Radioaallot ovat tietynlainen sähkömagneettinen säteily, joka tunnetaan parhaiten käytöstä viestintäteknologioissa, kuten televisiossa, matkapuhelimissa ja radioissa. Nämä laitteet vastaanottavat radioaaltoja ja muuntavat ne kaiuttimen mekaanisiksi värähtelyiksi ääniaaltojen luomiseksi.
Radiotaajuusspektri on suhteellisen pieni osa sähkömagneettisesta (EM) spektristä. EM-spektri jaetaan yleensä seitsemään alueeseen alenevan aallonpituuden sekä kasvavan energian ja taajuuden järjestyksessä, Rochesterin yliopiston mukaan. Yleisimpiä nimityksiä ovat radioaallot, mikroaallot, infrapuna (IR), näkyvä valo, ultravioletti (UV), röntgen- ja gammasäteet.
Radioaaltojen aallonpituudet EM-spektrissä ovat pisimmät NASA: n mukaan vaihtelevat välillä noin 0,04 tuumaa (1 millimetri) - yli 62 mailia (100 kilometriä). Niiden taajuudet ovat myös alhaisimmat, noin 3 000 sykliä sekunnissa tai 3 kilohertsiä, jopa noin 300 miljardiin hertsiin tai 300 gigahertsiin.
Radiospektri on rajallinen resurssi ja sitä verrataan usein viljelysmaata. Aivan kuten maanviljelijöiden on järjestettävä maansa saavuttaakseen parhaan sadon määrän ja lajikkeen saavuttamiseksi, radiotaajuudet on jaettava käyttäjien kesken tehokkaimmalla tavalla, väittää British Broadcasting Corp. (BBC). Yhdysvalloissa Yhdysvaltain kauppaministeriön kansallinen televiestintä- ja tietohallinto hallinnoi radiotaajuuksien taajuuksien allokointia.
Löytö
Skotlantilainen fyysikko James Clerk Maxwell, joka kehitti 1870-luvulla yhtenäisen sähkömagneettisuuden teorian, ennusti radioaaltojen olemassaoloa Skotlannin kansalliskirjaston mukaan. Vuonna 1886 saksalainen fyysikko Heinrich Hertz sovelsi Maxwellin teorioita radioaaltojen tuottamiseen ja vastaanottamiseen. Hertz käytti sähkömagneettisten aaltojen luomiseen yksinkertaisia kotitekoisia työkaluja, kuten induktiokela ja Leyden-purkki (varhainen kondensaattori, joka koostuu lasisäiliöstä, jonka foliokerrokset ovat sisä- ja ulkopuolella). Hertzistä tuli ensimmäinen henkilö, joka lähetti ja vastaanotti hallittuja radioaaltoja. Amerikan tieteen kehityksen yhdistyksen mukaan EM-aallon taajuusyksikköä - yksi sykli sekunnissa - kutsutaan hänen kunniakseen hertsiin.
Radioaaltojen kaistat
Kansallinen tele- ja tietohallinto jakaa radiospektrin yleensä yhdeksään kaistaan:
.tg {reunus-romahdus: romahdus; reunusväli: 0; reunuksen väri: #ccc;} .tg td {kirjasinperhe: Arial, sans-serif; kirjasinkoko: 14px; täyte: 10px 5px; reunus- tyyli: vankka; reunuksen leveys: 0px; ylivuoto: piilotettu; sanamurto: normaali; reunusväri: #ccc; väri: # 333; taustaväri: #fff;} .tg th {kirjasinperhe: Arial, sans-serif; fonttikoko: 14px; fonttipaino: normaali; pehmuste: 10px 5px; reunatyyli: vankka; reunan leveys: 0px; ylivuoto: piilotettu; sananmuutos: normaali; reunusväri: #ccc; väri: # 333; taustaväri: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {fontin paino: lihavoitu; reunuksen väri: # 000000; tekstin kohdistaminen: vasen; pystysuora-kohdistus: yläosa} .tg .tg- 73oq {border-color: # 000000; text-align: vasen; vertical-align: top}
| bändi | Taajuusalue | Aallonpituusalue |
|---|---|---|
| Erittäin matala taajuus (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Erittäin matala taajuus (VLF) | 3 - 30 kHz | 10–100 km |
| Matala taajuus (LF) | 30 - 300 kHz | 1 m - 10 km |
| Keskitaajuus (MF) | 300 kHz - 3 MHz | 100 m - 1 km |
| Suuri taajuus (HF) | 3 - 30 MHz | 10 - 100 m |
| Erittäin korkea taajuus (VHF) | 30 - 300 MHz | 1-10 m |
| Erittäin korkea taajuus (UHF) | 300 MHz - 3 GHz | 10 cm - 1 m |
| Erittäin korkea taajuus (SHF) | 3 - 30 GHz | 1 - 1 cm |
| Erittäin korkea taajuus (EHF) | 30 - 300 GHz | 1 mm - 1 cm |
Pienistä keskisuuriin taajuuksiin
ELF-radioaalloilla, jotka ovat alhaisimmat kaikista radiotaajuuksista, on pitkä kantama, ja ne ovat hyödyllisiä tunkeutuessaan veteen ja kallioon viestintään sukellusveneiden kanssa sekä miinojen ja luolien sisällä. Stanford VLF-ryhmän mukaan ELF / VLF-aaltojen tehokkain luonnollinen lähde on salama. Salamaiskujen tuottama aalto voi kimppua edestakaisin maan ja ionosfäärin (ilmakehän kerroksen, jossa on suuri ionien ja vapaiden elektronien pitoisuus) välillä, väittää Phys.org. Nämä salamahäiriöt voivat vääristää tärkeitä radiosignaaleja, jotka kulkevat satelliiteihin.
LF- ja MF-radiokaistat sisältävät meri- ja ilmailuradion, samoin kuin kaupallisen AM (amplitudimodulaatio) radion, RF: n mukaan. AM-radiotaajuuskaistojen taajuudet ovat välillä 535 kilohertsiä 1,7 megahertsiin, How Stuff Works -lehden mukaan. AM-radiossa on pitkä kantama, etenkin yöllä, kun ionosfääri pystyy paremmin taistelemaan aallot takaisin maahan, mutta se on alttiina häiriöille, jotka vaikuttavat äänen laatuun. Kun signaali estetään osittain - esimerkiksi metalliseinäisellä rakennuksella, kuten pilvenpiirtäjällä -, äänenvoimakkuus vähenee vastaavasti.
Korkeammat taajuudet
HF-, VHF- ja UHF-taajuuksia ovat FM-radio, yleisradio-ääni, julkisen palvelun radio, matkapuhelimet ja GPS (globaali paikannusjärjestelmä). Nämä kaistat käyttävät tyypillisesti "taajuusmodulaatiota" (FM) äänen tai datasignaalin koodaamiseksi tai jälkikuvaamiseksi kantoaallolle. Taajuusmoduloinnissa signaalin amplitudi (suurin laajuus) pysyy vakiona, kun taas taajuutta muutetaan korkeammalle tai pienemmälle äänen- tai datasignaalia vastaavalla nopeudella ja suuruudella.
FM johtaa parempiin signaalin laatuihin kuin AM, koska ympäristötekijät eivät vaikuta taajuuteen tavalla, jolla ne vaikuttavat amplitudiin, ja vastaanotin jättää huomioimatta amplitudin muutokset, kunhan signaali pysyy minimikynnyksen yläpuolella. How Stuff Works -tapahtuman mukaan FM-radiotaajuudet ovat välillä 88 megahertsiä - 108 megahertsiä.
Lyhytaaltoradio
Lyhytaaltoradio käyttää taajuuksia HF-kaistalla, noin 1,7 megahertsiä - 30 megahertsiä, lyhytaaltoradioyhtiöiden kansallisen liiton (NASB) mukaan. Tällä alueella lyhytaaltoalue on jaettu useisiin segmentteihin, joista osa on omistettu säännöllisille lähetysasemille, kuten Voice of America, British Broadcasting Corp. ja Venäjän ääni. NASB: n mukaan kaikkialla maailmassa on satoja lyhytaaltoasemia. Lyhytaaltoasemat voidaan kuulla tuhansia mailia, koska signaalit poistuvat ionosfääristä ja palautuvat takaisin satoja tai tuhansia mailia lähtöpisteestään.
Korkeimmat taajuudet
SHF ja EHF edustavat radiokaistan korkeimpia taajuuksia, ja niiden katsotaan joskus kuuluvan mikroaaltoalueeseen. Ilman molekyylit yleensä absorboivat nämä taajuudet, mikä rajoittaa niiden etäisyyttä ja sovelluksia. Niiden lyhyet aallonpituudet sallivat kuitenkin signaalien ohjaamisen kapeisiin keiloihin parabolisten lautasantennien (satelliittiantennien) avulla. Tämä sallii lyhyen kantaman suuren kaistanleveyden tiedonsiirron kiinteiden sijaintien välillä.
SHF, johon ilma vaikuttaa vähemmän kuin EHF, käytetään lyhyen kantaman sovelluksiin, kuten Wi-Fi, Bluetooth ja langaton USB (yleinen sarjaväylä). SHF voi toimia vain näkölinjoilla, koska aallot pyrkivät poistumaan esineistä, kuten autoista, veneistä ja lentokoneista, RF-sivun mukaan. Ja koska aallot poistuvat esineistä, SHF: tä voidaan käyttää myös tutkaan.
Tähtitieteelliset lähteet
Ulkotilassa on täynnä radioaaltojen lähteitä: planeettoja, tähtiä, kaasu- ja pölypilviä, galakseja, pulsaareja ja jopa mustia reikiä. Tutkimalla näitä, tähtitieteilijät voivat oppia näiden kosmisten lähteiden liikkeistä ja kemiallisesta koostumuksesta sekä prosesseista, jotka aiheuttavat näitä päästöjä.
Radioteleskooppi "näkee" taivaan hyvin eri tavalla kuin se näkyy näkyvässä valossa. Pistemäisten tähtiä näkemisen sijaan radioteleskooppi poimii etäiset pulsaattorit, tähtiä muodostavat alueet ja supernoovan jäännökset. Radioteleskoopit voivat havaita myös kvaasareja, mikä on lyhyt kvasisätelaiselle radiolähteelle. Kvaari on uskomattoman kirkas galaktinen ydin, jota virtasi supermassiivinen musta reikä. Kvasaarit säteilevät energiaa laajasti EM-spektrin läpi, mutta nimi johtuu siitä, että ensimmäiset tunnistettavat kvartaarit lähettävät enimmäkseen radioenergiaa. Kvasaarit ovat erittäin energisiä; jotkut lähettävät 1000 kertaa niin paljon energiaa kuin koko Linnunrata.
Radiotähtitieteilijät yhdistävät usein useita pienempiä kaukoputkia tai vastaanottavia astioita ryhmään, jotta Wienin yliopiston mukaan saadaan selkeämpi tai korkeamman resoluution radiokuva. Esimerkiksi New Mexico -kampanjan Very Large Array (VLA) radioteleskooppi koostuu 27 antennista, jotka on järjestetty valtavaan "Y" -kuvioon, joka on 22 kilometrin (36 km) poikki.
Live Science -julkaisija Traci Pedersen päivitti tämän artikkelin 27. helmikuuta 2019.
