
امواج رادیویی (Radio Waves): هر اتم از الکترون و نوترون تشکیل شده است. نوترون و پروتون در مرکز قرار گرفتهاند و هسته اتم را تشکیل میدهند و الکترونها اطراف هسته میچرخند. هسته بعضی از اتمها به دلیل پروتونهای آنها خنثی میشود. دارای حرکت وضعی هستند. یعنی به دور محور خود میچرخند. این نوع حرکت را حرکت اسپنیمیگویند، که ویژگیهای طبیعی هستهها است. همچنین هسته به دلیل وجود پروتون دارای بار مثبت هست و از هر ذره بارداری که حرکت داشته باشد، فیزیک امواج الکترومغناطیس تابش میشود.
بطور کلی فیزیک امواج ، از جمله فیزیک امواج الکترومغناطیسی دارای فرکانس هستند. در اینجا فرکانس به معنی تعداد نوسانهای میدان الکتریکی یا مغناطیسی در واحد زمان از هر نقطه از فضا است. اگر نیروی محرکی را با فرکانس یکسان با فرکانس طبیعی نوسانگر بکار ببریم دامنه حرکت نوسانی یعنی حداکثر فاصلهای تا نقطهای از موج از مرکز تعادل میگیرد افزایش مییابد، که این پدیده را تشدید میگویند. امواج رادیو نوعی از تشعشعات الکترومغناطیسی هستند و هنگامی بوجود میآیند که یک شی باردار شده با فرکانسی که در بخش فرکانس رادیویی (RF) طیف الکترومغناطیسی قرار دارد شتاب بگیرد. این محدوده فرکانس از ده ها هرتز تا چند گیگا هرتز تغییر میکند. تشعشعات الکترومغناطیسی توسط نوسانات میدانهای الکتریکی و مغناطیسی انتشار مییابند و از طریق هوا و نیز خلا به همان خوبی عبور میکنند و نیازی به واسطه انتقال ندارند. در مقابل، دیگر انواع تشعشعات الکترومغناطیسی با فرکانس هایی بالای محدوده RF به این شرح اند: اشعه گاما، اشعه X و مادون قرمز، ماوراء بنفش و نور مرئی.
وقتی که امواج رادیویی از یک سیم عبور میکنند، میدان الکتریکی و مغناطیسی متغیر آنها (بر حسب شکل سیم) جریان و ولتاژی متناوب در سیم القا میکنند. این جریان و ولتاژ را میتوان به سیگنالهای صوتی و دیگر انواع سیگنال تبدیل کرد که اطلاعات را انتقال دهند. با وجودی که واژه رادیو برای توصیف این پدیده به کار میرود، ارسال دادههایی که ما به عنوان تلویزیون ، رادیو ، رادار و تلفن میشناسیم، همگی در کلاس انتشار فرکانس رادیویی هستند.
این دسته از امواج ، ماهیت الکترومغناطیس و شامل طیف وسیعی از آن است. در اثر ایجاد دو نیرو عمودی امواج قادرند تا بی نیاز از ماهیت ماده انتقال یابند. فیزیک موج الکترومغناطیس بر طبق باری ست که بر اثر نوسان اتم بار دار ساطع می شود و بسته اندازه آن انرژی دارد، نوسان به علت پایه پروتونی اتم دارای سیکل تناوبی می باشد که برای اندازه گیری بسامد آن از واحد هرتز (HZ) استفاده می کنند ، که تعداد هر سیکل را بر حسب ثانیه مشخص می کند. ما می توانیم این امواج را توسط میدان الکترومغناطیسی شتاب داده تا علاوه بر تثبیت هر سیکل در واحد زمان از توانهای دلخواه نیز برخوردار شویم ، که اینکار توسط دستگاهی به نام رادیو انجام می شود.
امواج رادیویی (Radio Waves) بخشی از طیف الکترومغناطیسی هستند که دارای بلندترین طولموج و پایینترین فرکانس در میان امواج الکترومغناطیسی میباشند. این امواج در محدوده فرکانسی از ۳ هرتز (Hz) تا ۳۰۰ گیگاهرتز (GHz) قرار دارند. از آنجا که سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلأ برابر با سرعت نور (�≈3×108 متر بر ثانیه) است، طولموج این امواج از حدود ۱ میلیمتر تا بیش از ۱۰۰ کیلومتر متغیر است.
ویژگیهای فیزیکی و انتشار
۱. ماهیت موجی: امواج رادیویی به صورت متقاطع از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شدهاند که عمود بر جهت انتشار موج نوسان میکنند. این ویژگی آنها را به امواج عرضی تبدیل میکند.
۲. نفوذپذیری: به دلیل طولموج بلند، این امواج توانایی بالایی در عبور از موانع فیزیکی مانند ابرها، دود، باران و حتی دیوارهای غیرفلزی دارند. این ویژگی باعث میشود که برای ارتباطات بیسیم در شرایط جوی مختلف و محیطهای شهری ایدهآل باشند.
۳. بازتاب و شکست: امواج رادیویی میتوانند توسط لایههای یونوسفر جو زمین بازتاب شوند (بهویژه در باندهای HF) که این پدیده امکان ارتباطات رادیویی فاصلهدور (Skywave) را بدون نیاز به ماهواره فراهم میکند.
طبقهبندی فرکانسی (ITU)
بر اساس تعاریف اتحادیه بینالمللی مخابرات (ITU)، طیف رادیویی به باندهای مختلفی تقسیم میشود که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند:
|
نام باند
|
محدوده فرکانس
|
کاربردهای اصلی
|
|---|---|---|
|
ELF
(فرکانس بسیار پایین)
|
۳ تا ۳۰ هرتز
|
ارتباط با زیردریاییها
|
|
VLF
(فرکانس بسیار پایین)
|
۳ تا ۳۰ کیلوهرتز
|
ناوبری و ساعتهای اتمی
|
|
LF
(فرکانس پایین)
|
۳۰ تا ۳۰۰ کیلوهرتز
|
ناوبری هوایی و دریایی
|
|
MF
(فرکانس متوسط)
|
۳۰۰ کیلوهرتز تا ۳ مگاهرتز
|
رادیوهای AM
|
|
HF
(فرکانس بالا)
|
۳ تا ۳۰ مگاهرتز
|
ارتباطات رادیویی بلندمدت، هواشناسی
|
|
VHF
(فرکانس خیلی بالا)
|
۳۰ تا ۳۰۰ مگاهرتز
|
رادیوهای FM، تلویزیون آنالوگ، ارتباطات هوایی
|
|
UHF
(فرکانس فوقالعاده بالا)
|
۳۰۰ مگاهرتز تا ۳ گیگاهرتز
|
تلویزیون دیجیتال، موبایل (۴G/5G)، بلوتوث
|
|
SHF
(فرکانس بسیار بالا)
|
۳ تا ۳۰ گیگاهرتز
|
ماهوارهها، رادار، Wi-Fi (۵ گیگاهرتز)
|
|
EHF
(فرکانس اکترومغناطیسی)
|
۳۰ تا ۳۰۰ گیگاهرتز
|
ارتباطات پرسرعت، رادارهای پیشرفته
|
اصول انتقال و دریافت اطلاعات
برای انتقال اطلاعات از طریق امواج رادیویی، از پدیده «مدولاسیون» (Modulation) استفاده میشود. در این فرآیند، یک سیگنال حامل با فرکانس بالا، توسط سیگنال اطلاعات (صدا یا داده) تغییر داده میشود. روشهای اصلی مدولاسیون عبارتند از:
-
AM (مدولاسیون دامنه): دامنه موج حامل متناسب با سیگنال صوتی تغییر میکند.
-
FM (مدولاسیون فرکانس): فرکانس موج حامل متناسب با سیگنال صوتی تغییر میکند.
-
PM و QAM: روشهای پیچیدهتر برای انتقال دادههای دیجیتال با پهنای باند بیشتر.
ایمنی و اثرات زیستمحیطی
امواج رادیویی در دسته «تابش غیر یونیزان» قرار میگیرند. انرژی فوتونهای این امواج آنقدر کم است که نمیتوانند الکترونها را از اتمها جدا کنند یا ساختار شیمیایی DNA را مستقیماً تخریب نمایند. اثرات حرارتی اصلیترین نگرانی فیزیولوژیک در مواجهه با شدتهای بالای امواج رادیویی است که توسط استانداردهای بینالمللی مانند SAR (نرخ جذب ویژه) کنترل میشود. تاکنون شواهد علمی قاطعی مبنی بر ایجاد سرطان یا آسیبهای ژنتیکی در سطوح مجاز قرارگیری عمومی یافت نشده است.