Sóng vô tuyến là một loại bức xạ điện từ nổi tiếng nhất vì được sử dụng trong các công nghệ truyền thông, như tivi, điện thoại di động và radio. Các thiết bị này nhận sóng vô tuyến và chuyển đổi chúng thành các rung động cơ học trong loa để tạo ra sóng âm thanh.
Phổ tần số vô tuyến là một phần tương đối nhỏ của phổ điện từ (EM). Phổ EM thường được chia thành bảy vùng theo thứ tự giảm bước sóng và tăng năng lượng và tần số, theo Đại học Rochester. Các chỉ định phổ biến là sóng vô tuyến, sóng vi ba, hồng ngoại (IR), ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím (UV), tia X và tia gamma.
Sóng vô tuyến có bước sóng dài nhất trong phổ EM, theo NASA, dao động từ khoảng 0,04 inch (1 milimét) đến hơn 62 dặm (100 km). Chúng cũng có tần số thấp nhất, từ khoảng 3.000 chu kỳ mỗi giây, hoặc 3 kilohertz, lên tới khoảng 300 tỷ hertz, hoặc 300 gigahertz.
Phổ vô tuyến là một nguồn tài nguyên hạn chế và thường được so sánh với đất nông nghiệp. Giống như nông dân phải tổ chức đất đai của họ để đạt được thu hoạch tốt nhất về số lượng và chủng loại, phổ vô tuyến phải được phân chia giữa những người dùng theo cách hiệu quả nhất, theo British Broadcasting Corp (BBC). Tại Hoa Kỳ, Cục Quản lý Thông tin và Viễn thông Quốc gia thuộc Bộ Thương mại Hoa Kỳ quản lý việc phân bổ tần số dọc theo phổ vô tuyến.
Khám phá
Nhà vật lý người Scotland James Clerk Maxwell, người đã phát triển một lý thuyết điện từ thống nhất vào những năm 1870, dự đoán sự tồn tại của sóng vô tuyến, theo Thư viện Quốc gia Scotland. Năm 1886, Heinrich Hertz, nhà vật lý người Đức, đã áp dụng lý thuyết của Maxwell vào việc sản xuất và thu sóng vô tuyến. Hertz đã sử dụng các công cụ tự chế đơn giản, bao gồm một cuộn dây cảm ứng và bình Leyden (một loại tụ điện ban đầu bao gồm một lọ thủy tinh với các lớp giấy bạc cả bên trong và bên ngoài) để tạo ra sóng điện từ. Hertz trở thành người đầu tiên truyền và nhận sóng vô tuyến có kiểm soát. Đơn vị tần số của sóng EM - một chu kỳ mỗi giây - được gọi là hertz, theo danh dự của ông, theo Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Mỹ.
Dải sóng vô tuyến
Cục Quản lý Thông tin và Viễn thông Quốc gia thường chia phổ vô tuyến thành chín dải:
.tg {Border-sụp đổ: sụp đổ; viền-khoảng cách: 0; đường viền màu: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; font-size: 14px; padding: 10px 5px; Border- style: solid; Border-width: 0px; overflow: hidden; word-break: normal; Border-color: #ccc; color: # 333; background-color: #fff;} .tg th {font-family: Arial, sans-serif; font-size: 14px; font-weight: normal; padding: 10px 5px; Border-style: solid; Border-width: 0px; overflow: hidden; word-break: normal; Border-color: #ccc; màu: # 333; màu nền: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-weight: bold; Border-color: # 000000; text-align: left; vertical-align: top} .tg .tg- 73oq {Border-color: # 000000; text-align: left; vertical-align: top}
| Ban nhạc | Dải tần số | Dải bước sóng |
|---|---|---|
| Tần số cực thấp (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Tần số rất thấp (VLF) | 3 đến 30 kHz | 10 đến 100 km |
| Tần số thấp (LF) | 30 đến 300 kHz | 1 m đến 10 km |
| Tần số trung bình (MF) | 300 kHz đến 3 MHz | 100 m đến 1 km |
| Tần số cao (HF) | 3 đến 30 MHz | 10 đến 100 m |
| Tần số rất cao (VHF) | 30 đến 300 MHz | 1 đến 10 m |
| Tần số siêu cao (UHF) | 300 MHz đến 3 GHz | 10 cm đến 1 m |
| Tần số siêu cao (SHF) | 3 đến 30 GHz | 1 đến 1 cm |
| Tần số cực cao (EHF) | 30 đến 300 GHz | 1 mm đến 1 cm |
Tần suất thấp đến trung bình
Sóng vô tuyến ELF, tần số thấp nhất trong tất cả các tần số vô tuyến, có phạm vi dài và rất hữu ích trong việc xâm nhập nước và đá để liên lạc với tàu ngầm và bên trong các mỏ và hang động. Nguồn sóng ELF / VLF tự nhiên mạnh nhất là sét, theo Tập đoàn Stanford VLF. Sóng tạo ra bởi sét đánh có thể dội qua lại giữa Trái đất và tầng điện ly (tầng khí quyển có nồng độ ion và electron tự do cao), theo Phys.org. Những nhiễu loạn sét này có thể làm biến dạng các tín hiệu vô tuyến quan trọng truyền đến các vệ tinh.
Theo các trang RF và MF bao gồm đài phát thanh hàng hải và hàng không, cũng như đài phát thanh AM (điều chế biên độ) thương mại, theo RF Page. Các băng tần vô tuyến AM rơi vào khoảng 535 kilohertz đến 1,7 megahertz, theo How Stuff Works. Đài phát thanh AM có phạm vi dài, đặc biệt là vào ban đêm khi tầng điện ly tốt hơn trong việc khúc xạ sóng trở lại trái đất, nhưng nó có thể bị nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh. Khi tín hiệu bị chặn một phần - ví dụ, bởi một tòa nhà có tường bằng kim loại như tòa nhà chọc trời - âm lượng của âm thanh bị giảm theo.
Tần số cao hơn
Các băng tần HF, VHF và UHF bao gồm đài FM, âm thanh truyền hình phát sóng, đài phát thanh dịch vụ công cộng, điện thoại di động và GPS (hệ thống định vị toàn cầu). Các băng tần này thường sử dụng "điều chế tần số" (FM) để mã hóa hoặc gây ấn tượng, tín hiệu âm thanh hoặc dữ liệu lên sóng mang. Trong điều chế tần số, biên độ (phạm vi tối đa) của tín hiệu không đổi trong khi tần số được thay đổi cao hơn hoặc thấp hơn ở tốc độ và cường độ tương ứng với tín hiệu âm thanh hoặc dữ liệu.
FM cho chất lượng tín hiệu tốt hơn AM vì các yếu tố môi trường không ảnh hưởng đến tần số theo cách chúng ảnh hưởng đến biên độ và máy thu bỏ qua các biến thiên về biên độ miễn là tín hiệu vẫn ở trên ngưỡng tối thiểu. Tần số đài FM rơi vào khoảng 88 megahertz và 108 megahertz, theo How Stuff Works.
Đài phát thanh sóng ngắn
Đài phát thanh sóng ngắn sử dụng tần số trong băng tần HF, từ khoảng 1,7 megahertz đến 30 megahertz, theo Hiệp hội phát thanh sóng ngắn quốc gia (NASB). Trong phạm vi đó, phổ sóng ngắn được chia thành nhiều phân khúc, một số phân khúc dành riêng cho các đài phát sóng thông thường, như Đài tiếng nói Hoa Kỳ, Tập đoàn Phát thanh Anh và Đài Tiếng nói Nga. Trên khắp thế giới, có hàng trăm trạm sóng ngắn, theo NASB. trạm sóng ngắn có thể nghe hàng ngàn dặm vì các tín hiệu dội lại từ tầng điện ly, và hồi phục trở lại hàng trăm hoặc hàng ngàn dặm từ điểm xuất xứ của mình.
Tần số cao nhất
SHF và EHF đại diện cho tần số cao nhất trong băng tần radio và đôi khi được coi là một phần của băng tần vi sóng. Các phân tử trong không khí có xu hướng hấp thụ các tần số này, làm hạn chế phạm vi và ứng dụng của chúng. Tuy nhiên, bước sóng ngắn của chúng cho phép các tín hiệu được định hướng trong các chùm hẹp bằng ăng ten đĩa parabol (ăng ten đĩa vệ tinh). Điều này cho phép truyền thông băng thông cao tầm ngắn xảy ra giữa các vị trí cố định.
SHF, ít bị ảnh hưởng bởi không khí hơn EHF, được sử dụng cho các ứng dụng tầm ngắn như Wi-Fi, Bluetooth và USB không dây (bus nối tiếp vạn năng). SHF chỉ có thể hoạt động trong các đường ngắm, vì sóng có xu hướng bật ra khỏi các vật thể như ô tô, thuyền và máy bay, theo RF Page. Và vì sóng bật ra khỏi các vật thể, SHF cũng có thể được sử dụng cho radar.
Nguồn thiên văn
Không gian bên ngoài tràn ngập các nguồn sóng vô tuyến: các hành tinh, ngôi sao, các đám mây khí và bụi, các thiên hà, các xung và thậm chí là các lỗ đen. Bằng cách nghiên cứu những điều này, các nhà thiên văn học có thể tìm hiểu về chuyển động và thành phần hóa học của các nguồn vũ trụ này cũng như các quá trình gây ra các phát thải này.
Một kính viễn vọng vô tuyến "nhìn" bầu trời rất khác so với nó xuất hiện trong ánh sáng khả kiến. Thay vì nhìn thấy các ngôi sao giống như điểm, một kính viễn vọng vô tuyến thu nhận các xung xa, các khu vực hình thành sao và tàn dư siêu tân tinh. Kính thiên văn vô tuyến cũng có thể phát hiện các quasar, viết tắt của nguồn vô tuyến bán tinh. Một quasar là một lõi thiên hà cực kỳ sáng được cung cấp bởi một lỗ đen siêu lớn. Các quasar tỏa năng lượng rộng khắp quang phổ EM, nhưng cái tên này xuất phát từ thực tế là các chuẩn tinh đầu tiên được xác định phát ra chủ yếu là năng lượng vô tuyến. Chuẩn tinh có năng lượng cao; một số phát ra năng lượng gấp 1.000 lần so với toàn bộ dải Ngân hà.
Các nhà thiên văn vô tuyến thường kết hợp một số kính thiên văn nhỏ hơn hoặc nhận các món ăn thành một mảng để tạo ra hình ảnh radio rõ hơn hoặc có độ phân giải cao hơn, theo Đại học Vienna. Ví dụ, Very Large Array (VLA) đài phát thanh kính thiên văn ở New Mexico bao gồm 27 anten sắp xếp theo một "Y" mô hình khổng lồ đó là 22 dặm (36 km) trên.
Bài viết này được cập nhật vào ngày 27 tháng 2 năm 2019 bởi Traci Pedersen, người đóng góp cho Khoa học trực tiếp.
