اخبار دانشگاهی کشور / ارتباطات 09 اسفند 1389 - 28 February 2011
امواج الكترومغناطیسی كه با استفاده از آن، علائم فیزیكی را در ابعاد وسیعی منتقل می‌كنند، امواج رادیویی نامیده می‌شود.[1]
"هنریش هرتز"(1894-1857) آلمانی ضمن آزمایشات خود، ثابت نمود كه صوت و نیروی برق را می‌توان به شكل امواج در فضا پخش كرد و همان‌طور كه در سطح آب با انداختن یك سنگ، موج‌هایی تولید می‌شوند، صدای انسان و نیروی برق هم می‌توانند، از اطراف سیمی كه از آن عبور می‌كنند، موج‌هایی در فضا پخش نمایند. براساس آزمایش وی، هرگاه نیروی برق به امواج تبدیل شود، هنگامی كه موج‌ها به یك سیم یا جسم دیگری كه هادی برق است، برسند، همان امواج در آن ایجاد می‌شوند و نیروی برق را از مركز اصلی به آن منتقل می‌كنند. این آزمایشات مبنای ساختمان دستگاه‌های فرستنده و گیرنده تلگراف بی‌سیم قرار گرفتند و بعد از مدتی برای انتقال صدای انسان در رادیو مورد استفاده واقع شدند. امواج رادیویی كه اختراع "هرتز" می‌باشند، به امواج هرتزی معروف شده‌اند.[2]
امواج از ارسال تا گیرنده
به‌طور كلی دو روش برای انتقال علائم فیزیكی نظیر صوت، تصویر، دیتا، فرمان، كنترل و ... بین دو نقطه از فضا وجود دارد. روش اول، ارسال علائم به كمك خطوط انتقال و روش دوم؛ كه انتقال را در ابعاد وسیع‌تری مقدور می‌سازد، استفاده از انتشار امواج رادیویی از طریق فضا است. در این روش علائم مورد نظر به‌كمك مبدلّ‌های خاص به علائم الكتریكی تبدیل شده و این علائم روی علائم الكتریكی با فركانس بسیار بالاتر، مدوله می‌شود. مدوله‌سازی یکی از امور مهمی است که برای انتقال موثر و مطمئن اطلاعات در فرستنده صورت می‌گیرد و مدولاسیون فرکانس آن است؛ فرمانس سیگنال حاصل، براساس تغییران سیگنال پیام تغییر داده می‌شود. سپس علائم فركانس مدوله شده، تقویت شده و از طریق آنتن فرستنده كه می‌تواند انرژی الكتریكی را به انرژی الكترومغناطیسی تبدیل كند، در فضا و در جهات مورد نظر به‌صورت امواج الكترومغناطیس، انتشار می‌یابد.
این امواج توسط آنتن گیرنده كه عكس عمل آنتن فرستنده را انجام می‌دهد، دریافت می‌شود و آنتن، بخشی از انرژی امواج الكترومغناطیسی را كه حاوی علائم فیزیكی است، دریافت می‌كند. علائم دریافتی توسط آنتن گیرنده به كمك یك گیرنده، انتخاب، آشكارسازی و تقویت شده و توسط مبدل‌هایی كه عكس عمل مبدل‌های قبلی را انجام می‌دهند، جهت استفاده، در اختیار مصرف‌كننده قرار می‌گیرد.
امواج رادیویی با سرعت نور (300000000m /s) حركت كرده و از آن‌جا كه به خط مستقیم حركت می‌كنند، برای این‌که انتقال صورت گیرد، باید آنتن گیرنده در دید آنتن فرستنده قرار داشته باشد. در نتیجه، فرستنده‌ها باید در نقاط مرتفع زمینی نصب شوند؛ تا منطقه‌ی بزرگی را پوشش دهند. البّته فواصل دور را نیز می‌توان با بازتابش امواج رادیویی در یونوسفر تحت پوشش قرار داد. یونوسفر لایه‌ی گازی یونیزه شده در اتمسفر بالا در حدود km 200 بالای سطح زمین؛ می‌باشد.
امواج الكترومغناطیسی معمولاً با توجه به تواتر نوسان یا فركانس آن‌ها؛ یعنی تعداد ارتعاشاتشان در یك ثانیه و همچنین طول آن‌ها مشخص می‌شوند. این امواج رادیویی كه با واحد اندازه‌گیری "هرتز" (كه معادل یك ارتعاش، یك گردش، یك دور یا یك سیكل در ثانیه است)، مورد سنجش قرار می‌گیرند، در سیستم ارتباطات رادیویی، با كیلوسیكل یعنی هزار دور در ثانیه معرفی می‌شوند. لازم به ذكر است تواتر یا نوسان هر موج با طول آن (یعنی فاصله زمانی كه دو حد نهایی كه ارتفاع ارتعاش موج را در فضا از هم جدا می‌كند)، نسبت معكوس دارد.[3]
طول امواج
مسأله طول امواج در سیستم ارتباطات رادیویی اهمیّت خاصی دارد؛ چراكه اگر طول امواج معلوم نباشد، ضبط آن‌ها عملی نیست. برای شناسایی طول امواج، باید امواج آب را در نظر گرفت. همان‌طور كه امواج ناشی از پرتاب یك شیء، به داخل آب با توجه به بزرگی و كوچكی شیء پرتاب شده، با فواصل كمتر و زیادتر به كنار آب می‌رسد، امواج رادیویی نیز فواصل زمانی مختلفی دارند. این زمان، برای موج‌های كوچك كمتر و برای امواج بزرگ‌تر زیادتر است. بنابراین هرقدر تعداد امواج زیادتر باشد، طول آن‌ها كمتر است. باید در نظر داشت، كه فاصله امواج روی آب، با سرعت آن‌ها ارتباط دارد و این سرعت، متناسب با عامل پیدایش آن‌ها، متغیر است. در صورتی‌كه امواج الكتریكی ثابت بوده و سرعت آن‌ها معادل سرعت نور است و اگر عدد 300 هزار كیلومتر، سرعت موج بر تعداد نوسانات آن؛ یعنی كیلوسیكل در ثانیه، تقسیم شود، طول آن معلوم می‌گردد.
كوتاه‌ترین امواج(كمتر از سه میلیارد میلی‌متر) كه تواتر آن‌ها بیش از ده هزار میلیارد میلیارد دور در ثانیه است، با اشعه‌ی گاما و اشعه كیهانی دیگر تطبیق می‌كنند و امواج، برابر با یك صدم تا یك میلیونیم میلی‌متر، با اشعه ایكس انطباق دارند. طول امواج اشعه نورانی رؤیت شدنی، بین 8 تا 4 ده هزارم میلی‌متر بوده و تواتر آن‌ها بین 375 تا 750 هزار میلیارد دور در ثانیه است.
شایان ذكر است كه طول امواج هرتزی مورد استفاده انسان، بیش از نیم میلی‌متر بوده و به 30 كیلومتر هم می‌رسد. تواتر این‌گونه امواج، بین هزار میلیارد تا ده هزار دور ثانیه متغیّر است.[4]
شیوه‌های انتشار امواج رادیویی
انرژی تابش امواج رادیویی، به یك یا چند شیوه از پنج شیوه گوناگون منتشر شده و به آنتن گیرنده؛ یا در مورد سیستم‌های پخش یا سیار، به آنتن‌های گیرنده خواهد رسید:
1. موج سطحی؛ در لبه‌ی پایین خود، با سطح زمینی تماس داشته و بنابراین می‌تواند انحنای زمین را طی مسیر خود تعقیب كند. از این موج، برای مخابرات جهان‌گستر در نوارهای V.I.F. و I.F. و برای پخش رادیویی در تارهای m.f. استفاده می‌شود.
2. موج آسمانی؛ این موج كه از زمین به‌سوی جوّ است، در سیستم‌های مخابرات h.f. از جمله تلگراف، بی‌سیم دوربرد و پخش رادیویی استفاده می‌شود.
3. موج فضایی؛ این موج كه برای سیستم‌های سیار مختلف كه در نوارهای v.h.f و s.h.f. كار می‌كنند، سیستم‌های تلفنی چند كاناله و پخش رادیویی و تلویزیونی استفاده می‌شود و معمولاً دارای دو مؤلفه است: یكی به‌كمك یك تك‌بازتابش از زمین دور می‌شود و دیگری در یك خط تقریباً مستقیم بین آنتن‌های فرستنده و گیرنده سیر می‌كند.
4. استفاده از ماهواره‌ی‌مخابراتی؛ این روش كه روش نسبتاً جدید است، از توانایی یك ماهواره مخابراتی واقع در مدار زمین بهره می‌گیرد.
5. پراكندن؛ این روش وقتی به‌كار می‌رود كه سایر روش‌ها قابل دسترسی نباشد و از آن در نوار u.h.f برای تأمین شبكه‌هاب تلفنی چندكاناله استفاده می‌شود.[5]
طول امواج رادیویی
طول موج به فاصله بین دو قله متوالی موج (یا بین هر دو نقطه تکراری موج که شکل یکسان دارند)، گفته می‌شود و آن را با λ نشان می‌دهند. برای دو موجی که دارای سرعت یکسان باشند، موجی که دارای فرکانس بالاتری است، طول موج کوتاه‌تر دارد و موجی که فرکانس پایین‌تری دارد، طول موج بلندتری دارد.[6] به‌همین جهت امواج رادیویی به امواج بلند، متوسط، كوتاه و بسیار كوتاه تقسیم می‌شوند:
1. امواج بلند؛ طول امواج بلند كه به امواج كیلومتری معروفند، بین 2000 تا 1052 متر است و شعاع عمل این امواج، به 500 تا 1000 كیلومتر می‌رسد. این امواج، بیشتر در سطح زمینی پخش شده و از امواج دیگر بسیار منظم‌تر هستند.
2. امواج متوسط(AM یا MW)؛ این امواج بین 571 تا 186 متر طول داشته و شعاع عمل آن‌ها در روی دریا، بیشتر از روی زمین است. از این‌رو برای پوشش خارج از شهرها و مناطق جاده‌ای استفاده می‌شود.
3. امواج كوتاه(SW)؛ این امواج كه دكامتری هم گفته‌شده‌اند، فاصله باریك بین 49، 41، 31، 25، 19، 16، 13 و 11 متر را فرا می‌گیرند و شعاع عمل آن‌ها بر قشرهای یونی بالای جوّ بسیار زیاد است. این امواج هم در طول روز و هم شب قابل بهره‌برداری بوده و در تأمین تماس‌های رادیویی بین‌المللی در قاره‌های مختلف جهان نقش مهمی دارند؛ چراكه دارای برد بالایی می‌باشند.
4. امواج بسیار كوتاه(FM)؛ امواج بسیار كوتاه بین 3 تا 43/3 متر طول داشته و نسبت به پارازیت‌های مختلف حساسیّت بسیار كمی دارند. این نوع موج كه برد كمی دارد، مناسب مناطق كم وسعت داخل شهری است؛ هرچند از كیفیّت صدایی بالایی برخوردار است؟
طیف فركانس امواج رادیویی
طیف فركانس امواج رادیویی، محدوده‌ای از فركانس‌هاست، كه برای ارتباط دو نقطه از فضا به‌كار می‌بریم. طرق مختلف انتشار امواج رادیویی به میزان زیادی به فركانس آن‌ها بستگی دارد و در هر روش و برای هریك از آن‌ها طیف فركانس خاصّی استفاده می‌شود. به‌طور كلی می‌توان گفت، طیف امواج الكترومغناطیسی، شامل فركانس‌های بسیار پایین تا فركانس‌های بسیار بالا است. این طیف، بسته به نوع و كاربرد، به نواحی مختلفی تقسیم می‌شود و طیف فركانس امواج رادیویی، تنها ناحیه كوچكی از این طیف است؛ كه برای انتقال علائم مختلف از طریق فضا، مورد استفاده قرار می‌گیرد.[7]
[1]. دوشابچی‌زاده، محمدرضا؛ خطوط، انتشار و آنتن‌ها، تهران، دانشكده صدا وسیما، 1382، چاپ اول، ص119.
[2]. معتمدنژاد، كاظم؛ وسایل ارتباط جمعی، تهران، دانشگاه علامه طباطبایی، 1385، چاپ پنجم، جلد اول، ص277 و 278.
[3]. دوشابچی‌زاده، محمدرضا؛ ص118-119 و معتمدنژاد، كاظم؛ ص278 و ابراهیم ك، ف؛ اصول و سیستم‌های رادیو و تلویزیون، محمد رهبر، تهران، سروش، 1370، چاپ اول، ص203.
[4]. معتمدنژاد، كاظم؛ 278-279.
[5]. گرین‌دی، سی؛ سیستم‌های رادیویی، محمد رهبر، تهران، سروش، 1376، چاپ اول، جلد دوم، ص25 و 126.
[6] .http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B7%D9%88%D9%84_%D9%85%D9%88%D8%AC#cite_note-0
[7]. دوشابچی‌زاده، محمدرضا؛ ص 119.
