Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Радіохвилі були відкриті в 1886 році німецьким фізиком Генріхом Герцем. Він досліджував їх властивості та довів, що вони є електромагнітними хвилями, існування яких було передбачено рівняннями Максвелла. Сам учений не усвідомлював значення свого відкриття. Коли журналіст запитав його, для чого можна використовувати відкриті ним радіохвилі, він категорично відповів: «Nothing, I guess». І все ж Сьогодні ми не можемо уявити своє життя без пристроїв, що використовують радіохвилі.

Радіохвилі - це електромагнітне випромінювання з найдовшими хвилями, тобто. найнижчими частотами. Їхня довжина вимірюється в метрах і навіть кілометрах. Радіохвилі, як і інші типи електромагнітних хвиль, поширюються у вакуумі зі швидкістю світла c ≈ 300 000 000 м/с .

Межа діапазону радіохвиль є умовною. Передбачається, що це хвилі з довжиною понад 0,3 м та частотою менше 1000 МГц. Іноді до радіохвиль відносять і мікрохвилі з вищою частотою.

Перші застосування радіохвиль у радіо та телебаченні

Самі ранні застосування радіохвиль очевидні - радіо та телебачення.

Сьогодні радіомовні компанії в Європі та більшій частині світу використовують діапазон UKF (УКХ), передаючи програми в діапазоні частот 87,5-108 МГц.

Історія винаходу радіо досить драматична. Спочатку заслуга належала Марконі, який у 1909 році отримав Нобелівську премію за створення радіо. Однак Нікола Тесла, інженер сербського походження, стверджував, що Марконі використав у своєму винаході його попередні роботи. Тривалі судові провадження привели компанію Tesla до банкрутства. Тільки після його смерті у 1943 році Верховний суд США визнав патентні права Тесли, і тепер він вважається винахідником радіо.

Як працює радіо?

Радіопередавач складається з двох основних компонентів: генератора та модулятора.

  • Генератор виробляє несучу хвилю, яка є синусоїдальною хвилею радіочастоти.
  • Модулятор змінює несучу хвилю відповідно до переданого на нього модулюючого сигналу, який являє собою переданий звук. Модулюючий сигнал створюється в мікрофоні, який перетворює звукові хвилі в електричний сигнал із частотою, що відповідає частоті звукових хвиль.

Модулюючий сигнал може змінювати несучу хвилю двома способами:

    змінюючи частоту - це називається частотною модуляцією (хвилі, модульовані таким чином, називаються FM),
  1. шляхом введення змін амплітуди - це називається амплітудною модуляцією (хвилі, модульовані таким чином, називаються AM).

На підставі міжнародних угод у галузі радіомовлення частотно-модульована (FM) передача використовується на ультракоротких хвилях, а амплітудно-модульована (AM) - на довгих, середніх та коротких хвилях.

Модульовані хвилі приймаються радіоприймачем. У приймачі відбувається зворотний процес: модуляції прийнятої хвилі перетворюються на електричний сигнал. У гучномовці цей сигнал змушує вібрувати мембрану, яка, у свою чергу, змушує вібрувати повітря та створювати акустичну хвилю.

Як працює телебачення?

Принцип роботи телебачення складніший. У широкому сенсі телебачення передбачає цифрове кодування зображень і звуку та їх передачу за допомогою радіохвиль в діапазоні 50 - 220 МГц.

Винахідником телебачення, завдяки якому ми вже кілька поколінь можемо брати участь у подіях по всьому світу, був шотландський інженер Джон Логі Берд. Перша телевізійна передача з Лондона до Нью-Йорка відбулася 27 січня 1928 року.Справжня популярність телебачення прийшла після Другої світової війни.

Використання радіохвиль у спектроскопії

Радіохвилі в діапазоні 60 - 900 МГц використовуються в спектроскопії ядерного магнітного резонансу (скорочено МР). Принцип цього заснований на взаємодії магнітних полів з магнітними моментами атомних ядер. Зазвичай це ядра водню, тобто. протони.

Ядра водню поглинають енергію радіохвиль певної частоти, а потім віддають її, випромінюючи хвилі тієї ж частоти. Ці сигнали вловлюються приладом, і можна визначити місце виникнення випромінювання. Реєстрований сигнал залежить від типу молекули і відрізняється для жирів, білків, води та інших багатих на водень сполук, що дозволяє розрізняти типи і щільність тканин. Таким чином, можна вивчати хімічну структуру речовин. Для хіміків магнітний резонанс є надійним методом ідентифікації органічних сполук. У біохімії цей метод використовується для визначення вмісту води та сухих речовин у харчових продуктах.

Використання радіохвиль у медицині

У медицині магнітно-резонансна томографія (МРТ) є одним з найбільш точних методів неінвазивного дослідження внутрішніх органів людини (рис. 1).

Цей метод дозволяє оцінити анатомічні структури всього тіла або окремих органів з точністю всього до декількох міліметрів. Органи та тканини можна детально розглянути у будь-якій площині, навіть тривимірно. МР дозволяє виявити тривожні зміни (наприклад, рак) та дає багато інформації про них. Це дуже чутливий та безпечний метод візуалізації. При цьому обстеженні не використовується шкідливе іонізуюче випромінювання (рентгенівські промені), як за інших методів візуалізації.Мал. 1. Апарат магнітно-резонансної томографії (МРТ)

Застосування радіохвиль в астрономії

Виявлення радіохвиль відіграє важливу роль в астрономічних дослідженнях.Це єдиний діапазон електромагнітного випромінювання, окрім видимого світла, яке безперешкодно проникає в атмосферу. Радіохвилі, що надходять з космосу, несуть інформацію про екзотичні об'єкти. Наприклад, пульсари – це нейтронні зірки, які регулярно випромінюють радіоімпульси. Радіохвилі не поглинаються пилом, що не дозволяє спостерігати багато об'єктів у видимому світлі.

Конструкція радіотелескопа складається з параболічної тарілки, тобто рефлектора, який фокусує радіохвилі у фокус, де розміщується приймач (рис. 2).

Мал. 2. Радіотелескоп

Радіосигнали, що надходять з великих відстаней, дуже слабкі. Для реєстрації таких сигналів потрібні радіоантени великих розмірів. Найбільша у світі радіоастрономічна антена FAST знаходиться у Китаї. Вона розташована в природній западині, а його чаша має діаметр 500 м.

Радіотелескопи часто об'єднуються у більші системи, що діють як інтерферометри. Це підвищує їх корисну чутливість і роздільну здатність.

Прикладом може бути дуже великий масив радіотелескопів, розташований у Мексиці (див. докладніше у Вікіпедії - Very Large Array) (рис. 3). Масив радіотелескопів використовує явище інтерференції радіохвиль посилення сигналу, прийнятого з космосу. Відстань між телескопами становлять близько кількох метрів, що відповідає довжині радіохвилі.

Мал. 3. Very Large Array у Мексиці

У регіонах зі слабо розвиненою телекомунікаційною інфраструктурою добре зарекомендував себе супутниковий зв'язок, що використовує радіохвилі з частотою кілька десятків мегагерц. Зв'язок між телефонами встановлюється через ретрансляційну станцію, яка називається транспондером, розміщену на штучному супутнику Землі. Сигнали передаються від телефону до транспондера за допомогою хвилі вищої частоти та повертаються назад за допомогою хвилі нижчої частоти.

Список використаної літератури

    Еллінгсон, Стівен В. (2016). Інженерія радіосистем. Видавництво Кембриджського університету.
  1. Едвардс, Стівен А. «Генріх Герц та електромагнітне випромінювання» . Американська асоціація сприяння розвитку науки
  2. М. П. Долуханов. Поширення радіохвиль. М: Рад. радіо, 1972.
  3. В. В. Микільський, Т. І. Микільська. Електродинаміка та поширення радіохвиль. М.: Наука, 1989. З. 467.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Будівництво