คลื่นวิทยุ

จาก Wikipedia สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทางข้ามไปที่การค้นหา
ภาพเคลื่อนไหวของเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่น แผ่คลื่นวิทยุแสดงเส้นสนามไฟฟ้าเสาอากาศตรงกลางเป็นแท่งโลหะแนวตั้งสองแท่งเชื่อมต่อกับเครื่องส่งวิทยุ (ไม่แสดง) เครื่องส่งจะใช้กระแสไฟฟ้าสลับกับแท่งซึ่งจะชาร์จไฟสลับกันเป็นบวก (+) และลบ (-) ลูปของสนามไฟฟ้าออกจากเสาอากาศและการเดินทางออกไปที่ความเร็วของแสง ; นี่คือคลื่นวิทยุ ในแอนิเมชั่นนี้การแสดงจะช้าลงอย่างมาก

คลื่นวิทยุเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีความยาวคลื่นในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้านานกว่าแสงอินฟราเรดคลื่นวิทยุมีความถี่สูงถึง 300 กิกะเฮิรตซ์ ( GHz ) ถึงต่ำถึง 30 เฮิรตซ์ ( Hz ) [1]ที่ 300 GHz ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันคือ 1 มม. (สั้นกว่าเมล็ดข้าว) ที่ 30 Hz ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันคือ 10,000 กม. (ยาวกว่ารัศมีของโลก) เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นวิทยุในสุญญากาศเดินทางด้วยความเร็วแสงและในชั้นบรรยากาศของโลกด้วยความเร็วใกล้เคียง แต่ความเร็วต่ำกว่าเล็กน้อย คลื่นวิทยุสร้างขึ้นโดยอนุภาคที่มีประจุระหว่างการเร่งเช่นเวลาที่แตกต่างกันกระแสไฟฟ้า [2]คลื่นวิทยุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติถูกปล่อยออกมาจากฟ้าผ่าและวัตถุทางดาราศาสตร์และเป็นส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีของร่างกายสีดำที่ปล่อยออกมาจากวัตถุอุ่นทั้งหมด

คลื่นวิทยุจะมีการสร้างเทียมโดยการส่งสัญญาณและได้รับจากเครื่องรับวิทยุโดยใช้เสาอากาศคลื่นวิทยุที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากในเทคโนโลยีที่ทันสมัยสำหรับการแก้ไขและโทรศัพท์มือถือวิทยุสื่อสาร , การกระจายเสียง , เรดาร์และนำทางวิทยุระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม , เครือข่ายคอมพิวเตอร์ไร้สายและการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย ความถี่ของคลื่นวิทยุที่แตกต่างกันมีลักษณะการแพร่กระจายที่แตกต่างกันในชั้นบรรยากาศของโลก คลื่นยาวสามารถเบี่ยงเบนสิ่งกีดขวางเช่นภูเขาและตามรูปร่างของโลก ( คลื่นพื้นดิน) คลื่นที่สั้นกว่าสามารถสะท้อนออกจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และกลับสู่พื้นโลกเหนือขอบฟ้า ( คลื่นท้องฟ้า ) ในขณะที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่ามากจะโค้งงอหรือเบี่ยงเบนน้อยมากและเดินทางไปตามแนวสายตาดังนั้นระยะการแพร่กระจายของพวกมันจึง จำกัด อยู่ที่ขอบฟ้าที่มองเห็น

เพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างผู้ใช้ที่แตกต่างกันรุ่นเทียมและการใช้งานของคลื่นวิทยุจะถูกควบคุมอย่างเคร่งครัดตามกฎหมายการประสานงานโดยองค์กรระหว่างประเทศที่เรียกว่าสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) ซึ่งได้กำหนดคลื่นวิทยุเป็น " คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่พลต่ำกว่า 3 000  GHzแพร่กระจายในอวกาศโดยไม่มีคำแนะนำเทียม ". [3]คลื่นวิทยุแบ่งออกเป็นจำนวนของวงดนตรีวิทยุบนพื้นฐานของความถี่ที่จัดสรรให้กับการใช้งานที่แตกต่างกัน

แผนภาพของสนามไฟฟ้า (E) และสนามแม่เหล็ก (H) ของคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากเสาอากาศส่งสัญญาณวิทยุแบบโมโนโพล (เส้นแนวตั้งสีเข้มขนาดเล็กตรงกลาง) ฟิลด์ E และ H ตั้งฉากตามนัยของแผนภาพเฟสที่ด้านล่างขวา

การค้นพบและการแสวงหาประโยชน์[ แก้ไข]

คลื่นวิทยุที่ถูกคาดการณ์ครั้งแรกโดยการทำงานทางคณิตศาสตร์ทำขึ้นในปี 1867 โดยสก็อตฟิสิกส์คณิตศาสตร์เจมส์ Clerk Maxwell [4]ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของเขาซึ่งปัจจุบันเรียกว่าสมการของแมกซ์เวลล์ทำนายว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กคู่กันสามารถเดินทางผ่านอวกาศเป็น " คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า " ได้ แมกซ์เวลล์เสนอว่าแสงประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ในปีพ. ศ. 2430 Heinrich Hertzนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้แสดงให้เห็นถึงความเป็นจริงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของ Maxwell โดยการทดลองสร้างคลื่นวิทยุในห้องปฏิบัติการของเขา[5]แสดงให้เห็นว่ามีคุณสมบัติของคลื่นเช่นเดียวกับแสง: คลื่นนิ่ง, การหักเหของแสง , เลนส์และโพลาไรซ์ Guglielmo Marconiนักประดิษฐ์ชาวอิตาลีได้พัฒนาเครื่องส่งและเครื่องรับวิทยุที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกในช่วงปีพ. ศ. 2437-2438 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีพ. ศ. 2452 จากผลงานวิทยุของเขา วิทยุสื่อสารเริ่มใช้ในเชิงพาณิชย์เมื่อประมาณปี พ.ศ. 2443 คำว่า " คลื่นวิทยุ " สมัยใหม่ได้แทนที่ชื่อเดิมว่า " คลื่นเฮิรตซ์ " ในราว พ.ศ. 2455

การสร้างและการรับ[ แก้ไข]

แผนภาพเคลื่อนไหวของเสาอากาศไดโพลครึ่งคลื่นรับคลื่นวิทยุ เสาอากาศประกอบด้วยสองแท่งโลหะที่เชื่อมต่อไปยังเครื่องรับR สนามไฟฟ้า ( E , ลูกศรสีเขียว ) ของคลื่นที่เข้ามาผลักดันให้อิเล็กตรอนในแท่งกลับมาชาร์จปลายสลับบวก(+)และลบ(-)เนื่องจากความยาวของเสาอากาศเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของคลื่นสนามการสั่นจะทำให้เกิดคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้า ( Vแสดงด้วยแถบสีแดง) และกระแสในแท่ง กระแสสั่น (ลูกศรสีดำ) ไหลลงมาตามสายส่งและผ่านตัวรับ (แสดงโดยความต้านทานR )

คลื่นวิทยุจะแผ่โดยอนุภาคที่มีประจุเมื่อพวกเขากำลังเร่งพวกเขามีการผลิตเทียมตามเวลาที่แตกต่างกันกระแสไฟฟ้าประกอบด้วยอิเล็กตรอนไหลกลับมาในตัวนำโลหะพิเศษที่มีรูปทรงที่เรียกว่าเสาอากาศอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าเครื่องส่งวิทยุใช้กระแสไฟฟ้าสั่นไปที่เสาอากาศและเสาอากาศจะแผ่พลังงานออกมาเป็นคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุจะได้รับจากเสาอากาศอื่นแนบมากับเครื่องรับวิทยุเมื่อคลื่นวิทยุกระทบเสารับสัญญาณพวกมันจะผลักอิเล็กตรอนในโลหะไปมาทำให้เกิดกระแสสั่นเล็ก ๆ ที่เครื่องรับตรวจจับได้

จากกลศาสตร์ควอนตัเช่นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ เช่นแสงคลื่นวิทยุสามารถผลัดกันถือได้ว่าเป็นกระแสที่ไม่มีประจุอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่าโฟตอนในเสาอากาศที่ส่งคลื่นวิทยุอิเล็กตรอนในเสาอากาศจะปล่อยพลังงานออกมาในแพ็กเก็ตที่ไม่ต่อเนื่องเรียกว่าโฟตอนวิทยุในขณะที่ในเสาอากาศรับอิเล็กตรอนจะดูดซับพลังงานเป็นโฟตอนวิทยุ เสาอากาศเป็นที่สอดคล้องกันอีซีแอลของโฟตอนเช่นเลเซอร์ดังนั้นโฟตอนวิทยุที่มีทั้งหมดในขั้นตอนการอย่างไรก็ตามจากความสัมพันธ์ของพลังค์พลังงานของโฟตอนวิทยุแต่ละตัวมีขนาดเล็กมากตั้งแต่ 10 −22ถึง 10 −30 จูล  . มันมีขนาดเล็กเพื่อให้ยกเว้นสำหรับบางอย่างเปลี่ยนแปลงอิเล็กตรอนโมเลกุลประมวลผลอะตอมเช่นในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปล่งโฟตอนเครื่องไมโครเวฟ, การปล่อยคลื่นวิทยุและการดูดซึมมักจะได้รับการยกย่องเป็นอย่างต่อเนื่องคลาสสิกกระบวนการควบคุมโดยสมการแมกซ์เวล

คุณสมบัติ[ แก้ไข]

คลื่นวิทยุในการเดินทางสูญญากาศที่ความเร็วของแสง [6] [7]เมื่อผ่านสื่อวัสดุที่พวกเขาจะชะลอตัวลงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดกลางของการซึมผ่านและpermittivity อากาศมีความบางมากพอที่คลื่นวิทยุในชั้นบรรยากาศของโลกจะเดินทางเข้าใกล้ความเร็วแสงมาก

ความยาวคลื่น คือระยะห่างจากจุดสูงสุด (ยอด) ของสนามไฟฟ้าคลื่นของการต่อไปและเป็นสัดส่วนผกผันกับความถี่ของคลื่น ความสัมพันธ์ของความถี่และความยาวคลื่นในคลื่นวิทยุที่เดินทางในสุญญากาศหรืออากาศคือ

ที่ไหน

เทียบเท่ากับระยะทางที่คลื่นวิทยุเดินทางในสุญญากาศในหนึ่งวินาทีคือ 299,792,458 เมตร (983,571,056 ฟุต) ซึ่งเป็นความยาวคลื่นของสัญญาณวิทยุเฮิรตซ์ คลื่นวิทยุเมกะเฮิรตซ์ ( ย่านความถี่กลาง - AM ) มีความยาวคลื่น 299.79 เมตร (983.6 ฟุต)

โพลาไรซ์[ แก้ไข]

เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ คลื่นวิทยุมีคุณสมบัติที่เรียกว่าโพลาไรซ์ซึ่งกำหนดให้เป็นทิศทางของสนามไฟฟ้าที่สั่นของคลื่นในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ คลื่นวิทยุแบบโพลาไรซ์ของระนาบมีสนามไฟฟ้าซึ่งแกว่งไปมาในระนาบตามทิศทางการเคลื่อนที่ ในคลื่นวิทยุโพลาไรซ์ในแนวนอนสนามไฟฟ้าจะแกว่งไปในทิศทางแนวนอน ในคลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้งสนามไฟฟ้าจะแกว่งไปในแนวตั้ง ในคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมสนามไฟฟ้าที่จุดใด ๆ จะหมุนตามทิศทางการเดินทางหนึ่งครั้งต่อรอบขวาขั้ว circularlyหมุนคลื่นในมือข้างขวาความรู้สึกเกี่ยวกับทิศทางการเดินทางในขณะที่คลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้ายหมุนไปในทางตรงกันข้าม

เสาอากาศปล่อยคลื่นวิทยุโพลาไรซ์โดยโพลาไรซ์กำหนดโดยทิศทางขององค์ประกอบเสาอากาศโลหะ ตัวอย่างเช่นเสาอากาศไดโพลประกอบด้วยแท่งโลหะ collinear สองแท่ง ถ้าแท่งอยู่ในแนวนอนมันจะแผ่คลื่นวิทยุโพลาไรซ์ในแนวนอนในขณะที่ถ้าแท่งอยู่ในแนวตั้งมันจะแผ่คลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้ง เสาอากาศที่รับคลื่นวิทยุจะต้องมีโพลาไรซ์เดียวกันกับเสาอากาศส่งมิฉะนั้นจะสูญเสียการรับสัญญาณอย่างรุนแรง แหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุตามธรรมชาติหลายแห่งเช่นดวงอาทิตย์ดวงดาวและรังสีของร่างกายดำจากวัตถุที่อบอุ่นจะปล่อยคลื่นที่ไม่มีขั้วซึ่งประกอบด้วยรถไฟคลื่นสั้นที่ไม่ต่อเนื่องกันในส่วนผสมของสถานะโพลาไรซ์ที่เท่ากัน

โพลาไรเซชันของคลื่นวิทยุถูกกำหนดโดยสมบัติเชิงกลควอนตัมของโฟตอนที่เรียกว่าสปิโฟตอนสามารถมีค่าสปินได้หนึ่งในสองค่าที่เป็นไปได้ มันสามารถหมุนในทางขวามือเกี่ยวกับทิศทางการเคลื่อนที่หรือในทางซ้ายมือ คลื่นวิทยุโพลาไรซ์แบบวงกลมด้านขวาประกอบด้วยโฟตอนที่หมุนด้วยความรู้สึกมือขวา คลื่นวิทยุแบบโพลาไรซ์แบบวงกลมด้านซ้ายประกอบด้วยโฟตอนที่หมุนด้วยมือซ้าย คลื่นวิทยุโพลาไรซ์ของเครื่องบินประกอบด้วยโฟตอนในการซ้อนควอนตัมของสถานะการหมุนของมือขวาและมือซ้าย สนามไฟฟ้าประกอบด้วยการซ้อนทับของสนามหมุนด้านขวาและด้านซ้ายทำให้เกิดการสั่นของระนาบ

ลักษณะการขยายพันธุ์[ แก้]

คลื่นวิทยุมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารมากกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ ส่วนใหญ่เป็นเพราะคุณสมบัติการแพร่กระจายที่ต้องการซึ่งเกิดจากความยาวคลื่นมาก[8] คลื่นวิทยุมีความสามารถในการผ่านชั้นบรรยากาศใบไม้และวัสดุก่อสร้างส่วนใหญ่และโดยการเลี้ยวเบนสามารถโค้งงอรอบสิ่งกีดขวางได้และต่างจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ ที่พวกมันมักจะกระจัดกระจายแทนที่จะถูกดูดซับโดยวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่น

การศึกษาการแพร่กระจายคลื่นวิทยุวิธีที่คลื่นวิทยุเคลื่อนที่ในอวกาศและบนพื้นผิวโลกมีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบระบบวิทยุที่ใช้งานได้จริง คลื่นวิทยุผ่านสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันได้สัมผัสกับการสะท้อน , หักเห , โพลาไรซ์ , เลนส์และการดูดซึมความถี่ที่แตกต่างกันพบการผสมผสานที่แตกต่างกันของปรากฏการณ์เหล่านี้ในชั้นบรรยากาศของโลกทำให้คลื่นวิทยุบางวงมีประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะมากกว่าวงอื่น ๆ ระบบวิทยุภาคปฏิบัติส่วนใหญ่ใช้เทคนิคการแพร่กระจายคลื่นวิทยุเพื่อสื่อสาร: [9]

  • แนวสายตา :หมายถึงคลื่นวิทยุที่เดินทางเป็นเส้นตรงจากเสาส่งสัญญาณไปยังเสาอากาศรับสัญญาณ ไม่จำเป็นต้องมีเส้นทางการมองเห็นที่ชัดเจน ที่ความถี่ต่ำกว่าคลื่นวิทยุสามารถผ่านอาคารใบไม้และสิ่งกีดขวางอื่น ๆ ได้ นี่เป็นวิธีเดียวในการแพร่กระจายที่มีความถี่สูงกว่า 30 MHz บนพื้นผิวโลกการแพร่กระจายของเส้นสายตาถูก จำกัด โดยเส้นขอบฟ้าที่มองเห็นได้ประมาณ 64 กม. (40 ไมล์) นี่คือวิธีการที่ใช้โดยโทรศัพท์มือถือ , FM ,วิทยุโทรทัศน์และเรดาร์โดยใช้เสาอากาศจานเพื่อส่งลำแสงไมโครเวฟรีเลย์ไมโครเวฟแบบจุดต่อจุดลิงก์ส่งสัญญาณโทรศัพท์และโทรทัศน์ในระยะทางไกลจนถึงขอบฟ้าที่มองเห็นได้สถานีภาคพื้นดินสามารถสื่อสารกับดาวเทียมและยานอวกาศหลายพันล้านไมล์จากโลก
    • การขยายพันธุ์โดยอ้อม : คลื่นวิทยุสามารถเข้าถึงจุดที่เกินกว่าสายของสายตาโดยการเลี้ยวเบนและการสะท้อน [9] การเลี้ยวเบนทำให้คลื่นวิทยุโค้งงอไปรอบ ๆ สิ่งกีดขวางเช่นขอบอาคารยานพาหนะหรือทางเลี้ยวในห้องโถง คลื่นวิทยุบางส่วนสะท้อนจากพื้นผิวเช่นผนังพื้นเพดานยานพาหนะและพื้นดิน วิธีการขยายพันธุ์เหล่านี้เกิดขึ้นในระบบการสื่อสารวิทยุช่วงสั้น ๆ เช่นโทรศัพท์มือถือ , โทรศัพท์ไร้สาย , วิทยุสื่อสารและเครือข่ายไร้สายข้อเสียเปรียบของโหมดนี้คือการแพร่กระจายแบบหลายเส้นทางซึ่งคลื่นวิทยุเดินทางจากเครื่องส่งไปยังเสาอากาศรับสัญญาณผ่านหลายเส้นทาง คลื่นรบกวนมักทำให้เกิดปัญหาการซีดจางและการรับสัญญาณอื่น ๆ
  • คลื่นพื้น :ที่ความถี่ต่ำกว่า 2 MHz ในคลื่นขนาดกลางและคลื่นยาวเนื่องจากการเลี้ยวเบนของคลื่นวิทยุโพลาไรซ์ในแนวตั้งสามารถโค้งงอเหนือเนินเขาและภูเขาและแพร่กระจายออกไปนอกขอบฟ้าเดินทางเป็นคลื่นผิวน้ำซึ่งเป็นไปตามรูปร่างของโลก สิ่งนี้ช่วยให้สถานีกระจายเสียงคลื่นขนาดกลางและคลื่นยาวมีพื้นที่ครอบคลุมเหนือขอบฟ้าออกไปไกลหลายร้อยไมล์ เมื่อความถี่ลดลงการสูญเสียจะลดลงและช่วงที่ทำได้จะเพิ่มขึ้นระบบสื่อสารความถี่ต่ำมากทางทหาร(VLF) และความถี่ต่ำมาก (ELF) สามารถสื่อสารได้ทั่วโลกส่วนใหญ่และด้วยเรือดำน้ำใต้น้ำหลายร้อยฟุต
  • Skywaves :ที่คลื่นขนาดกลางและความยาวคลื่นคลื่นสั้นคลื่นวิทยุจะสะท้อนอนุภาคประจุไฟฟ้า (ไอออน ) ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในส่วนหนึ่งของบรรยากาศที่เรียกว่าไอโอโนสเฟียร์ ดังนั้นคลื่นวิทยุที่พุ่งไปที่มุมหนึ่งบนท้องฟ้าสามารถกลับมายังโลกได้เลยขอบฟ้า สิ่งนี้เรียกว่าการขยายพันธุ์ "ข้าม" หรือ "สกายเวฟ" โดยใช้การสื่อสารข้ามทวีปหลายครั้งในระยะทางข้ามทวีปสามารถทำได้ การแพร่กระจายของ Skywave นั้นแปรผันและขึ้นอยู่กับสภาพบรรยากาศ มีความน่าเชื่อถือที่สุดในเวลากลางคืนและในฤดูหนาว ใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 เนื่องจากการสื่อสารบนท้องฟ้าที่ไม่น่าเชื่อถือส่วนใหญ่ถูกละทิ้ง การใช้งานที่เหลืออยู่โดยเรดาร์เหนือขอบฟ้า (OTH)ทางทหารระบบโดยระบบอัตโนมัติบางส่วนโดยนักวิทยุสมัครเล่นและโดยสถานีกระจายเสียงคลื่นสั้นเพื่อออกอากาศไปยังประเทศอื่น ๆ

ที่ความถี่ไมโครเวฟก๊าซในชั้นบรรยากาศจะเริ่มดูดซับคลื่นวิทยุดังนั้นช่วงของระบบการสื่อสารทางวิทยุที่ใช้งานได้จริงจะลดลงตามความถี่ การลดทอนบรรยากาศที่ต่ำกว่าประมาณ 20 GHz ส่วนใหญ่เกิดจากไอน้ำ สูงกว่า 20 GHz ในแถบคลื่นมิลลิเมตรก๊าซในชั้นบรรยากาศอื่น ๆ จะเริ่มดูดซับคลื่นโดย จำกัด ระยะการส่งผ่านที่ใช้งานได้จริงไว้ที่หนึ่งกิโลเมตรหรือน้อยกว่า เหนือกว่า 300 GHz ในย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์พลังแทบทั้งหมดจะถูกดูดซับภายในไม่กี่เมตรดังนั้นบรรยากาศจึงทึบแสงอย่างมีประสิทธิภาพ

วิทยุสื่อสาร[ แก้]

ในระบบวิทยุสื่อสารข้อมูลจะถูกส่งข้ามอวกาศโดยใช้คลื่นวิทยุ ในตอนท้ายการส่งข้อมูลที่จะส่งในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าเวลาที่แตกต่างกันจะถูกนำไปใช้กับเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ [10]ข้อมูลที่เรียกว่าสัญญาณการปรับสามารถเป็นสัญญาณเสียงที่เป็นตัวแทนของเสียงจากไมโครโฟนเป็นสัญญาณวิดีโอที่เป็นตัวแทนของภาพเคลื่อนไหวจากกล้องวิดีโอหรือสัญญาณดิจิตอลเป็นตัวแทนของข้อมูลจากคอมพิวเตอร์ ในเครื่องส่งสัญญาณออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์จะสร้างกระแสสลับการสั่นด้วยความถี่วิทยุเรียกว่าคลื่นพาหะเพราะมันสร้างคลื่นวิทยุที่ "นำ" ข้อมูลผ่านอากาศ สัญญาณข้อมูลถูกใช้เพื่อปรับเปลี่ยนผู้ให้บริการโดยเปลี่ยนแปลงลักษณะบางอย่างของสัญญาณ "piggybacking" ข้อมูลบนผู้ให้บริการขนส่ง ผู้ให้บริการ modulated จะขยายและนำไปใช้กับเสาอากาศกระแสไฟฟ้าที่สั่นจะผลักอิเล็กตรอนในเสาอากาศไปมาทำให้เกิดการสั่นของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งจะแผ่พลังงานออกไปจากเสาอากาศเป็นคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุจะนำข้อมูลไปยังตำแหน่งเครื่องรับ

ที่เครื่องรับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่กำลังสั่นของคลื่นวิทยุขาเข้าจะผลักอิเล็กตรอนในเสาอากาศรับสัญญาณไปมาทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสั่นขนาดเล็กซึ่งเป็นแบบจำลองที่อ่อนกว่าของกระแสในเสาอากาศที่ส่งสัญญาณ[10]แรงดันไฟฟ้านี้ใช้กับเครื่องรับวิทยุซึ่งดึงสัญญาณข้อมูลออก รับแรกที่ใช้ตัวกรอง bandpassจะแยกสถานีวิทยุที่ต้องการสัญญาณวิทยุจากสัญญาณวิทยุอื่น ๆ หยิบขึ้นมาจากเสาอากาศแล้วขยายสัญญาณดังนั้นจึงเป็นที่แข็งแกร่งแล้วในที่สุดสารสกัดจากสัญญาณการปรับข้อมูลแบริ่งในdemodulatorสัญญาณที่กู้คืนจะถูกส่งไปยังลำโพงหรือหูฟังเพื่อสร้างเสียงหรือหน้าจอแสดงผลโทรทัศน์เพื่อสร้างภาพที่มองเห็นได้หรืออุปกรณ์อื่น ๆ สัญญาณข้อมูลดิจิทัลถูกนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์หรือไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งโต้ตอบกับผู้ใช้ที่เป็นมนุษย์

คลื่นวิทยุจากเครื่องส่งหลายเครื่องส่งผ่านอากาศพร้อมกันโดยไม่รบกวนกัน สามารถแยกออกจากกันได้ในเครื่องรับเนื่องจากคลื่นวิทยุของเครื่องส่งแต่ละเครื่องสั่นในอัตราที่แตกต่างกันกล่าวคือเครื่องส่งสัญญาณแต่ละเครื่องมีความถี่ที่แตกต่างกันโดยวัดเป็นกิโลเฮิรตซ์ (kHz) เมกะเฮิรตซ์ (MHz) หรือกิกะเฮิรตซ์ (GHz) กรอง bandpassรับสัญญาณประกอบด้วยวงจรปรับซึ่งทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กคล้าย ๆ กับส้อมเสียง[10]มีความถี่เรโซแนนซ์ตามธรรมชาติที่มันแกว่ง ความถี่เรโซแนนซ์กำหนดไว้เท่ากับความถี่ของสถานีวิทยุที่ต้องการ สัญญาณวิทยุที่สั่นจากสถานีที่ต้องการทำให้วงจรที่ปรับแล้วสั่นด้วยความเห็นอกเห็นใจและส่งสัญญาณไปยังส่วนที่เหลือของเครื่องรับ สัญญาณวิทยุที่ความถี่อื่นจะถูกปิดกั้นโดยวงจรที่ปรับแล้วและไม่ส่งต่อ

ผลกระทบทางชีวภาพและสิ่งแวดล้อม[ แก้]

คลื่นวิทยุเป็นที่ไม่ใช่รังสีซึ่งหมายความว่าพวกเขาไม่ได้มีพลังงานพอที่จะแยกจากกันอิเล็กตรอนจากอะตอมหรือโมเลกุล , โอโซนพวกเขาหรือทำลายพันธะเคมีที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีหรือเสียหายของดีเอ็นเอผลกระทบหลักของการดูดซับคลื่นวิทยุด้วยวัสดุคือการให้ความร้อนเช่นเดียวกับคลื่นอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากแหล่งความร้อนเช่นเครื่องทำความร้อนในอวกาศหรือไฟไม้ สนามไฟฟ้าที่สั่นของคลื่นทำให้โมเลกุลที่มีขั้วสั่นไปมาทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี่คือวิธีการใช้เตาไมโครเวฟทำอาหาร อย่างไรก็ตามคลื่นอินฟราเรดซึ่งแตกต่างจากคลื่นอินฟราเรดซึ่งส่วนใหญ่ถูกดูดซับที่พื้นผิวของวัตถุและทำให้เกิดความร้อนที่พื้นผิวคลื่นวิทยุสามารถทะลุผ่านพื้นผิวและสะสมพลังงานไว้ในวัสดุและเนื้อเยื่อชีวภาพได้ ความลึกที่คลื่นวิทยุทะลุผ่านจะลดลงตามความถี่และยังขึ้นอยู่กับความต้านทานและการอนุญาตของวัสดุด้วย มันถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ที่เรียกว่าความลึกผิวของวัสดุซึ่งก็คือความลึกภายในที่สะสมพลังงาน 63% ตัวอย่างเช่นคลื่นวิทยุ 2.45 GHz (ไมโครเวฟ) ในเตาไมโครเวฟจะทะลุผ่านอาหารส่วนใหญ่ประมาณ 2.5 ถึง 3.8 ซม. (1 ถึง 1.5 นิ้ว) คลื่นวิทยุถูกนำไปใช้กับร่างกายเป็นเวลา 100 ปีในการบำบัดทางการแพทย์ของdiathermyสำหรับความร้อนลึกของเนื้อเยื่อร่างกายเพื่อเพิ่มการไหลเวียนของเลือดและการรักษา เมื่อเร็ว ๆ นี้พวกเขาได้ถูกนำมาใช้ในการสร้างอุณหภูมิที่สูงขึ้นในภาวะการรักษาและเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็ง การมองหาแหล่งกำเนิดของคลื่นวิทยุในระยะใกล้เช่นท่อนำคลื่นของเครื่องส่งวิทยุที่ใช้งานได้อาจทำให้เลนส์ตาเกิดความเสียหายได้โดยการให้ความร้อน ลำแสงคลื่นวิทยุที่แรงพอสามารถทะลุเข้าตาและทำให้เลนส์ร้อนพอที่จะทำให้เกิดต้อกระจกได้[11] [12] [13] [14] [15]

เนื่องจากผลกระทบจากความร้อนโดยหลักการแล้วไม่แตกต่างจากแหล่งความร้อนอื่น ๆ การวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับอันตรายต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสกับคลื่นวิทยุจึงมุ่งเน้นไปที่ผลกระทบที่ไม่เป็นความร้อน คลื่นวิทยุมีผลกระทบต่อเนื้อเยื่อหรือไม่นอกจากที่เกิดจากความร้อน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่วิทยุได้รับการจัดประเภทโดยองค์การระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็ง (IARC) ว่ามี "หลักฐาน จำกัด " สำหรับผลกระทบต่อมนุษย์และสัตว์[16] [17]มีหลักฐานทางกลไกที่อ่อนแอเกี่ยวกับความเสี่ยงของโรคมะเร็งจากการสัมผัส RF-EMF จากโทรศัพท์มือถือเป็นการส่วนตัว[18]

คลื่นวิทยุสามารถป้องกันต่อโดยแผ่นโลหะเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือหน้าจอ, สิ่งที่แนบมาของแผ่นหรือหน้าจอที่เรียกว่ากรงฟาราเดย์ โล่หน้าจอโลหะกับคลื่นวิทยุเช่นเดียวกับแผ่นแข็งตราบเท่าที่หลุมในหน้าจอที่มีขนาดเล็กกว่าประมาณ1 / 20ของความยาวคลื่นของคลื่น [19]

การวัด[ แก้ไข]

เนื่องจากการแผ่รังสีด้วยคลื่นความถี่วิทยุมีทั้งองค์ประกอบทางไฟฟ้าและแม่เหล็กจึงมักจะสะดวกในการแสดงความเข้มของสนามรังสีในรูปของหน่วยเฉพาะสำหรับแต่ละองค์ประกอบ หน่วยโวลต์ต่อเมตร (V / m) ใช้สำหรับส่วนประกอบไฟฟ้าและหน่วยแอมแปร์ต่อเมตร (A / m) ใช้สำหรับส่วนประกอบแม่เหล็ก หนึ่งสามารถพูดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและหน่วยงานเหล่านี้จะถูกนำมาใช้เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับระดับของการไฟฟ้าและแม่เหล็กความแรงของสนามที่ตั้งของวัด

อีกหน่วยที่ใช้กันทั่วไปสำหรับลักษณะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า RF คือความหนาแน่นของพลังงานความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าจะถูกใช้อย่างแม่นยำที่สุดเมื่อจุดที่วัดอยู่ห่างจากตัวปล่อย RF มากพอที่จะอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าโซนสนามไกลของรูปแบบการแผ่รังสี[20]ในบริเวณที่ใกล้เครื่องส่งสัญญาณมากขึ้นกล่าวคือในโซน "สนามใกล้" ความสัมพันธ์ทางกายภาพระหว่างส่วนประกอบไฟฟ้าและแม่เหล็กของสนามอาจมีความซับซ้อนและควรใช้หน่วยความแรงของสนามที่กล่าวถึงข้างต้น ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าวัดได้ในรูปของกำลังต่อหน่วยพื้นที่ตัวอย่างเช่นมิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร (mW / cm 2). เมื่อพูดถึงความถี่ในช่วงไมโครเวฟขึ้นไปความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้ามักจะใช้เพื่อแสดงความเข้มเนื่องจากการเปิดรับแสงที่อาจเกิดขึ้นน่าจะอยู่ในเขตสนามไกล

ดูเพิ่มเติม[ แก้ไข]

  • ดาราศาสตร์วิทยุ
  • เครื่องส่งโทรทัศน์

อ้างอิง[ แก้ไข]

  1. ^ Altgelt, แคลิฟอร์เนีย (2005) "ใหญ่ที่สุดในโลก 'วิทยุ' สถานี" (PDF) ฟิสิกส์พลังงานสูง hep.wisc.edu . ขอบคุณที่เมดิสัน สืบค้นเมื่อ9 ม.ค. 2562 .
  2. ^ Ellingson สตีเว่นดับบลิว (2016) วิศวกรรมระบบวิทยุ . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ หน้า 16–17 ISBN 978-1316785164.
  3. ^ "Ch. 1: คำศัพท์และลักษณะทางเทคนิค - ข้อกำหนดและคำจำกัดความ" ข้อบังคับวิทยุ (PDF) เจนีวา, CH: ITU 2559 น. 7. ISBN  9789261191214.
  4. ^ Harman ปีเตอร์ไมเคิล (1998) ปรัชญาธรรมชาติของเจมส์ Clerk Maxwell Cambridge, UK: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ น. 6. ISBN 0-521-00585- X.
  5. ^ เอ็ดเวิร์ดส์, สตีเฟนเอ"เฮ็นเฮิร์ตซ์และรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า" สมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ สืบค้นเมื่อ13 เมษายน 2564 .
  6. ^ "ความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าความยาวคลื่นและพลังงานอัลตร้าคำนวณ" 1728.org . 1728 ระบบซอฟแวร์ สืบค้นเมื่อ15 ม.ค. 2561 .
  7. ^ "คลื่นวิทยุวิธีที่มีการผลิต" NRAO . ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 28 มีนาคม 2014 สืบค้นเมื่อ15 ม.ค. 2561 .
  8. ^ Ellingson สตีเว่นดับบลิว (2016) วิศวกรรมระบบวิทยุ . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ หน้า 16–17 ISBN 978-1316785164.
  9. ^ a b Seybold, John S. (2005). "1.2 โหมดการขยายพันธุ์" . รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการขยายพันธุ์ RF จอห์นไวลีย์และบุตรชาย หน้า 3–10. ISBN 0471743682.
  10. ^ a b c Brain, M. (7 ธ.ค. 2543). "วิธีการวิทยุธิการ" HowStuffWorks.com . สืบค้นเมื่อ11 ก.ย. 2552 .
  11. ^ ห้องครัว Ronald (2001). คู่มือความปลอดภัยจากการแผ่รังสี RF และไมโครเวฟ (ฉบับที่ 2) นิวเนส. หน้า  64 –65 ISBN 0750643552.
  12. ^ van der Vorst, André; โรเซน, อารี; โคสึกะ, ยูจิ (2549). ปฏิสัมพันธ์ RF / ไมโครเวฟกับเนื้อเยื่อชีวภาพ จอห์นไวลีย์แอนด์ซันส์ หน้า 121–122 ISBN 0471752045.
  13. ^ กราฟรูดอล์ฟฉ.; ชีตวิลเลียม (2544). สร้างเครื่องส่งสัญญาณต่ำอำนาจของตัวเอง: โครงการสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าทดลอง นิวเนส. น. 234. ISBN 0750672447.
  14. ^ พี่โจอัลเลน; เคฮิลล์แดเนียลเอฟ (2527) "ผลทางชีวภาพของการแผ่รังสี RF" . ผลกระทบทางชีวภาพของคลื่นวิทยุรังสี US EPA หน้า 5.116–5.119
  15. ^ ฮิตช์ค็อก, อาร์ทิโมธี; แพตเตอร์สัน, โรเบิร์ตเอ็ม. (1995). วิทยุความถี่และเอลฟ์ไฟฟ้าพลังงาน: เป็นคู่มือสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านสุขภาพ ซีรี่ส์สุขภาพและความปลอดภัยในอุตสาหกรรม จอห์นไวลีย์แอนด์ซันส์ หน้า 177–179 ISBN 9780471284543.
  16. ^ "IARC classifies คลื่นวิทยุสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอาจเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์" (PDF) www.iarc.fr (ข่าวประชาสัมพันธ์). ใคร . 31 พฤษภาคม 2554 . สืบค้นเมื่อ9 ม.ค. 2562 .
  17. ^ "ตัวแทนจําแนกตามลำดับ Monographs" monographs.iarc.fr . เล่ม 1–123 IARC 9 พ.ย. 2561 . สืบค้นเมื่อ9 ม.ค. 2562 .
  18. ^ บ้าน, ร.; กรอสส์, Y.; เลาบี้ - เลขาบี; El Ghissassi, F. (2014). "ผ่าตัดด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า: การประเมินอันตรายจากโรคมะเร็ง" (PDF) monographs.iarc.fr (โปสเตอร์การประชุม) IARC สืบค้นเมื่อ9 ม.ค. 2562 .
  19. ^ คิมเมลวิลเลียมดี; Gerke, Daryl (2018). แม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากันได้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์: คู่มือสำหรับนักออกแบบและติดตั้ง เส้นทาง น. 6.67. ISBN 9781351453370.
  20. ^ สมาคมผู้แพร่ภาพกระจายเสียงแห่งชาติ (2539) เสาอากาศแอนด์ทาวเวอร์ระเบียบคู่มือ ฝ่ายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. NAB . น. 186. ISBN 9780893242367. สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 1 พฤษภาคม 2018.
  • แม็กซ์เวลล์เจมส์เสมียน (2408) "VIII. ทฤษฎีพลวัตของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า" . รายการปรัชญาของราชสมาคมแห่งลอนดอน 155 : 459–512 ดอย : 10.1098 / rstl.1865.0008 . S2CID  186207827
  • เฮิรตซ์, ไฮน์ริชรูดอล์ฟ (2436) คลื่นไฟฟ้า: เป็นงานวิจัยเกี่ยวกับการขยายพันธุ์ของการดำเนินการไฟฟ้า จำกัด ด้วยความเร็วผ่านพื้นที่ ห้องสมุดมหาวิทยาลัยคอร์แนล Ithaca นิวยอร์ก: มหาวิทยาลัยคอร์เนล ISBN 9781429740364.
  • Rawer, Karl (1993). การแพร่กระจายคลื่นในไอโอโนสเฟียร์ การพัฒนาในชุดทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและการประยุกต์ใช้ Dordrecht: นักวิชาการ Kluwer ISBN 9780792307754. OCLC  26257685

ลิงก์ภายนอก[ แก้ไข]

  • “ คลื่นวิทยุ” . คณะกรรมการภารกิจวิทยาศาสตร์. นาซ่า .