Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Радиовълните са открити през 1886 г. от немския физик Хайнрих Херц. Той изследва техните свойства и доказа, че те са електромагнитни вълни, чието съществуване е предсказано от уравненията на Максуел. Самият учен не осъзнавал значението на своето откритие. Когато журналист го попита за какво могат да се използват откритите от него радиовълни, той отговори категорично: „Нищо, предполагам“. И въпреки това днес не можем да си представим живота си без устройства, използващи радиовълни.

Радиовълните са електромагнитно излъчване с най-дълга дължина на вълната, т.е. най-ниските честоти. Дължината им се измерва в метри и дори километри. Радиовълните, подобно на други видове електромагнитни вълни, се разпространяват във вакуум със скорост на светлината c ≈ 300 000 000 m/s.

Ограничението на обхвата на радиовълните е условно. Предполага се, че това са вълни с дължина над 0,3 м и честота под 1000 MHz. Микровълните с по-висока честота понякога се наричат радиовълни.

Първи приложения на радиовълните в радиото и телевизията

Най-ранните приложения на радиовълните са очевидни - радио и телевизия.

Днес операторите в Европа и по-голямата част от света използват UKF (VHF) обхвата, излъчвайки програми в честотния диапазон 87,5-108 MHz.

Историята на изобретяването на радиото е доста драматична. Първоначалната заслуга за това беше на Маркони, който получи Нобелова награда през 1909 г. за изобретяването на радиото. Въпреки това Никола Тесла, инженер от сръбски произход, твърди, че Маркони е използвал предишната си работа в своето изобретение. Дълги съдебни процедури доведоха Tesla до фалит. Едва след смъртта му през 1943 г. Върховният съд на САЩ признава патентните права на Тесла и сега той се счита за изобретател на радиото.

Как работи радиото?

Радиопредавателят се състои от два основни компонента: осцилатор и модулатор.

  • Генераторът генерира носеща вълна, която е синусоида на радиочестота.
  • Модулаторът променя носещата вълна в съответствие с предавания към него модулиращ сигнал, който е предаваният звук. Модулиращият сигнал се създава в микрофона, който преобразува звуковите вълни в електрически сигнал с честота, съответстваща на честотата на звуковите вълни.

Модулиращият сигнал може да промени носещата вълна по два начина:

    промяна на честотата - това се нарича честотна модулация (вълните, модулирани по този начин, се наричат FM),
  1. чрез въвеждане на промени в амплитудата - това се нарича амплитудна модулация (вълните, модулирани по този начин, се наричат AM).

Въз основа на международните споразумения за излъчване честотно модулираното (FM) предаване се използва на ултракъси вълни и амплитудно модулирано (AM) на дълги, средни и къси вълни.

Модулирани вълни се приемат от радиото. В приемника протича обратният процес: модулациите на приетата вълна се преобразуват в електрически сигнал. В високоговорител този сигнал кара мембраната да вибрира, което от своя страна кара въздуха да вибрира и създава акустична вълна.

Как работи телевизията?

Начинът, по който работи телевизията, е по-сложен. В широк смисъл телевизията означава цифрово кодиране на изображения и звук и тяхното предаване с помощта на радиовълни в диапазона 50 - 220 MHz.

Изобретателят на телевизията, благодарение на която можем да участваме в събития по света от няколко поколения, е шотландският инженер Джон Логи Беърд. Първото телевизионно предаване от Лондон до Ню Йорк се състоя на 27 януари 1928 г.Истинската популярност на телевизията идва след Втората световна война.

Използването на радиовълни в спектроскопията

Радиовълните в диапазона 60 - 900 MHz се използват в ядрено-магнитната резонансна спектроскопия (MR за кратко). Принципът на този метод се основава на взаимодействието на магнитните полета с магнитните моменти на атомните ядра. Обикновено това са водородни ядра, т.е. протони.

Водородните ядра поглъщат енергията на радиовълните с определена честота и след това я отдават, излъчвайки вълни със същата честота. Тези сигнали се улавят от устройството и вие можете точно да определите местоположението на излъчването. Записаният сигнал зависи от вида на молекулата и се различава за мазнини, протеини, вода и други богати на водород съединения, което прави възможно разграничаването на видовете и плътността на тъканите. По този начин може да се изследва химичната структура на веществата. За химиците магнитният резонанс е надежден метод за идентифициране на органични съединения. В биохимията този метод се използва за определяне на съдържанието на вода и сухо вещество в храните.

Използването на радиовълни в медицината

В медицината магнитно-резонансната томография (MRI) е един от най-точните методи за неинвазивно изследване на вътрешните органи на човека (фиг. 1).

Този метод ви позволява да оцените анатомичните структури на цялото тяло или отделни органи с точност само до няколко милиметра. Органите и тъканите могат да се изследват детайлно във всяка равнина, дори триизмерно. MR може да открие смущаващи промени (като рак) и предоставя много информация за тях. Това е много чувствителен и безопасен образен метод. Това изследване не използва вредно йонизиращо лъчение (рентгенови лъчи), както правят другите методи за образна диагностика.

Ориз. 1. Апарат за магнитен резонанс (ЯМР).

Приложение на радиовълните в астрономията

Откриването на радиовълни играе важна роля в астрономическите изследвания.Това е единственият диапазон на електромагнитно излъчване, различен от видимата светлина, който свободно прониква в атмосферата. Радиовълните, идващи от космоса, носят информация за екзотични обекти. Например пулсарите са неутронни звезди, които редовно излъчват радиоимпулси. Радиовълните не се абсорбират от прах, което не позволява много обекти да бъдат наблюдавани във видима светлина.

Конструкцията на радиотелескопа се състои от параболична чиния, т.е. рефлектор, който фокусира радиовълните към фокус, където се намира приемникът (фиг. 2).

Ориз. 2. Радиотелескоп

Радиосигналите от големи разстояния са много слаби. За да регистрирате такива сигнали, са необходими огромни радиоантени. Най-голямата в света радиоастрономическа антена FAST се намира в Китай. Намира се в естествена падина, а купата му е с диаметър 500 м.

Радиотелескопите често се комбинират в по-големи системи, които действат като интерферометри. Това увеличава използваемата им чувствителност и разделителна способност.

Пример е много голям набор от радиотелескопи, разположени в Мексико (вижте Wikipedia - Very Large Array за подробности) (фиг. 3). Решетката на радиотелескопа използва феномена на интерференция на радиовълни, за да усили сигнала, получен от космоса. Разстоянията между телескопите са от порядъка на няколко метра, което съответства на дължината на една радиовълна.

Ориз. 3. Много голям масив в Мексико

В региони със слабо развита телекомуникационна инфраструктура сателитните комуникации, използващи радиовълни с честота от няколко десетки мегахерца, са се доказали добре. Комуникацията между телефоните се осъществява чрез релейна станция, наречена транспондер, разположена на изкуствен спътник на Земята. Сигналите се предават от телефона към транспондера с помощта на вълна с по-висока честота и се връщат обратно с помощта на вълна с по-ниска честота.

Референции

    Ellingson, Stephen W. (2016). Инженеринг на радиосистеми. Cambridge University Press.
  1. Edwards, Steven A. "Heinrich Hertz and Electromagnetic Radiation" . Американска асоциация за напредък на науката
  2. М. П. Долуханов. Разпространение на радиовълни. М.: Сов. радио, 1972.
  3. B. В. Николски, Т. И. Николская. Електродинамика и разпространение на радиовълни. М.: Наука, 1989. С. 467.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Сграда