ค้นพบว่าคลื่นวิทยุคืออะไรและมีบทบาทอย่างไรในการสื่อสาร

มีความแตกต่างอย่างชัดเจนว่าเป็นคลื่นวิทยุในด้านใดของการสื่อสาร,อย่างที่เราทราบกันดีว่าองค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารทางวิทยุคือคลื่นวิทยุ.

เหมือนคลื่นในสระน้ำ, คลื่นวิทยุเป็นชุดของยอดเขาและหุบเขาซ้ำๆ.

รูปแบบของคลื่นทั้งหมด, ก่อนที่มันจะซ้ำรอย, เรียกว่าวัฏจักร. ความยาวคลื่นคือระยะทางที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ครบรอบหนึ่งรอบ.

จำนวนรอบ, หรือเวลาที่คลื่นเกิดซ้ำในหนึ่งวินาที, เรียกว่าความถี่. ความถี่มีหน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz), หมายถึงจำนวนรอบต่อวินาที. หนึ่งพันเฮิรตซ์เรียกว่ากิโลเฮิรตซ์ (กิโลเฮิรตซ์), 1 ล้านเฮิรตซ์เป็นเมกะเฮิรตซ์ (MHz), และ 1 พันล้านเฮิรตซ์เป็นกิกะเฮิรตซ์ (GHz). ช่วงของสเปกตรัมวิทยุถือเป็น 3 กิโลเฮิรตซ์ถึง 300 กิกะเฮิรตซ์.

คลื่นวิทยุคืออะไรและทำอะไรได้บ้าง

คลื่นวิทยุ เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีความยาวคลื่นในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ายาวกว่าแสงอินฟราเรด.

คลื่นวิทยุมีความถี่สูงถึง 300 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) ให้ต่ำที่สุด 30 เฮิรตซ์ (Hz).ที่ 300 GHz, ความยาวคลื่นที่ตรงกันคือ 1 มม, และที่ 30 เฮิรตซ์คือ 10,000 กม..

เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ, คลื่นวิทยุเดินทางด้วยความเร็วแสงในสุญญากาศ. พวกมันถูกสร้างขึ้นจากประจุไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างการเร่งความเร็ว, เช่นเวลาแปรผันกระแสไฟฟ้า.

คลื่นวิทยุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาตินั้นถูกปล่อยออกมาจากฟ้าผ่าและวัตถุทางดาราศาสตร์.

คลื่นวิทยุถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องส่งและรับโดยเครื่องรับวิทยุ, โดยใช้เสาอากาศ.

คลื่นวิทยุใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่สำหรับการสื่อสารทางวิทยุทั้งแบบประจำที่และแบบเคลื่อนที่, แพร่ภาพ, ระบบนำทางด้วยเรดาร์และวิทยุ, ดาวเทียมสื่อสาร, เครือข่ายคอมพิวเตอร์ไร้สายและแอพพลิเคชั่นอื่นๆ อีกมากมาย.

ความถี่ของคลื่นวิทยุที่แตกต่างกันมีลักษณะการแพร่กระจายที่แตกต่างกันในชั้นบรรยากาศของโลก; คลื่นยาวสามารถเบี่ยงเบนสิ่งกีดขวางเช่นภูเขาและไปตามรูปร่างของโลก (คลื่นดิน), คลื่นที่สั้นกว่าสามารถสะท้อนออกจากบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์และกลับสู่โลกที่เลยเส้นขอบฟ้า (คลื่นฟ้า), ในขณะที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่ามากจะโค้งงอหรือเลี้ยวเบนน้อยมากและเคลื่อนที่ในแนวสายตา, ดังนั้นระยะการแพร่กระจายของพวกมันจึงจำกัดอยู่ที่เส้นขอบฟ้าที่มองเห็นได้.

เพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างผู้ใช้ที่แตกต่างกัน, การสร้างและการใช้คลื่นวิทยุเทียมถูกควบคุมโดยกฎหมายอย่างเคร่งครัด, ประสานงานโดยองค์กรระหว่างประเทศที่เรียกว่าสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (นั่น), ซึ่งกำหนดคลื่นวิทยุเป็น “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำกว่าโดยพลการ 3 000 GHz, แพร่กระจายในอวกาศโดยไม่มีคู่มือเทียม”.

สเปกตรัมวิทยุแบ่งออกเป็นแถบความถี่วิทยุตามความถี่, จัดสรรให้ใช้งานได้หลากหลาย.

คลื่นวิทยุทำอะไรได้บ้าง

คลื่นวิทยุถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสื่อสารมากกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ เนื่องจากคุณสมบัติในการแพร่กระจายที่ต้องการ, เกิดจากความยาวคลื่นที่ใหญ่.

คลื่นวิทยุมีความสามารถในการผ่านชั้นบรรยากาศ, ใบไม้, และวัสดุก่อสร้างส่วนใหญ่, และการเลี้ยวเบนสามารถโค้งงอสิ่งกีดขวางได้, และไม่เหมือนกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามักจะกระจัดกระจายแทนที่จะถูกดูดกลืนโดยวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่น.

การศึกษาการแพร่กระจายคลื่นวิทยุ, คลื่นวิทยุเคลื่อนที่อย่างไรในพื้นที่ว่างและบนพื้นผิวโลก, มีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบระบบวิทยุที่ใช้งานได้จริง.

คลื่นวิทยุที่ผ่านสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันจะมีการสะท้อนกลับ, การหักเห, โพลาไรซ์, การเลี้ยวเบน, และการดูดซึม.

ความถี่ที่แตกต่างกันประสบกับการรวมกันของปรากฏการณ์เหล่านี้ในชั้นบรรยากาศของโลก, ทำให้คลื่นวิทยุบางคลื่นมีประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะมากกว่าคลื่นวิทยุอื่นๆ.

ระบบวิทยุที่ใช้งานได้จริงส่วนใหญ่ใช้สามเทคนิคที่แตกต่างกันของการแพร่กระจายคลื่นวิทยุในการสื่อสาร:

• แนวสายตา: ซึ่งหมายถึงคลื่นวิทยุที่เดินทางเป็นเส้นตรงจากเสาอากาศส่งสัญญาณไปยังเสาอากาศรับสัญญาณ. ไม่จำเป็นต้องมีเส้นทางสายตาที่ชัดเจน; ที่ความถี่ต่ำ คลื่นวิทยุสามารถทะลุผ่านอาคารได้, ใบไม้และสิ่งกีดขวางอื่นๆ. นี่เป็นวิธีเดียวในการขยายพันธุ์ที่เป็นไปได้ที่ความถี่ข้างต้น 30 MHz. บนพื้นผิวโลก, การแพร่กระจายของแนวสายตาถูกจำกัดโดยขอบฟ้าการมองเห็นประมาณ 64 กม. (40 ฉัน). นี่คือวิธีที่โทรศัพท์มือถือใช้, FM, กระจายเสียงโทรทัศน์และเรดาร์. โดยใช้จานเสาอากาศเพื่อส่งลำคลื่นไมโครเวฟ, ลิงค์รีเลย์ไมโครเวฟแบบจุดต่อจุดส่งสัญญาณโทรศัพท์และโทรทัศน์ในระยะทางไกลจนถึงขอบฟ้าที่มองเห็น. สถานีภาคพื้นดินสามารถสื่อสารกับดาวเทียมและยานอวกาศได้หลายพันล้านไมล์จากโลก.
  • การขยายพันธุ์ทางอ้อม: คลื่นวิทยุสามารถเข้าถึงจุดที่อยู่เหนือระดับสายตาได้โดย การเลี้ยวเบน และ การสะท้อนกลับ.การเลี้ยวเบนทำให้คลื่นวิทยุโค้งไปรอบๆ สิ่งกีดขวาง เช่น ขอบอาคาร, ยานพาหนะ, หรือเลี้ยวในห้องโถง. คลื่นวิทยุยังสะท้อนบางส่วนจากพื้นผิวเช่นผนัง, ชั้น, เพดาน, ยานพาหนะและพื้นดิน. วิธีการเผยแพร่เหล่านี้เกิดขึ้นในระบบวิทยุสื่อสารระยะสั้น เช่น โทรศัพท์มือถือ, โทรศัพท์ไร้สาย, เครื่องส่งรับวิทยุ, และเครือข่ายไร้สาย. ข้อเสียของโหมดนี้คือ การขยายพันธุ์แบบหลายเส้นทาง, ซึ่งคลื่นวิทยุเดินทางจากเครื่องส่งไปยังเสาอากาศรับสัญญาณได้หลายเส้นทาง. คลื่นรบกวน, มักจะทำให้เกิดปัญหาการรับสัญญาณซีดจางและอื่นๆ.
• คลื่นดิน: ที่ความถี่ต่ำด้านล่าง 2 MHz, ในย่านคลื่นกลางและคลื่นยาว, เนื่องจากการเลี้ยวเบนของคลื่นวิทยุโพลาไรซ์ในแนวตั้งสามารถโค้งงอเหนือเนินเขาและภูเขาได้, และขยายออกไปสุดขอบฟ้า, เคลื่อนที่เป็นคลื่นผิวน้ำตามแนวขอบโลก. สิ่งนี้ทำให้สถานีกระจายเสียงคลื่นกลางและคลื่นยาวมีพื้นที่ครอบคลุมเกินเส้นขอบฟ้า, ออกไปหลายร้อยไมล์. เมื่อความถี่ลดลง, การสูญเสียลดลงและระยะที่ทำได้เพิ่มขึ้น. ความถี่ต่ำมากทางทหาร (วีแอลเอฟ) และความถี่ต่ำมาก (เอลฟ์) ระบบสื่อสารสามารถสื่อสารได้ทั่วโลก, และด้วยเรือดำน้ำที่อยู่ใต้น้ำลึกหลายร้อยฟุต.
• คลื่นฟ้า: ที่ความยาวคลื่นกลางและคลื่นสั้น, คลื่นวิทยุสะท้อนชั้นของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (ไอออน) ในชั้นบรรยากาศที่เรียกว่า ไอโอโนสเฟียร์. ดังนั้นคลื่นวิทยุที่พุ่งทำมุมขึ้นไปบนท้องฟ้าจึงสามารถส่งกลับมายังโลกที่อยู่นอกเส้นขอบฟ้าได้; สิ่งนี้เรียกว่า “ข้าม” หรือ “คลื่นฟ้า” การขยายพันธุ์. สามารถทำได้โดยการใช้การข้ามการสื่อสารหลายครั้งในระยะทางระหว่างทวีป. การแพร่กระจายของคลื่นท้องฟ้านั้นแปรผันและขึ้นอยู่กับสภาพบรรยากาศ; เชื่อถือได้มากที่สุดในตอนกลางคืนและในฤดูหนาว. ใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20, เนื่องจากการสื่อสารด้วยคลื่นฟ้าที่ไม่น่าเชื่อถือส่วนใหญ่จึงถูกละทิ้งไป. การใช้งานที่เหลืออยู่คือการทหารเหนือขอบฟ้า (อปท) ระบบเรดาร์, ด้วยระบบอัตโนมัติบางส่วน, โดยนักวิทยุสมัครเล่น, และทางสถานีวิทยุกระจายเสียงคลื่นสั้นไปเผยแพร่ยังต่างประเทศ.

วิทยุสื่อสาร

ในระบบวิทยุสื่อสาร, ข้อมูลถูกส่งไปทั่วอวกาศโดยใช้คลื่นวิทยุ.

เมื่อสิ้นสุดการส่ง, ข้อมูลที่จะส่ง, ในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลา, นำไปใช้กับเครื่องส่งวิทยุ.

สัญญาณข้อมูลสามารถเป็นสัญญาณเสียงแทนเสียงจากไมโครโฟน, สัญญาณวิดีโอที่แสดงภาพเคลื่อนไหวจากกล้องวิดีโอ, หรือสัญญาณดิจิทัลแทนข้อมูลจากคอมพิวเตอร์.

ในเครื่องส่งสัญญาณ, ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สร้างกระแสไฟฟ้าสลับที่ความถี่วิทยุ, เรียกว่า คลื่นพาหะ เพราะมันทำหน้าที่ในการ “พก” ข้อมูลผ่านอากาศ.

สัญญาณข้อมูลใช้เพื่อปรับพาหะ, ปรับเปลี่ยนบางแง่มุมของมัน, “ขี่หลัง” ข้อมูลเกี่ยวกับผู้ให้บริการ.

ผู้ให้บริการมอดูเลตจะถูกขยายและนำไปใช้กับเสาอากาศ.

กระแสสั่นจะผลักอิเล็กตรอนในเสาอากาศไปมา, สร้างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสั่น, ซึ่งแผ่พลังงานออกจากเสาอากาศเป็นคลื่นวิทยุ.

คลื่นวิทยุนำข้อมูลไปยังตำแหน่งเครื่องรับ.

ที่เครื่องรับ, สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สั่นของคลื่นวิทยุที่เข้ามาจะผลักอิเล็กตรอนในเสาอากาศรับสัญญาณไปมา, สร้างแรงดันไฟฟ้าสั่นเล็กน้อยซึ่งเป็นแบบจำลองที่อ่อนกว่าของกระแสในเสาอากาศส่งสัญญาณ.

แรงดันไฟฟ้านี้ใช้กับเครื่องรับวิทยุ, ซึ่งแยกสัญญาณข้อมูล.

ขั้นแรก เครื่องรับจะใช้ตัวกรองแบนด์พาสเพื่อแยกสัญญาณวิทยุของสถานีวิทยุที่ต้องการออกจากสัญญาณวิทยุอื่นๆ ทั้งหมดที่เสาอากาศรับได้, แล้วขยายสัญญาณให้แรงขึ้น, จากนั้นจึงแยกสัญญาณมอดูเลตที่มีข้อมูลอยู่ในตัวดีโมดูเลเตอร์.

สัญญาณที่กู้คืนจะถูกส่งไปยังลำโพงหรือหูฟังเพื่อสร้างเสียง, หรือหน้าจอแสดงผลโทรทัศน์เพื่อสร้างภาพที่มองเห็นได้, หรืออุปกรณ์อื่นๆ.

สัญญาณข้อมูลดิจิตอลถูกนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์หรือไมโครโปรเซสเซอร์, ซึ่งโต้ตอบกับผู้ใช้ที่เป็นมนุษย์.

คลื่นวิทยุจากเครื่องส่งหลายเครื่องผ่านอากาศพร้อมกันโดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน.

สามารถแยกออกจากกันในเครื่องรับได้เนื่องจากคลื่นวิทยุของเครื่องส่งแต่ละเครื่องแกว่งในอัตราที่ต่างกัน, กล่าวอีกนัยหนึ่งเครื่องส่งสัญญาณแต่ละเครื่องมีความถี่ต่างกัน, วัดเป็นกิโลเฮิรตซ์ (กิโลเฮิรตซ์), เมกะเฮิรตซ์ (MHz) หรือกิกะเฮิรตซ์ (GHz).

ตัวกรองแบนด์พาสในเครื่องรับประกอบด้วยวงจรที่ปรับจูนซึ่งทำหน้าที่เหมือนเครื่องสะท้อนเสียง, คล้ายกับส้อมเสียง.มันมีความถี่เรโซแนนซ์ตามธรรมชาติที่มันสั่น.

ความถี่เรโซแนนซ์ถูกกำหนดเท่ากับความถี่ของสถานีวิทยุที่ต้องการ.

สัญญาณวิทยุสั่นจากสถานีที่ต้องการทำให้วงจรที่จูนไว้สั่นอย่างเห็นอกเห็นใจ, และส่งสัญญาณไปยังเครื่องรับที่เหลือ.

สัญญาณวิทยุที่ความถี่อื่นจะถูกบล็อกโดยวงจรที่ปรับจูนไว้และไม่ส่งต่อ.

สรุป;

• คลื่นวิทยุเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่รู้จักกันดีว่าใช้ในเทคโนโลยีการสื่อสาร เช่น โทรทัศน์, โทรศัพท์มือถือ, และวิทยุ. อุปกรณ์เหล่านี้รับคลื่นวิทยุและแปลงเป็นการสั่นสะเทือนเชิงกลในไดนามิกเพื่อสร้างคลื่นเสียง.
• คลื่นความถี่วิทยุเป็นส่วนที่ค่อนข้างเล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (อีเอ็ม) คลื่นความถี่. สเปกตรัม em มักจะแบ่งออกเป็นเจ็ดส่วนตามลำดับความยาวคลื่นจากมากไปน้อยและพลังงานและความถี่ที่เพิ่มขึ้น
• คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดในสเปกตรัม EM, ตามที่ NASA, ตั้งแต่ประมาณ 0.04 หรือเขตแดนทางนิเวศวิทยา (1 มิลลิเมตร) มากกว่า 62 ไมล์ (100 กิโลเมตร). นอกจากนี้ยังมีความถี่ต่ำสุด, จากประมาณ 3,000 รอบต่อวินาที, หรือ 3 กิโลเฮิรตซ์, ถึงประมาณ 300 พันล้านเฮิรตซ์, หรือ 300 กิกะเฮิรตซ์.

เครดิต:

https://th.wikipedia.org/wiki/Radio_wave

https://www.livescience.com/50399-radio-waves.html