คลื่นวิทยุเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทหนึ่งที่รู้จักกันดีในการใช้เทคโนโลยีการสื่อสารเช่นโทรทัศน์โทรศัพท์มือถือและวิทยุ อุปกรณ์เหล่านี้รับคลื่นวิทยุและแปลงเป็นการสั่นสะเทือนทางกลในลำโพงเพื่อสร้างคลื่นเสียง
คลื่นความถี่วิทยุเป็นส่วนเล็ก ๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) สเปกตรัม โดยทั่วไปสเปกตรัมของ EM นั้นแบ่งออกเป็นเจ็ดภูมิภาคเพื่อลดความยาวคลื่นและเพิ่มพลังงานและความถี่ตามมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ ชื่อทั่วไปคือคลื่นวิทยุ, ไมโครเวฟ, อินฟราเรด (IR), แสงที่มองเห็น, รังสีอัลตราไวโอเลต (UV), รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา
คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดในสเปกตรัม EM ตามที่ NASA ระบุไว้ตั้งแต่ประมาณ 0.04 นิ้ว (1 มิลลิเมตร) จนถึงมากกว่า 62 ไมล์ (100 กิโลเมตร) พวกเขายังมีความถี่ต่ำสุดจากประมาณ 3,000 รอบต่อวินาทีหรือ 3 กิโลเฮิร์ตซ์ถึงมากถึง 300 พันล้านเฮิร์ตซ์หรือ 300 กิกะเฮิร์ตซ์
คลื่นความถี่วิทยุเป็นทรัพยากรที่มี จำกัด และมักจะถูกเปรียบเทียบกับพื้นที่เพาะปลูก เช่นเดียวกับที่เกษตรกรต้องจัดที่ดินของพวกเขาเพื่อให้ได้ผลผลิตที่ดีที่สุดเกี่ยวกับปริมาณและความหลากหลายคลื่นความถี่วิทยุจะต้องถูกแบ่งออกในหมู่ผู้ใช้ด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดตาม British Broadcasting Corp. (BBC) ในสหรัฐอเมริกาการสื่อสารโทรคมนาคมและสารสนเทศแห่งชาติภายในกระทรวงพาณิชย์ของสหรัฐอเมริกาจัดการการจัดสรรความถี่ตามคลื่นวิทยุ
การค้นพบ
นักฟิสิกส์ชาวสก็อต James Clerk Maxwell ผู้พัฒนาทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบครบวงจรในยุค 1870 ทำนายการมีอยู่ของคลื่นวิทยุอ้างอิงจากหอสมุดแห่งชาติสก็อตแลนด์ ในปีพ. ศ. 2429 เฮ็นเฮิรทซ์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้นำทฤษฎีของแมกซ์เวลล์มาใช้กับการผลิตและการรับคลื่นวิทยุ Hertz ใช้เครื่องมือแบบง่าย ๆ เช่นขดลวดเหนี่ยวนำและขวด Leyden (ตัวเก็บประจุชนิดแรกที่ประกอบด้วยขวดแก้วที่มีชั้นฟอยล์ทั้งด้านในและด้านนอก) เพื่อสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า Hertz เป็นบุคคลแรกที่ส่งและรับคลื่นวิทยุที่มีการควบคุม หน่วยของความถี่ของคลื่น EM - หนึ่งรอบต่อวินาที - เรียกว่าเฮิรตซ์ในเกียรติของเขาตามที่สมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์
คลื่นวิทยุ
การจัดการโทรคมนาคมและสารสนเทศแห่งชาติโดยทั่วไปจะแบ่งคลื่นความถี่วิทยุออกเป็นเก้าวง:
.tg {เส้นขอบยุบ: ยุบระยะห่างระหว่างเส้นขอบ: 0; เส้นขอบสี: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; ขนาดตัวอักษร: 14px; padding: 10px 5px; border- สไตล์: ทึบ; ความกว้างชายแดน: 0px; ล้น: ซ่อนตัวแบ่งคำ: ปกติสีเส้นขอบ: #ccc สี: # 333; พื้นหลังสี: #fff;} .tg th {font-family: Arial, sans-serif ขนาดตัวอักษร: 14px ตัวอักษรน้ำหนัก: ปกติช่องว่างภายใน: 10px 5px สไตล์เส้นขอบ: ทึบเส้นขอบกว้าง: 0px; ล้น: ซ่อนตัวแบ่งคำ: ปกติขอบสี: # CCC; สี: # 333; background-color: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-weight: ตัวหนา; สีของเส้นขอบ: # 000000; การจัดแนวข้อความ: ซ้าย; การจัดแนวแนวตั้ง: ด้านบน} .tg .tg- 73oq {border-color: # 000000; text-align: ซ้าย; แนวตั้งชิด: ด้านบน}
| วงดนตรี | ช่วงความถี่ | ช่วงความยาวคลื่น |
|---|---|---|
| ความถี่ต่ำมาก (ELF) | <3 kHz | > 100 กม |
| ความถี่ต่ำมาก (VLF) | 3 ถึง 30 kHz | 10 ถึง 100 กม |
| ความถี่ต่ำ (LF) | 30 ถึง 300 kHz | 1 ม. ถึง 10 กม |
| ความถี่ปานกลาง (MF) | 300 kHz ถึง 3 MHz | 100 ม. ถึง 1 กม |
| ความถี่สูง (HF) | 3 ถึง 30 MHz | 10 ถึง 100 เมตร |
| ความถี่สูงมาก (VHF) | 30 ถึง 300 MHz | 1 ถึง 10 เมตร |
| ความถี่สูงพิเศษ (UHF) | 300 MHz ถึง 3 GHz | 10 ซม. ถึง 1 ม |
| ความถี่สูงพิเศษ (SHF) | 3 ถึง 30 GHz | 1 ถึง 1 ซม |
| ความถี่สูงมาก (EHF) | 30 ถึง 300 GHz | 1 มม. ถึง 1 ซม |
ความถี่ต่ำถึงปานกลาง
คลื่นวิทยุของเอลฟ์ที่ต่ำที่สุดของความถี่วิทยุทั้งหมดมีระยะยาวและมีประโยชน์ในการเจาะน้ำและหินเพื่อการสื่อสารกับเรือดำน้ำและในเหมืองและถ้ำ แหล่งธรรมชาติที่ทรงพลังที่สุดของคลื่นเอลฟ์ / VLF คือฟ้าผ่าตามข้อมูลของ Stanford VLF Group คลื่นที่เกิดจากการโจมตีของฟ้าผ่าสามารถสะท้อนกลับไปกลับมาระหว่างโลกและไอโอสเฟียร์ (ชั้นบรรยากาศที่มีความเข้มข้นสูงของไอออนและอิเล็กตรอนอิสระ) ตามข้อมูลของ Phys.org สัญญาณรบกวนฟ้าผ่าเหล่านี้สามารถบิดเบือนสัญญาณวิทยุสำคัญที่กำลังเดินทางไปยังดาวเทียม
แถบคลื่นวิทยุ LF และ MF ประกอบด้วยวิทยุทางทะเลและการบินรวมถึงวิทยุ AM (แอมพลิจูดแอมพลิจูด) ตามหน้า RF AM ย่านความถี่วิทยุอยู่ระหว่าง 535 กิโลเฮิร์ตซ์ถึง 1.7 เมกะเฮิรตซ์ วิทยุ AM มีระยะไกลโดยเฉพาะในเวลากลางคืนเมื่อบรรยากาศรอบนอกดีกว่าในการหักเหคลื่นกลับสู่พื้นดิน แต่ขึ้นอยู่กับการรบกวนที่ส่งผลต่อคุณภาพเสียง เมื่อสัญญาณถูกบล็อกบางส่วน - ตัวอย่างเช่นโดยอาคารที่มีผนังเป็นโลหะเช่นตึกระฟ้า - ระดับเสียงจะลดลงตามลำดับ
ความถี่ที่สูงขึ้น
คลื่นความถี่วิทยุ HF, VHF และ UHF รวมถึงวิทยุ FM เสียงโทรทัศน์ออกอากาศวิทยุบริการสาธารณะโทรศัพท์มือถือและ GPS (ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลก) โดยทั่วไปแถบเหล่านี้ใช้ "การปรับความถี่" (FM) เพื่อเข้ารหัสหรือสร้างความประทับใจสัญญาณเสียงหรือข้อมูลไปยังคลื่นพาหะ ในการมอดูเลตความถี่แอมพลิจูด (ขอบเขตสูงสุด) ของสัญญาณยังคงที่ในขณะที่ความถี่จะแปรผันขึ้นหรือลงในอัตราและขนาดที่สอดคล้องกับสัญญาณเสียงหรือข้อมูล
FM ส่งผลให้คุณภาพสัญญาณดีขึ้นกว่า AM เนื่องจากปัจจัยสิ่งแวดล้อมไม่ส่งผลกระทบต่อความถี่ในการส่งผลกระทบต่อแอมพลิจูดและตัวรับสัญญาณจะไม่สนใจแอมพลิจูดตราบใดที่สัญญาณยังคงสูงกว่าเกณฑ์ขั้นต่ำ ความถี่ของวิทยุ FM อยู่ระหว่าง 88 เมกะเฮิรตซ์และ 108 เมกะเฮิรตซ์
วิทยุคลื่นสั้น
วิทยุคลื่นสั้นใช้คลื่นความถี่ในแถบ HF จากประมาณ 1.7 เมกะเฮิรตซ์ถึง 30 เมกะเฮิรตซ์ตามสมาคมแห่งชาติของผู้แพร่ภาพคลื่นสั้น (NASB) ในช่วงนั้นคลื่นสั้นคลื่นสั้นแบ่งออกเป็นหลายส่วนซึ่งบางส่วนใช้สำหรับสถานีออกอากาศทั่วไปเช่น Voice of America, British Broadcasting Corp. และ Voice of Russia ทั่วโลกมีสถานีคลื่นสั้นหลายร้อยแห่งตามที่ NASB ระบุ สถานีเอฟเอ็มคลื่นสั้นสามารถได้ยินได้หลายพันไมล์เพราะสัญญาณกระเด้งออกมาจากบรรยากาศรอบนอกและกระดอนกลับเป็นระยะทางหลายร้อยหรือหลายพันไมล์จากจุดกำเนิด
ความถี่สูงสุด
SHF และ EHF แสดงความถี่สูงสุดในย่านความถี่วิทยุและบางครั้งก็ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นไมโครเวฟ โมเลกุลในอากาศมักจะดูดซับความถี่เหล่านี้ซึ่ง จำกัด ช่วงและการใช้งานของพวกเขา อย่างไรก็ตามความยาวคลื่นสั้น ๆ ของพวกมันอนุญาตให้ส่งสัญญาณไปยังคานแคบโดยเสาอากาศจานพาราโบลิค (เสาอากาศจานดาวเทียม) สิ่งนี้ทำให้การสื่อสารแบนด์วิดท์สูงช่วงสั้นเกิดขึ้นระหว่างสถานที่ที่แน่นอน
SHF ซึ่งได้รับผลกระทบจากอากาศน้อยกว่า EHF ใช้สำหรับแอปพลิเคชันระยะสั้นเช่น Wi-Fi, Bluetooth และ USB ไร้สาย (บัสอนุกรมสากล) SHF สามารถทำงานได้ในเส้นทางสายตาเท่านั้นเนื่องจากคลื่นมีแนวโน้มที่จะกระเด็นวัตถุเช่นรถยนต์เรือและเครื่องบินตามหน้า RF และเนื่องจากคลื่นกระเด็นวัตถุดังนั้น SHF จึงสามารถใช้เป็นเรดาร์ได้
แหล่งทางดาราศาสตร์
พื้นที่รอบนอกเต็มไปด้วยแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ: ดาวเคราะห์ดวงดาวแก๊สและเมฆฝุ่นกาแล็กซี่พัลซาร์และแม้แต่หลุมดำ โดยการศึกษาสิ่งเหล่านี้นักดาราศาสตร์สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับการเคลื่อนที่และองค์ประกอบทางเคมีของแหล่งจักรวาลเหล่านี้รวมถึงกระบวนการที่ทำให้เกิดการปล่อยมลพิษ
กล้องโทรทรรศน์วิทยุ "เห็น" ท้องฟ้าแตกต่างจากที่เห็นในแสงที่มองเห็น แทนที่จะมองเห็นดาวที่มีจุดคล้ายกันกล้องโทรทรรศน์วิทยุจะเลือกพัลซาร์ระยะไกลภูมิภาคที่ก่อตัวดาวฤกษ์และซากซุปเปอร์โนวา กล้องโทรทรรศน์วิทยุยังสามารถตรวจจับควาซาร์ซึ่งสั้นสำหรับแหล่งวิทยุเสมือน ควาซาร์เป็นกาแลคซีที่สว่างอย่างเหลือเชื่อซึ่งขับเคลื่อนโดยหลุมดำมวลมหาศาล ควาซาร์แผ่พลังงานออกไปทั่วสเปกตรัม EM แต่ชื่อนี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าควาซาร์ตัวแรกที่ถูกระบุปล่อยพลังงานคลื่นวิทยุส่วนใหญ่ ควาซาร์มีพลังสูง บางคนปล่อยพลังงาน 1,000 เท่าเท่ากับทั้งทางช้างเผือก
นักดาราศาสตร์วิทยุมักจะรวมกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กหลายดวงหรือรับจานเข้าไว้ในอาร์เรย์เพื่อให้ภาพวิทยุชัดขึ้นหรือมีความละเอียดสูงขึ้น ตัวอย่างเช่นกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Very Large Array (VLA) ในนิวเม็กซิโกประกอบด้วยเสาอากาศ 27 แห่งที่จัดวางในรูปแบบ "Y" ขนาดใหญ่ที่ยาว 22 ไมล์ (36 กิโลเมตร)
บทความนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 27 กุมภาพันธ์ 2019 โดย Live Science contributor Traci Pedersen
