ما هي موجات الراديو؟ وما هي أهم أستخداماتها؟
موجات راديوية أو موجات الراديو (بالإنجليزية: Radio waves)، هي جزء من طيف الموجات الكهرومغناطيسية بطول موجي أعلى من تحت الحمراء. تنتج تلك الموجات بالطبيعة عن طريق البرق أو الأجسام الفلكية. أما استخدامه الصناعي فيكون في البث الإذاعي الثابت والمتحرك، مثل الراديو والتلفزة واتصالات الخلوي والملاحة، ويتم بها أيضا الاتصال برواد الفضاء، وبواسطتها يجرى التحكم في صواريخ الفضاء، والتحكم في كل الأجهزة التي يرسلها الإنسان إلى الكواكب وعالم الفضاء، وأيضا شبكات الكمبيوتر وتطبيقات أخرى لا تعد ولا تحصى. ويبلغ الطول الموجي لموجات الراديو بين عدة سنتيمترات إلي مئات الأمتار، فاختلاف الترددات لتلك الموجات يعطي خصائص مختلفة للانتشار في الغلاف الجوي; فالموجات الطويلة تغطي جزء من الكوكب بشكل دائم، والموجات الأقصر فإنها تنعكس من طبقة الأيونوسفير مما يتيح لها السفر حول الكرة الأرضية. أما الموجات القصيرة فإنها تنحني أو تنعكس بشكل بسيط جدا ويكون مسارها هو خط الأفق وسرعتها هي نفس سرعة الضوء، أي 300000 (ثلاثمائة ألف) كيلومتر في الثانية.
كان جيمس ماكسويل أول من انتبه وتنبئ بموجات الراديو، وذلك عن طريق تجربة رياضية سنة 1865. فقد لاحظ بخصائص موجية تشابه الضوء وقريبة من الصفات الكهربائية والمغناطيسية. فاقترح معادلات وصف فيها موجات الضوء وموجات الراديو كموجات كهرومغناطيسية تسبح في الفضاء المحيط.
مثل الراديو والتلفزة واتصالات الخلوي والملاحة، ويتم بها أيضا الاتصال برواد الفضاء، وبواسطتها يجرى التحكم في صواريخ الفضاء،
والتحكم في كل الأجهزة التي يرسلها الإنسان إلى الكواكب وعالم الفضاء، وأيضا شبكات الكمبيوتر
الطيف الكهرومغنطيسي
الموجات الكهرومغنطيسية أنماط مرتبطة من القوى الكهربائية والمغنطيسية. تتولد هذه الموجات نتيجة لتذبذب الشحنات الكهربائية وحركتها للأمام وللخلف. وهي تنتقل خلال الفضاء بسرعة الضوء وهي 299,792كم في الثانية. وأبسط الموجات الكهرومغنطيسية هي الموجات المستوية التي تنتقل عبر الفضاء في خطوط مستقيمة. وتتغير شدة الموجة في الفضاء وعبر الزمن بقمم وقيعان متناوبة. وتُسمى المسافة من قمة إلى قمة بالطول الموجي.
الطيف الكهرومغنطيسي يتكون من نطاقات من الأطوال الموجية المختلفة. وأهم أنواع الموجات الكهرومغنطيسية مرتبة ترتيبًا تصاعديًا حسب الطول الموجي هي أشعة جاما، فالأشعة السينية، فالضوء فوق البنفسجي، فالضوء المرئي فالأشعة تحت الحمراء، فالموجات المتناهية الصغر، ثم موجات الراديو. ويبلغ طول أشعة جاما حوالي10-11 م بينما يبلغ طول بعض موجات الراديو الطويلة أكثر من 10,000كم.
ولكل أنواع الموجات الكهرومغنطيسية خواص الضوء المرئي. فهي تنعكس وتنتشر وتنكسر. ويكون اتجاه المغنطيسية في كل الموجات الكهرومغنطيسية عموديًا على اتجاه حركتها، بينما يكون اتجاه القوة الكهربائية عموديًا على اتجاه القوة المغنطيسية واتجاه حركة الموجات. وتساوي شدة القوة المغنطيسية دائمًا شدة القوة الكهربائية.
استخدامات الموجات الكهرومغنطيسية. يستخدم الأطباء أشعة جاما، التي يشعها الراديوم، في علاج السرطان. ويستخدمون كذلك الأشعة السينية لعلاج السرطان، كما يستخدمونها في تحديد مكان الاضطرابات الداخلية وتشخيصها. وتُستخدم الأشعة فوق البنفسجية في المصابيح الشمسية، وفي المصابيح الفلورية، وكمطهر. أما الموجات تحت الحمراء، التي تنبعث من الأجسام الساخنة، فتُستخدم في علاج الأمراض الجلدية، وصقل المينا. وتستخدم موجات المايكروويف؛ أي الموجات المتناهية الصغر، لطهو الطعام، بينما تُستخدم موجات الراديو في الإذاعة المسموعة والمرئية.
ويعتمد الاستخدام التقني للموجات الكهرومغطيسية على السهولة التي يمكن بها التعرف على الأطوال الموجية المختلفة وإنتاجها. ويرتبط الطول الموجي بمعدل اهتزاز الإلكترونات في مصدر الطاقة، فكلما كان الاهتزاز أبطأ ازداد الطول الموجي. وأسهل الموجات إنتاجًا هي الموجات الطويلة. وقد بدأ استخدام موجات الراديو في الاتصالات في أوائل القرن العشرين، ولم يحدث استغلال فعّال للموجات القصيرة إلا بعد تطوير بعض النبائط كالكلايسترون وهو نوع من أنواع صمامات الموجات الدقيقة
وقد أدى تطوير الليزر في أوائل الستينات من القرن العشرين إلى استخدامات جديدة للموجات القصيرة. فعلى سبيل المثال، يمكن الليزر الأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء من نقل الرسائل الصوتية والإشارات التلفازية.
Radio Wave موجات الراديو
موجات الراديو هي الجزء من الموجات الكهرومغناصيسية التي تقع في أدنى طيف الترددات وهي حوامل طاقة
تنتشر بسرعة الضوء وتنطبق عليها معادلة الحركة الموجية وتبدأ ترددها :
وقد اتفق على تقسيم الموجات الكهرومغناطيسية المستخدمة في الاتصالات اللاسلكية إلى نطاقات ترددية , تم تخصيص كل منها لبث معين منعاً للتشويش وتداخل المحاطات وهي كالاتي :
Energy-carriers From 3 KHz to 300 GHz
LF low frequency الترددات المنخفضة تستخدم للاتصالات البعيدة مثل الاتصالات البحرية
MF Medium frequency الترددات المتوسطة تستخدم في البث الاذاعي المحلي عبر مسافات متوسطة
HF High frequency الترددات العالية للبث الاذاعي , الموجات القصيرة
VHF Very high frequency الترددات عالية التردد جدا تستخدم للبث الاذاعي إف إم
UHF Ultra high frequency الترددات فائقة الارتفاع تستخدم في موجات التلفزيون والرادار وموجات الملاحة الجوية والاتصالات في الطائرات ترددها
SHF Super high frequency ترددات مفرطة الارتفاع تستخدم للبث عبر الاقمار الصناعية
EHF Extremely high frequency ترددات بالغة العلو تستخدم عبر بث الاقمار الصناعية والاتصالات الهاتفية متعددة القنوات ترددها
VLF Very low frequency تستخدم للاتصالات القريبة يبلغ نطاق ترددها From 3 KHz to 30 KHz From 30 KHz to 300KHz From 300KHz to 3 MHz From 3 MHz to 30 MHz From 30 MHz to 300 MHz From 300 MHz to 3GHz From 3 GHz to 30 GHz From 30 GHz to 300 GHz
إن موجات الراديو تستطيع الانتشار من هوائيات الارسال بواحدة من الطرق الثلاث :
وهي التي تنتشر فوق سطح الارض مباشرة ونظرا لانتشارها بخطوط مستقيمة وتحدب سطح الارض يكون مدى انتشارها محدوداً حيث يمتص جزء من طاقتها في سطح الارض , ويزداد الامتصاص بزيادة تردد الموجات لذا فان مدى الانتشار للترددات المنخفضة ( أي الموجات الطويلة ) يصل حوالي 1500كم , بينما يقل كثيراً بالنسبة للموجات عالية الترد , وتستخدم هذه الموجات لتأمين الاتصالات لمسافات قريبة نسبياً .
Surface or ground wave الموجات الارضية
موجات راديوية أو موجات الراديو (بالإنجليزية: Radio waves)، هي جزء من طيف الموجات الكهرومغناطيسية بطول موجي أعلى من تحت الحمراء. تنتج تلك الموجات بالطبيعة عن طريق البرق أو الأجسام الفلكية. أما استخدامه الصناعي فيكون في البث الإذاعي الثابت والمتحرك، مثل الراديو والتلفزة واتصالات الخلوي والملاحة، ويتم بها أيضا الاتصال برواد الفضاء، وبواسطتها يجرى التحكم في صواريخ الفضاء، والتحكم في كل الأجهزة التي يرسلها الإنسان إلى الكواكب وعالم الفضاء، وأيضا شبكات الكمبيوتر وتطبيقات أخرى لا تعد ولا تحصى. ويبلغ الطول الموجي لموجات الراديو بين عدة سنتيمترات إلي مئات الأمتار، فاختلاف الترددات لتلك الموجات يعطي خصائص مختلفة للانتشار في الغلاف الجوي; فالموجات الطويلة تغطي جزء من الكوكب بشكل دائم، والموجات الأقصر فإنها تنعكس من طبقة الأيونوسفير مما يتيح لها السفر حول الكرة الأرضية. أما الموجات القصيرة فإنها تنحني أو تنعكس بشكل بسيط جدا ويكون مسارها هو خط الأفق وسرعتها هي نفس سرعة الضوء، أي 300000 (ثلاثمائة ألف) كيلومتر في الثانية.
الأرض يظهر فيها النفاذية أو التعتيم للطول الموجي للموجات الكهرومغناطيسية بما فيها موجات الراديو.
كان جيمس ماكسويل أول من انتبه وتنبئ بموجات الراديو، وذلك عن طريق تجربة رياضية سنة 1865. فقد لاحظ بخصائص موجية تشابه الضوء وقريبة من الصفات الكهربائية والمغناطيسية. فاقترح معادلات وصف فيها موجات الضوء وموجات الراديو كموجات كهرومغناطيسية تسبح في الفضاء المحيط. وفي عام 1887 أظهر العالم الألماني هيرتز صحة موجات ماكسويل الكهرومغناطيسية بواسطة تجربة إنتاج موجات راديوية في المختبر.[1] ثم أتتت بعدها العديد من الاختراعات تظهر مدى الجدوى العملية في استخدام موجات الراديو في نقل المعلومات عبر الفضاء.
يرجع الفضل إلى نيكولا تيسلا وغولييلمو ماركوني باكتشافهم أنظمة تسمح باستخدام موجات الراديو في الاتصالات.
الراديو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي
قسمت موجات الراديو إلى عدة أحزمة حسب الترددات (وطول الموجة) كما يرى في الجدول التالي للطيف الترددي الراديوي:-
اسم الحزمة اختصار حزمة ITU التردد
و
طول الموجة في الهواء أمثلة باستخدامه
subHertz subHz 0 < 3 Hz
> 100,000 كيلومتر موجات كهرومغناطيسية طبيعية أو صنع بشري ميليهرتز, ميكروهرتز, نانوهرتز أرضي،
الغلاف الجوي، شمس، الكواكب، الخ
تردد فائق الانخفاض
Extremely low frequency
ELF 1 3–30 هرتز
100,000 كم – 10,000 كم الاتصالات مع الغواصات
تردد ما تحت المنخض
Super low frequency
SLF 2 30–300 هرتز
10,000 كم – 1000 كم الاتصالات مع الغواصات
تردد تحت المنخفض
Ultra low frequency
ULF 3 300–3000 هرتز
1000 كم – 100 كم الاتصالات داخل المناجم
تردد جد منخفض
Very low frequency
VLF 4 3–30 كيلوهرتز
100 كم – 10 كم وسائل الاتصال في الغواصات, ارشاد الانهيارات الجليدية,علم فيزياء الأرض،
رصد معدل ضربات القلب اللاسلكي,
تردد منخفض
Low frequency
LF 5 30–300 كيلو هرتز
10 كم – 1 كم اتصالات الملاحة البحرية، إشارة الوقت، اذاعة البرامج AM لموجة طويلة،
RFID
تردد متوسط
Medium frequency
MF 6 300–3000 كيلوهرتز
1 كم – 100 متر البث الإذاعي باستخدام تضمين مطالي لموجة متوسطة،
تردد عالي
High frequency
HF 7 3–30 ميجاهرتز
100 م – 10 م البث بموجة قصيرة، هواية اللاسلكي والاتصالات الملاحية لما وراء الأفق.
تردد جد عالي
Very high frequency
VHF 8 30–300 ميجاهرتز
10 م – 1 م T إذاعة إف إم، الإرسال الإذاعي للهواة, البث التلفزيوني، اتصالات الملاحة الجوية،
الاتصالات الأرضية والبحرية الثابتة والمتنقلة.
تردد فوق العالي
Ultra high frequency
UHF 9 300–3000 ميجاهرتز
1 م – 100 ملم البث التلفزيوني، فرن ميكروويف، هواتف محمولة، شبكات لاسلكية,بلوتوث،
نظام تحديد المواقع العالمي والاتصالات ثنائية الإتجاه مثل المحمول الأرضي، أنظمة راديو FRS و GMRS.
تردد ما فوق العالي
Super high frequency
SHF 10 3–30 جيجاهرتز GHz
100 ملم – 10 ملم أجهزة الميكروويف، شبكات لاسلكية، معظم الرادارات الحديثة
تردد فائق العلو
Extremely high frequency
EHF 11 30–300 جيجاهرتز
10 ملم – 1 ملم علم الفلك الراديوي, high-frequency microwave radio relay
أشعة تيراهيرتز THz 12 300–30,000 جيجاهرتز
1 ملم – 90 ميكرومتر تصوير بالأشعة، إمكانية الاستغناء عن أشعة إكس في التشخيص الطبي، فيزياء الجوامد
دراسة تذبذب الجزيئات، مطيافية التيراهرتز، حاسوب بسرعة تيراهرتز – الاتصالات.
ملاحظات
نظريا، قد يستخدم أي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي لحمل المعلومات، لذا فلا يوجد حد أعلى أو أدنى لترددات الإرسال الراديوي.
يزداد امتصاص الغلاف الجوي للأرض للإشعاع الكهرومغناطيسي لما فوق 300 جيجاهرتز، لذا فهو يمنع وبشكل فعال الترددات العليا من الإشعاع الكهرومغناطيسي، ولكنه يصبح نافذا للموجات تحت الحمراء ونطاقات الترددات المرئية.
تتداخل الأحزمة التالية: ELF ،SLF ،ULF، و VLF مع طيف (التردد السمعي AF) والتي يكون نطاقها من 20–20,000 Hz. ولكن إرسال الصوت يكون بواسطة التمدد والانضغاط الجوي وليس من خلال الطاقة الكهرومغناطيسية.
لا يعتد أحيانا بكل من الأحزمة: SHF و EHF بأن تكون جزءا من الحزمة الراديوية، حيث أنها تشكل طيف موجات صغرى خاص بها.
تسمية نطاقات التردد
العام
ترددات البث الإذاعي:
موجة راديو طويلة أم = 148.5 – 283.5 كيلوهرتز (LF)
موجة راديو متوسطة أم = 530 كيلوهرتز – 1710 كيلوهرتز (MF)
موجة راديو قصيرة أم = 3 ميجاهرتز – 30 ميجاهرتز (HF)
حزمة تلفزيونية I (القنوات 2 – 6) = 54 ميجاهرتز – 88 ميجاهرتز (VHF)
حزمة راديو أف أم II = 88 ميجاهرتز – 108 ميجاهرتز (VHF)
حزمة تلفزيونية III (القنوات 7 – 13) = 174 ميجاهرتز – 216 ميجاهرتز (VHF)
حزمة تلفزيونية IV و V (القنوات 14 – 69) = 470 ميجاهرتز – 806 ميجاهرتز (UHF)راجع[4][5]