Radiovågor är en typ av elektromagnetisk strålning som är mest känd för sin användning i kommunikationsteknik, som tv, mobiltelefoner och radioapparater. Dessa enheter tar emot radiovågor och konverterar dem till mekaniska vibrationer i högtalaren för att skapa ljudvågor.
Radiofrekvensspektrumet är en relativt liten del av det elektromagnetiska spektrumet. EM-spektret är vanligtvis indelat i sju regioner i följd av minskande våglängd och ökande energi och frekvens, enligt University of Rochester. De vanliga beteckningarna är radiovågor, mikrovågor, infraröd (IR), synligt ljus, ultraviolett (UV), röntgenstrålar och gammastrålar.
Radiovågor har de längsta våglängderna i EM-spektrumet, enligt NASA, som sträcker sig från cirka 0,04 tum (1 millimeter) till mer än 62 mil (100 kilometer). De har också de lägsta frekvenserna, från cirka 3 000 cykler per sekund, eller 3 kilohertz, upp till cirka 300 miljarder hertz, eller 300 gigahertz.
Radiospektret är en begränsad resurs och jämförs ofta med jordbruksmark. Precis som jordbrukare måste organisera sin mark för att uppnå bästa skörden avseende kvantitet och variation, måste radiospektrumet delas upp mellan användare på det mest effektiva sättet, enligt British Broadcasting Corp. (BBC). I USA hanterar den nationella telekommunikations- och informationsadministrationen inom USA: s handelsdepartement frekvensallokeringarna längs radiospektrumet.
Upptäckt
Den skotska fysikern James Clerk Maxwell, som utvecklade en enhetlig teori om elektromagnetism på 1870-talet, förutspådde förekomsten av radiovågor, enligt National Library of Scotland. År 1886 tillämpade Heinrich Hertz, en tysk fysiker, Maxwells teorier för produktion och mottagning av radiovågor. Hertz använde enkla hembakade verktyg, inklusive en induktionsspole och en Leyden-burk (en tidig typ av kondensator bestående av en glasburk med folielager både inifrån och ut) för att skapa elektromagnetiska vågor. Hertz blev den första personen att sända och ta emot kontrollerade radiovågor. En frekvensenheten för en EM-våg - en cykel per sekund - kallas en hertz för hans ära, enligt American Association for the Advancement of Science.
Band med radiovågor
Nationella telekommunikations- och informationsförvaltningen delar vanligtvis radiospektrumet i nio band:
.tg {gräns-kollaps: kollaps; gränsavstånd: 0; kantfärg: #ccc;} .tg td {font-familj: Arial, sans-serif; typstorlek: 14px; polstring: 10px 5px; kant- stil: fast; kantbredd: 0px; överflöde: dold; ordbrytning: normal; kantfärg: #ccc; färg: # 333; bakgrundsfärg: #fff;} .tg th {font-family: Arial, sans-serif; fontstorlek: 14px; font-vikt: normal; polstring: 10px 5px; kantstil: fast; kantbredd: 0px; översvämning: dold; ordbrytning: normal; kantfärg: #ccc; färg: # 333; bakgrundsfärg: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-vikt: fet; kantfärg: # 000000; text-align: vänster; vertical-align: top} .tg .tg- 73oq {border-color: # 000000; text-align: left; vertikal-align: top}
| Band | Frekvensomfång | Våglängdsintervall |
|---|---|---|
| Extremt låg frekvens (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Mycket låg frekvens (VLF) | 3 till 30 kHz | 10 till 100 km |
| Lågfrekvens (LF) | 30 till 300 kHz | 1 m till 10 km |
| Medium Frequency (MF) | 300 kHz till 3 MHz | 100 m till 1 km |
| Hög frekvens (HF) | 3 till 30 MHz | 10 till 100 m |
| Mycket hög frekvens (VHF) | 30 till 300 MHz | 1 till 10 m |
| Ultrahög frekvens (UHF) | 300 MHz till 3 GHz | 10 cm till 1 m |
| Super High Frequency (SHF) | 3 till 30 GHz | 1 till 1 cm |
| Extremt hög frekvens (EHF) | 30 till 300 GHz | 1 mm till 1 cm |
Låga till medelhöga frekvenser
ELF-radiovågor, den lägsta av alla radiofrekvenser, har en lång räckvidd och är användbara för att penetrera vatten och sten för kommunikation med ubåtar och inuti gruvor och grottor. Enligt Stanford VLF-gruppen är den mest kraftfulla naturliga källan till ELF / VLF-vågor. Vågor som produceras av blixtnedslag kan studsa fram och tillbaka mellan Jorden och jonosfären (atmosfärskiktet med en hög koncentration av joner och fria elektroner), enligt Phys.org. Dessa blixtstörningar kan snedvrida viktiga radiosignaler som reser till satelliter.
LF- och MF-radioband inkluderar marin- och luftfartradio, samt kommersiell AM (amplitudmodulering) radio, enligt RF Page. AM-radiofrekvensband faller mellan 535 kilohertz till 1,7 megahertz, enligt How Stuff Works. AM-radio har en lång räckvidd, särskilt på natten när jonosfären är bättre på att bryta vågorna tillbaka till jorden, men det är föremål för störningar som påverkar ljudkvaliteten. När en signal delvis blockeras - till exempel av en metallväggig byggnad som en skyskrapa - reduceras ljudets volym i enlighet därmed.
Högre frekvenser
HF-, VHF- och UHF-band inkluderar FM-radio, TV-ljud, public service-radio, mobiltelefoner och GPS (global positioning system). Dessa band använder vanligen "frekvensmodulering" (FM) för att koda, eller imponera, en ljud- eller datasignal på bärvågen. Vid frekvensmodulering förblir signalens amplitud (maximal utsträckning) konstant medan frekvensen varieras högre eller lägre med en hastighet och storlek motsvarande ljud- eller datasignalen.
FM resulterar i bättre signalkvalitet än AM eftersom miljöfaktorer inte påverkar frekvensen på det sätt de påverkar amplituden, och mottagaren ignorerar variationer i amplitud så länge som signalen förblir över en minimitröskel. FM-radiofrekvenser faller mellan 88 megahertz och 108 megahertz, enligt How Stuff Works.
Kortvågradio
Shortwave radio använder frekvenser i HF-bandet, från cirka 1,7 megahertz till 30 megahertz, enligt National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). Inom detta intervall är kortvågspektrumet uppdelat i flera segment, av vilka vissa är avsedda för vanliga sändningsstationer, såsom Voice of America, British Broadcasting Corp. och Rysslands röst. I hela världen finns det hundratals kortvågstationer, enligt NASB. Kortvågstationer kan höras i tusentals mil eftersom signalerna hoppar av jonosfären och återhämtar hundratals eller tusentals miles från deras ursprungspunkt.
Högsta frekvenser
SHF och EHF representerar de högsta frekvenserna i radiobandet och anses ibland vara en del av mikrovågsbandet. Molekyler i luften tenderar att absorbera dessa frekvenser, vilket begränsar deras räckvidd och tillämpningar. Men deras korta våglängder gör att signaler kan styras i smala strålar med parabolantennantenner (parabolantenner). Detta möjliggör kommunikation med kort bandbredd med hög bandbredd mellan fasta platser.
SHF, som påverkas mindre av luften än EHF, används för kortdistansapplikationer som Wi-Fi, Bluetooth och trådlös USB (universal seriell buss). SHF kan bara arbeta i synskådespår eftersom vågorna tenderar att studsa från föremål som bilar, båtar och flygplan, enligt RF-sidan. Och eftersom vågorna studsar bort föremål kan SHF också användas för radar.
Astronomiska källor
Det yttre rymden vimlar av radiovågor: planeter, stjärnor, gas- och dammmoln, galaxer, pulsars och till och med svarta hål. Genom att studera dessa kan astronomer lära sig om rörelse och kemisk sammansättning av dessa kosmiska källor såväl som om de processer som orsakar dessa utsläpp.
Ett radioteleskop "ser" himlen mycket annorlunda än det ser ut i synligt ljus. Istället för att se punktliknande stjärnor, tar ett radioteleskop upp avlägsna pulsarer, stjärnbildande regioner och supernovarester. Radioteleskop kan också upptäcka kvasarer, vilket är kort för kvasi-stjärna radiokälla. En kvasar är en otroligt ljus galaktisk kärna som drivs av ett supermassivt svart hål. Kvasarer strålar energi i stort sett över EM-spektrumet, men namnet kommer från det faktum att de första kvasarerna som identifieras mest avger radioenergi. Kvasarer är mycket energiska; vissa avger 1 000 gånger så mycket energi som hela Vintergatan.
Radioastronomer kombinerar ofta flera mindre teleskop, eller mottagande diskar, i en matris för att göra en tydligare eller högre upplösning, radiobild, enligt universitetet i Wien. Till exempel består Very Large Array (VLA) radioteleskopet i New Mexico av 27 antenner arrangerade i ett enormt "Y" -mönster som är 36 mil över 36 kilometer.
Denna artikel uppdaterades den 27 februari 2019 av Live Science-bidragsgivaren Traci Pedersen.
