusmodulatsiooni" (FM) heli- või andmesignaali kodeerimiseks või kandelainele avaldamiseks. Sagedusmodulatsiooni korral jääb signaali amplituud (maksimaalne ulatus) konstantseks, samal ajal kui sagedust varieeritakse suuremaks või madalamaks heli- või andmesignaalile vastava kiiruse ja suurusega.
FM annab parema signaalikvaliteedi kui AM, kuna keskkonnategurid ei mõjuta amplituudi mõjutavat sagedust ja vastuvõtja ignoreerib amplituudi kõikumisi seni, kuni signaal püsib üle minimaalse läve. Raadio How Stuff Works andmetel jäävad FM-raadiosagedused vahemikku 88 kuni 108 megahertsi.
Lühilaineraadio
Lühilaineraadio kasutab raadiosagedussageduse sagedusi umbes 1,7 megahertsi kuni 30 megahertsi, teatas lühilaineraadiosaatjate riiklik liit (NASB). Selles vahemikus on lühilaine spekter jagatud mitmeks segmendiks, millest mõned on pühendatud tavapärastele ringhäälingujaamadele, näiteks Ameerika Hääl, Briti Ringhäälingu Corp. ja Venemaa hääl. NASB andmetel on kogu maailmas sadu lühilainejaamu. Lühilainejaamu saab kuulata tuhandete miilide kaugusel, kuna signaalid põrkavad ionosfäärist tagasi ja naasevad nende lähtepunktist tagasi sadu või tuhandeid miile.
Kõrgeimad sagedused
SHF ja EHF tähistavad raadiosagedusala kõrgeimaid sagedusi ja neid peetakse mõnikord mikrolaineala osaks. Õhus olevad molekulid kipuvad neid sagedusi neelama, mis piirab nende ulatust ja rakendusi. Kuid nende lühikesed lainepikkused võimaldavad signaale suunata kitsastes kiirtes paraboolsete antenniantennide (satelliitantennide) abil. See võimaldab püsivate asukohtade vahel toimuda lairibaühenduses lairibaühendusega.
SHF-i, mida õhk mõjutab vähem kui EHF-i, kasutatakse lähitoimerakendustes, näiteks Wi-Fi, Bluetooth ja traadita USB (universaalne jadasiin). SHF võib töötada ainult vaateväljas, kuna lained kipuvad põgenema selliste objektide eest nagu autod, paadid ja lennukid, vahendab RF Page RF. Ja kuna lained põrkavad eemale esemeid, saab SHF-i kasutada ka radari jaoks.
Astronoomilised allikad
Kosmos on täis raadiolainete allikaid: planeete, tähti, gaasi- ja tolmupilvi, galaktikaid, pulsaare ja isegi mustaid auke. Neid uurides saavad astronoomid õppida tundma nende kosmiliste allikate liikumist ja keemilist koostist, samuti protsesse, mis neid emissioone põhjustavad.
Raadioteleskoop "näeb" taevast väga erinevalt, kui see nähtava valguse korral paistab. Punktitaoliste tähtede nägemise asemel korjab raadioteleskoop kaugeid pulsse, tähte moodustavaid piirkondi ja supernoova jäänuseid. Raadioteleskoobid suudavad tuvastada ka kvaasreid, mis on kvaasitäheliste raadioallikate jaoks lühike. Kvaar on uskumatult hele galaktiline tuum, mille toiteallikaks on supermassiivne must auk. Kvasarid kiirgavad energiat laialt kogu EM-spektris, kuid nimi tuleb sellest, et esimesed tuvastatavad kvasarid kiirgavad enamasti raadioenergiat. Kvaarid on väga energilised; mõned eraldavad 1000 korda rohkem energiat kui kogu Linnutee.
Raadioastronoomid ühendavad Viini ülikooli andmetel sageli massiivi mitu väiksemat teleskoopi või vastuvõtualust, et saada selgem või kõrgema eraldusvõimega raadiopilt. Näiteks New Mexico Mehhiko raadioteleskoop Very Large Array (VLA) koosneb 27 antennist, mis on paigutatud 36 miili (22 miili) suurusesse Y-mustrisse.
Seda artiklit värskendas 27. veebruaril 2019 Live Science'i kaastöötaja Traci Pedersen.
