نگاهی به کاربردهای امواج رادیویی و انواع آن

امواج رادیویی از طیف الکترومغناطیسی می باشند که در جابجایی علائم فیزیکی نظیر صوت، فرمان، دیتا و … به صورت گسترده ای نقش ایفا می کنند. حرکت این امواج با سرعت نور صورت می گیرد. در ادامه با کاربرد امواج رادیویی و انواع آن آشنا خواهید شد.

کاربرد امواج رادیویی و انواع آن

امواج رادیویی از طیف الکترومغناطیسی می باشند که در جابجایی علائم فیزیکی نظیر صوت، فرمان، دیتا و … به صورت گسترده ای نقش ایفا می کنند. بسامد این امواج ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز است. طول موج ۳۰ هرتز ده هزار کلیومتر و طول موج ۳۰۰ گیگاهرتز یک میلیمتر می باشد.

این امواج طول موجی بلندتر از مادون قرمز و بسامدی کمتر از آن دارند. اجرام آسمانی یا رعد و برق به طور طبیعی این امواج را منتشر می سازند. امواج مصنوعی هم در رادار، شبکه های رایانه ای، ارتباطات ماهواره ای، سامانه های مخابراتی و … استفاده می شوند. حرکت این امواج با سرعت نور بوده و طول موج کوتاهی دارند. همچنین انعکاس و حرکت آن ها همواره در خط مستقیم می باشد.

کشف طول موج های رادیویی

موج های رادیویی برای نخستین بار طبق محاسبات ریاضی فیزیکدان مشهور جیمز کلارک ماکسول مطرح شد. امروزه تقریبا همه علاقمندان به این حوزه با معادلات ماکسول که توصیف کننده همه پدیده های الکترومغناطیس است، آشنایی دارند. وی موج های رادیویی و نوری را جزئی از موج های مغناطیسی می دانست که قابلیت حرکت در فضا را دارند.

چند سال بعد در ۱۸۷۷ میلادی، هاینریش هرتز در آزمایشگاهش برای نخستین بار موفق شد موج رادیویی را تولید و در نتیجه صحت معادلات ماکسول تایید شد. هرتز نشان داد که این امواج مانند نور عمل کرده و ویژگی هایی نظیر شکست، پراش و .. را از خود بروز می دهد.

امواج تولیدی توسط هرتز در آن زمان امواج هرتزی نامیده شدند. در میانه دهه ۱۸۹۰ میلادی برای اولین بار این امواج به شکل عملی برای برقراری ارتباط توسط مارکونی که نخستین فرستنده و گیرنده رادیویی عمل را تولید کرد مورد استفاده قرار گرفت. و در سال ۱۹۱۲ میلادی عبارت مدرن تر موج های رادیویی جایگزین موج هرتزی شد. شکل زیر شمایی از نخستین لینک ارتباطی ساخته شده توسط مارکونی به کمک آنتن ساده مونوپل را نشان می دهد.

انواع طول موج های رادیویی

طول موج های رادیویی شامل دو بخش طبیعی و مصنوعی می باشند که در ادامه توضیح داده می شوند:

۱. طول موج رادیویی طبیعی

همان طور که از اسمش پیداست این طول موج ها توسط طبیعت و مشخصا رعد و برق و اجرام آسمانی ایجاد می شوند. منبع دیگر این امواج زمین است.

۲. طول موج رادیویی مصنوعی

این امواج مانند رادار، سیگنال رادیو و تلویزیون، سیگنال های ارسالی از گوشی های همراه و برج های تلفن، گوشی های ماهواره ای، رادیوهای دو طرفه، بلوتوث و وای فای ماکروویو می باشند.

سرعت و فرکانس موج های رادیویی

همانطور که اشاره شد این امواج ماهیت الکترومغناطیسی داشته و بخشی از طیف الکترومغناطیسی می باشند که فرکانسی پایین تر از ناحیه مادون قرمز دارد. همچنین طول موج آن ها بیشتر از امواج مادون قرمز است. ناحیه فرکانسی امواج رادیویی از سی هرتز در طول موج ده هزار کیلومتر شروع و تا فرکانس ۳۰۰ گیگاهرتز در طول موج یک میلی متر ادامه دارد.

البته در علوم مهندسی و برخی منابع فرکانس های باند وی اچ اف به بالا را ناحیه ای جداگانه موسوم به امواج میکروویو در نظر می دارند. باید دانست موج های رادیویی همانند دیگر موج های مغناطیسی در محیط خلا با سرعت نور منتشر می گردند. موج رادیویی حاصل حرکت بارهای الکتریکی شتابدار از جمله جریان های الکتریکی متغیر با زمان می باشد.

*شکل زیر شماتیک مداری ساده ای برای تولید موج های رادیویی را نشان می دهد.

امواج رادیویی به صورت مصنوعی توسط آنتن های فرستنده تولید و از طریق آنتن های گیرنده دریافت می شوند. امروزه این امواج جزء جدایی ناپذیر زندگی روزمره انسان ها بوده و تکنولوژی های مهم ارتباطی مانند گوشی همراه، شبکه و اینترنت بی سیم، سیستم های ناوبری، ماهواره ها، رادار و … بر پایه فیزیک موج های رادیویی فعالیت کنند.

چگونگی انتشار موج های رادیویی در اتمسفر زمین، تابعی از فرکانس یا طول موج آن می باشد. طول موج های بلند می توانند از موانع بزرگ مانند کوه ها پراکنده یا توسط امواج زمین انتشار یابند. طول موج های کوتاه تر می توانند توسط یونسفر بازتاب و در فاصله های بسیار دوری به آنتن گیرنده فرود بیایند.

انتشار امواج با طول موج های بسیار کوتاه تر را هم مانند نور می توان به طور خطی صاف در نظر داشت. برای جلوگیری از تداخل امواج میان کاربردهای مختلف پروتکل قوانین و استانداردهایی توسط سازمان های جهانی در این حوزه تدوین و باندهای فرکانسی خاصی برای کاربردهای مختلف در نظر گرفته شده است.

انتشار امواج الکترومغناطیس از جمله امواج رادیویی در محیط خلا با سرعت نور انجام می شود. در حقیقت با توجه به این که ضریب شکست خلا مساوی یک است سرعت فاز امواج الکترومغناطیس معادل همان سرعت نور می شود.

نحوه انتشار موج های رادیویی

مطالعه چگونگی انتشار موج های رادیویی در محیط های گوناگون، برای طراحی سیستم های مخابراتی اهمیت زیادی دارد. امواج رادیویی همچون نور به هنگام عبور از محیط های مختلف که توسط فاکتورهایی مانند ضریب شکست، ضریب نفوذپذیری الکتریکی و ضریب تراوایی مغناطیسی توصیف می شوند پدیده هایی مانند بازتاب، شکست، پراش و .. را تجربه می کنند.

با توجه به این که ضریب شکست یک محیط تابعی از فرکانس یا طول موج الکترومغناطیسی می باشد چگونگی انتشار موج های رادیویی در هر بخش از جو زمین می تواند فرق داشته باشد. این موضوع ایجاب کرده که برخی از باندهای فرکانسی برای کاربردهای خاصی کارایی بیشتر داشته باشند.

شایان ذکر است طول موج و بسامد بیشترین تاثیر را در نحوه انتشار امواج رادیویی در جو زمین ایفا می کنند. مثلا امواجی که بلندترند قابلیت انتشار از موانع مزاحم و بازدارنده ای مانند رشته کوه ها را دارند و یا می توانند توسط امواج زمین گسترش یابند. ولی امواج با طول موج کوتاه هم پس از این که یونسفر آن را منعکس نمود توسط آنتن های گیرنده در مسافت های طولانی قابل دریافت می باشند.

سازمان های جهانی مربوطه برای ممانعت از ایجاد تداخل میان امواج با عملکرد مختلف قوانین و استانداردهایی را تعیین و باندهای فرکانسی خاص برای استفاده های متفاوت مشخص کرده اند. موج های رادیویی توسط ۵ روش زیر انتشار یافته و بعد توسط آنتن گیرنده دریافت می گردند.

۱. سطحی

کاربرد امواج سطحی در ارتباطات جهانی در باندهای I.F, V.I.F و ضبط رادیویی در تارهای M.F می باشد. حاشیه های تحتانی این امواج محل تلاقی آن ها با سطح زمین بوده که سبب می شود انحنای زمین را در حول مدار خود دنبال نماید.

۲. امواج آسمانی

این موج ها که در سامانه های ارتباطی H.F مانند تلگراف، پخش رادیویی و بی سیم دور برد کاربرد دارد از زمین به طرف اتمسفر منتشر می گردند.

۳. فضایی

در ضبط رادیوی و تلویزیون، در سیستم های تلفنی چندگانه و انواع سامانه های سیاری که عملکرد آن ها در باندهای V.H.F و S.H.F می باشد کارایی دارند. این امواج دارای دو مشخصه بارز هستند یکی این که امکان جداسازی از زمین تنها توسط یک انعکاس بسیار می باشد و دوم این که دائما بین آنتن های گیرنده و فرستنده در مسیر مستقیم در حال حرکت هستند.

۴. خط مستقیم

منظور از انتشار در خط مستقیم ارسال موج های رادیویی از یک آنتن فرستنده به آنتن گیرنده ای می باشد که در راستا یا روبروی آنتن فرستنده قرار دارد. البته دقت کنید که الزاما نیاز نیست فضای بین گیرنده و فرستنده خالی باشد. به بیان دیگر فرکانس های بیشتر از سی مگاهرتز با توجه به قدرت خود می توانند از موانعی همچون ساختمان، درختان و … عبور نمایند.

انتشار در سطح زمین با این روش تقریبا محدود به فاصله ۶۴ کیلومتر است. گوشی های همراه، رادیو، تلویزیون، رادار و .. از این روش برای انتقال امواج بهره می گیرند. از دیگر فناوری های مخابراتی که روش مذکور را برای ارسال اطلاعات به کار می گیرند مخابرات نوری فضای آزاد می باشد. البته در این حالت هیچ نوع مانعی نبایستی میان فرستنده لیزری و گیرنده وجود داشته باشد.

۵. انتشار غیر مستقیم

موج های رادیویی می توانند توسط پراش و بازتاب از سطوح گوناگون به نقاطی با فاصله بسیار بروند. به بیان ساده تر پدیده پراش سبب پراشیده شدن و تغییر مسیر امواج می گردد. این موضوع در نواحی خاصی مانند لبه های ساختمان، وسایل نقلیه، دیوارهای داخلی و … روی می دهد.

مثل نور که می تواند از مرز دو محیط مختلف بازتاب گردد با توجه به ضریب شکست و زوایای فرود، موج های رادیویی هم می توانند از سطوح خاصی مانند زمین، دیوارها، سقف، و .. بازتاب گردند. سیستم های مخابراتی با برد کوتاه مثل تلفن همراه، شبکه های وایرلس، بی سیم و … از این روش هم برای انتشار کمک می گیرند.

همچنین ممکن است آنتن واسط میان فرستنده و گیرنده اصلی واقع شود. در این حالت ارتباط هر یک از آنتن های فرستنده و گیرنده با آنتن واسط مستقیم است و ارتباط کلی میان فرستنده و گیرنده اصلی غیر مستقیم می شود. اصلی ترین عیب این روش آن است که امواج از مسیرهای مختلفی با زمان های متفاوتی به آنتن گیرنده می رسند و در نتیجه سبب تداخل و از بین رفتن اطلاعات می گردند.

کاربرد موج های رادیویی

از جمله کاربردهای این امواج می توان به کاربرد در ارتباطات و کاربرد در پزشکی اشاره کرد.

• کاربرد ارتباطاتی

شاخص ترین کاربرد موج های رادیویی در تکنولوژی ارتباطی مانند تلفن های همراه، رادار، شبکه بی سیم، اینترنت، ماهواره ها و … می باشد.

• کاربرد در پزشکی

موج های رادیویی سبب از بین رفتن سلول های سرطانی می شوند. ضمنا این موج ها با حرارت درمانی سبب گرم شدن خون شده و سبب گردش خون بهتر می شوند.

اثرات زیان بار موج های رادیویی

موج های رادیویی بر اساس قدرت تشعشع خود می توانند اثرات روانی و جسمانی انکارناپذیری را به همراه آورند. این موج ها اثرات مخربی در تولید مثل گیاهان و در رشد و رویش ساختمان سلولی آن ها دارند. علاوه بر این موارد در زایش حیوانات و سیستم گردش خون و بافت های استخوانی این جانوران تاثیرات زیانباری دارند.

ضمنا موج های رادیویی در انسان ها سبب ایجاد سردرد، خستگی، عدم تمرکز و اختلال خواب می شوند. شایان ذکر است امروزه متخصصان پوست برای جوانسازی پوست و سفت کردن پوست شل از این امواج یا رادیو فرکوئنسی بهره می گیرند. علیرغم عدم آسیب  به دی ان ای درون سلول ها توسط تابش های رادیو اما در مواردی پرتو غیر یونیزه ممکن است سبب بروز سرطان گردد.

گفتنی است اکثر افرادی که به علت شغلی که دارند مجبور هستند با این امواج در ارتباط باشند بیشتر از سایرین در معرض خطر سرطان می باشند. به طور مثال افرادی که با دستگاه جوش پی وی سی کار می کنند یا اشخاصی که وظیفه نگهداری از تجهیزات رادار را بر عهده دارند.

البته با بودن سیگنال های RF ناشی از امواج رادیو و تلویزیون، وای فای، گوشی های همراه و … می توان گفت انسان ها در معرض خطر آسیب ها با ابعاد ضعیف رادیواکتیوی هستند که ساخته خودشان می باشد.

روش های پیشگیری از آسیب موج های رادیویی

در بخش قبلی با برخی خطرات ناشی از امواج رادیواکتیو آشنا شدید. از این رو می توانید با بکار گیری روش های زیر تا حدودی از آسیب این امواج پیشگیری کنید.

• محدود کردن مکالمه با گوشی همراه و در صورت امکان از هندزفری استفاده شود.
• خاموش کردن مودم در صورت عدم استفاده از آن
• استفاده از تلفن های سیمی به جای بی سیم
• کاهش استفاده از مایکروویو برای گرم کردن غذا
• دور کردن موبایل از خود هنگام خواب

همچنین می توانید برای آشنایی با اخطرات امواج برای انسان و این که آیا امواج تلفن همراه سرطان زا است؟ روی لینک ها کلیک کنید.

منبع : آرگا