موجات الراديو

الموسوعة الحرة
رسوم متحركة لهوائي ثنائي القطب نصف موجي يبث موجات راديوية، تُظهر خطوط المجال الكهربائي . يتكون الهوائي في المنتصف من قضيبين معدنيين رأسيين متصلين بجهاز إرسال راديوي (غير موضح). يُطبق جهاز الإرسال تيارًا كهربائيًا متناوبًا على القضيبين، مما يشحنهما بالتناوب بشحنات موجبة (+) وسالبة (−). تنطلق حلقات من المجال الكهربائي من الهوائي وتنتشر بسرعة الضوء ؛ وهذه هي الموجات الراديوية. في هذه الرسوم المتحركة، يظهر المشهد مُبطأً بشكل كبير.

الموجات الراديوية (التي كانت تُسمى سابقًا موجات هرتزية ) هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي ذي أدنى الترددات وأطول الأطوال الموجية في الطيف الكهرومغناطيسي ، وعادةً ما تكون تردداتها أقل من 300 جيجاهرتز (GHz) وأطوالها الموجية أكبر من 1 مليمتر ( 3/64 بوصة ) ، أي ما يُقارب قطر حبة أرز. تُسمى الموجات الراديوية ذات الترددات التي تزيد عن 1 جيجاهرتز تقريبًا والأطوال الموجية الأقصر من 30 سنتيمترًا بالموجات  الميكروية . [ 1 ] وكما هو الحال مع جميع الموجات الكهرومغناطيسية، تنتقل الموجات الراديوية في الفراغ بسرعة الضوء ، وفي الغلاف الجوي للأرض بسرعة أقل قليلًا. تتولد الموجات الراديوية من الجسيمات المشحونة التي تخضع للتسارع ، مثل التيارات الكهربائية المتغيرة مع الزمن . [ 2 ] تنبعث الموجات الراديوية الطبيعية من البرق والأجرام السماوية ، وهي جزء من إشعاع الجسم الأسود المنبعث من جميع الأجسام الدافئة. [ 3 ] 

تُولّد الموجات الراديوية اصطناعياً بواسطة جهاز إلكتروني يُسمى جهاز الإرسال ، وهو متصل بهوائي يُشعّ هذه الموجات. ويتم استقبالها بواسطة هوائي آخر متصل بجهاز استقبال راديوي ، يقوم بمعالجة الإشارة المُستقبلة. تُستخدم الموجات الراديوية على نطاق واسع في التكنولوجيا الحديثة للاتصالات اللاسلكية الثابتة والمتنقلة ، والبث الإذاعي ، وأنظمة الرادار والملاحة الراديوية ، وأقمار الاتصالات الصناعية ، وشبكات الحاسوب اللاسلكية ، والعديد من التطبيقات الأخرى. تختلف خصائص انتشار الموجات الراديوية باختلاف تردداتها في الغلاف الجوي للأرض؛ فالموجات الطويلة تنحرف حول العوائق كالجبال وتتبع تضاريس الأرض ( الموجات الأرضية )، بينما تنعكس الموجات الأقصر عن طبقة الأيونوسفير وتعود إلى الأرض خلف الأفق ( الموجات السماوية )، أما الموجات الأقصر بكثير فتنحني أو تنحرف بشكل طفيف جداً وتنتقل في خط رؤية مباشر ، لذا فإن مسافات انتشارها تقتصر على الأفق المرئي.

لمنع التداخل بين المستخدمين المختلفين، يتم تنظيم توليد واستخدام الموجات الراديوية بشكل صارم بموجب القانون، ويتم تنسيق ذلك من قبل هيئة دولية تسمى الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU)، والذي يُعرّف الموجات الراديوية بأنها " موجات كهرومغناطيسية ذات ترددات أقل بشكل تعسفي من3000 جيجاهرتز  ، تنتشر في الفضاء دون توجيه اصطناعي. [ 4 ] يُقسّم طيف الراديو إلى عدد من نطاقات الراديو بناءً على التردد، وتُخصّص لاستخدامات مختلفة. تُسمى موجات الراديو ذات التردد الأعلى والطول الموجي الأقصر بالموجات الميكروية .

رسم تخطيطي للمجالين الكهربائي (E) والمغناطيسي (H) للموجات الراديوية المنبعثة من هوائي إرسال راديوي أحادي القطب (خط عمودي داكن صغير في المنتصف). المجالين E وH متعامدان، كما هو موضح في مخطط الطور في أسفل اليمين.

الاكتشاف والاستغلال

تنبأت نظرية الكهرومغناطيسية ، التي اقترحها الفيزيائي الرياضي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل عام 1867، بوجود الموجات الراديوية لأول مرة . [ 5 ] وتنبأت نظريته الرياضية، التي تُعرف الآن بمعادلات ماكسويل ، بأن المجال الكهربائي والمغناطيسي المترابط يمكن أن ينتقل عبر الفضاء على شكل " موجة كهرومغناطيسية ". وافترض ماكسويل أن الضوء يتكون من موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية قصيرة جدًا. وفي عام 1887، أثبت الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز صحة نظرية ماكسويل للموجات الكهرومغناطيسية من خلال توليد موجات كهرومغناطيسية ذات تردد أقل من تردد الضوء، وهي الموجات الراديوية، في مختبره، [ 6 ] مُظهرًا أنها تُظهر نفس خصائص موجات الضوء: الموجات المستقرة ، والانكسار ، والحيود ، والاستقطاب . وطوّر المخترع الإيطالي غولييلمو ماركوني أول أجهزة إرسال واستقبال راديوية عملية في الفترة ما بين 1894 و1895. وحصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1909 لإسهاماته في مجال الراديو. بدأ استخدام الاتصالات اللاسلكية تجارياً حوالي عام 1900. وقد حل المصطلح الحديث " الموجة الراديوية " محل الاسم الأصلي " موجة هرتز " حوالي عام 1912.

التوليد والاستقبال

رسم توضيحي متحرك لهوائي ثنائي القطب نصف موجي يستقبل موجة راديوية. يتكون الهوائي من قضيبين معدنيين متصلين بجهاز استقبال R. يؤدي المجال الكهربائي ( E ، الأسهم الخضراء ) للموجة الواردة إلى تذبذب الإلكترونات في القضيبين، مما يشحن طرفيهما بالتناوب بشحنة موجبة (+) وسالبة (−) . بما أن طول الهوائي يساوي نصف طول الموجة، فإن المجال المتذبذب يحث موجات مستقرة من الجهد ( V ، ممثل بالشريط الأحمر ) والتيار في القضيبين. تتدفق التيارات المتذبذبة (الأسهم السوداء) عبر خط النقل ومن خلال جهاز الاستقبال (الممثل بالمقاومة R ).

تُشعّ الموجات الراديوية من الجسيمات المشحونة عند تسارعها . تشمل المصادر الطبيعية للموجات الراديوية الضوضاء الراديوية الناتجة عن البرق وغيره من العمليات الطبيعية في الغلاف الجوي للأرض، بالإضافة إلى المصادر الراديوية الفلكية في الفضاء كالشمس والمجرات والسدم. تُشعّ جميع الأجسام الدافئة موجات راديوية عالية التردد ( موجات ميكروية ) كجزء من إشعاع الجسم الأسود .

تُنتَج الموجات الراديوية اصطناعياً بواسطة تيارات كهربائية متغيرة مع الزمن ، تتكون من إلكترونات تتدفق ذهاباً وإياباً في موصل معدني ذي شكل خاص يُسمى الهوائي . يقوم جهاز إلكتروني يُسمى مُرسِل الراديو بتطبيق تيار كهربائي متذبذب على الهوائي، فيُشعّ الهوائي الطاقة على شكل موجات راديوية. تُستقبَل الموجات الراديوية بواسطة هوائي آخر مُتصل بجهاز استقبال الراديو . عندما تصطدم الموجات الراديوية بهوائي الاستقبال، فإنها تدفع الإلكترونات في المعدن ذهاباً وإياباً، مُولِّدةً تيارات متذبذبة صغيرة يرصدها جهاز الاستقبال.

من منظور ميكانيكا الكم ، يمكن اعتبار الموجات الراديوية، كغيرها من الإشعاعات الكهرومغناطيسية كالضوء، بمثابة تيارات من جسيمات أولية غير مشحونة تُسمى الفوتونات . [ 7 ] في هوائي إرسال الموجات الراديوية، تُصدر الإلكترونات الموجودة فيه الطاقة على شكل حزم منفصلة تُسمى الفوتونات الراديوية، بينما في هوائي الاستقبال، تمتص الإلكترونات الطاقة على شكل فوتونات راديوية. الهوائي عبارة عن باعث متماسك للفوتونات، كشعاع الليزر ، لذا فإن الفوتونات الراديوية تكون جميعها متوافقة في الطور . [ 8 ] [ 7 ] مع ذلك، وفقًا لعلاقة بلانكهـ=حν{\displaystyle E=h\nu }طاقة الفوتونات الراديوية الفردية ضئيلة للغاية، [ 7 ] تتراوح بين 10⁻²² و10⁻³⁰ جول . لذا، فإن هوائي حتى جهاز إرسال منخفض الطاقة للغاية يُصدر عددًا هائلاً من الفوتونات كل ثانية. لذلك، باستثناء بعض عمليات انتقال الإلكترونات الجزيئية ، مثل ذرات الميزر التي تُصدر فوتونات الميكروويف، يُعتبر انبعاث وامتصاص الموجات الراديوية عادةً عملية كلاسيكية مستمرة ، تخضع لمعادلات ماكسويل .

ملكيات

تنتقل الموجات الراديوية في الفراغ بسرعة الضوءج{\displaystyle c}[ 9 ] [ 10 ] عند مرورها عبر وسط مادي، تتباطأ سرعة الموجات الراديوية تبعًا لنفاذية هذا الوسط ونفاذيته . الهواء رقيق لدرجة أن الموجات الراديوية في الغلاف الجوي للأرض تنتقل بسرعة تقارب سرعة الضوء.

الطول الموجيλ{\displaystyle \lambda }هي المسافة من قمة (ذروة) المجال الكهربائي للموجة إلى القمة التالية، وتتناسب عكسيًا مع التردد.و{\displaystyle f}من الموجة. العلاقة بين التردد والطول الموجي في موجة راديوية تنتقل في الفراغ أو الهواء هي

λ=جو ،{\displaystyle \lambda ={\frac {\;c\;}{f}}~,}

أين

ج≈2.9979×108 آنسة .{\displaystyle c\approx 2.9979\times 10^{8}{\text{ m/s}}~.}

وبعبارة أخرى،ج{\displaystyle c}تبلغ المسافة التي تقطعها الموجة الراديوية في الفراغ خلال ثانية واحدة 299,792,458 مترًا (983,571,056 قدمًا) ، وهو طول موجة إشارة راديوية بتردد 1 هرتز . أما الموجة الراديوية بتردد 1 ميجاهرتز ( نطاق AM المتوسط ) فيبلغ طول موجتها 299.79 مترًا (983.6 قدمًا) .    

الاستقطاب

كغيرها من الموجات الكهرومغناطيسية، تتميز الموجات الراديوية بخاصية الاستقطاب ، والتي تُعرَّف بأنها اتجاه المجال الكهربائي المتذبذب للموجة عموديًا على اتجاه حركتها. في الموجة الراديوية المستقطبة مستويًا، يتذبذب المجال الكهربائي في مستوى عمودي على اتجاه الحركة. أما في الموجة الراديوية المستقطبة أفقيًا ، فيتذبذب المجال الكهربائي أفقيًا. وفي الموجة المستقطبة رأسيًا ، يتذبذب المجال الكهربائي رأسيًا. وفي الموجة المستقطبة دائريًا ، يدور المجال الكهربائي عند أي نقطة حول اتجاه الانتشار دورة كاملة. وتدور الموجة المستقطبة دائريًا يمينًا باتجاه عقارب الساعة حول اتجاه الانتشار، بينما تدور الموجة المستقطبة دائريًا يسارًا في الاتجاه المعاكس. [ 11 ] : ص 21. يكون المجال المغناطيسي للموجة عموديًا على المجال الكهربائي، ويكون اتجاه كل من المجالين الكهربائي والمغناطيسي باتجاه عقارب الساعة بالنسبة لاتجاه الإشعاع.

يُصدر الهوائي موجات راديوية مستقطبة، ويُحدد استقطابها اتجاه عناصر الهوائي المعدنية. على سبيل المثال، يتكون هوائي ثنائي القطب من قضيبين معدنيين متوازيين. إذا كان القضيبان أفقيين، فإنه يُشع موجات راديوية مستقطبة أفقيًا، بينما إذا كانا رأسيين، فإنه يُشع موجات مستقطبة رأسيًا. يجب أن يكون للهوائي المُستقبل للموجات الراديوية نفس استقطاب الهوائي المُرسل، وإلا سيتعرض لفقدان كبير في الإشارة. تُصدر العديد من المصادر الطبيعية للموجات الراديوية، مثل الشمس والنجوم وإشعاع الجسم الأسود من الأجسام الدافئة، موجات غير مستقطبة، تتكون من سلاسل موجية قصيرة غير متماسكة بمزيج متساوٍ من حالات الاستقطاب.

يُحدد استقطاب الموجات الراديوية بخاصية ميكانيكية كمومية للفوتونات تُسمى دورانها المغزلي. يمكن أن يكون للفوتون إحدى قيمتين محتملتين للدوران المغزلي؛ إما أن يدور باتجاه اليمين حول اتجاه حركته، أو باتجاه اليسار. تتكون الموجات الراديوية المستقطبة دائريًا باتجاه اليمين من فوتونات تدور باتجاه اليمين. وتتكون الموجات الراديوية المستقطبة دائريًا باتجاه اليسار من فوتونات تدور باتجاه اليسار. أما الموجات الراديوية المستقطبة في مستوى، فتتكون من فوتونات في حالة تراكب كمومي لحالتي الدوران المغزلي اليميني واليساري. ويتكون المجال الكهربائي من تراكب مجالين يدوران باتجاه اليمين واليسار، مما ينتج عنه تذبذب في مستوى واحد.

خصائص الانتشار

تُستخدم الموجات الراديوية على نطاق أوسع في الاتصالات مقارنةً بالموجات الكهرومغناطيسية الأخرى، ويعود ذلك أساسًا إلى خصائص انتشارها المميزة ، والنابعة من طول موجاتها الكبير . [ 12 ] تتميز الموجات الراديوية بقدرتها على اختراق الغلاف الجوي في جميع الأحوال الجوية، والنباتات، ومعظم مواد البناء. وبفضل ظاهرة الانعراج ، تنحني الموجات ذات الأطوال الموجية الأطول حول العوائق، وعلى عكس الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى، فإنها تميل إلى التشتت بدلًا من الامتصاص بواسطة الأجسام الأكبر من طول موجتها.

تُعدّ دراسة انتشار الموجات الراديوية ، أي كيفية انتقالها في الفضاء الحر وعلى سطح الأرض، ذات أهمية بالغة في تصميم أنظمة الراديو العملية. وتتعرض الموجات الراديوية، عند مرورها عبر بيئات مختلفة ، لانعكاسات وانكسارات واستقطاب وحيود وامتصاص . وتشهد الترددات المختلفة تراكيب متباينة من هذه الظواهر في الغلاف الجوي للأرض، مما يجعل بعض نطاقات الترددات الراديوية أكثر فائدة لأغراض محددة من غيرها. وتستخدم أنظمة الراديو العملية بشكل أساسي ثلاث تقنيات مختلفة لانتشار الموجات الراديوية للتواصل: [ 13 ]

  • خط البصر : يشير هذا المصطلح إلى الموجات الراديوية التي تنتقل في خط مستقيم من هوائي الإرسال إلى هوائي الاستقبال. ولا يشترط بالضرورة وجود مسار رؤية واضح؛ ففي الترددات المنخفضة، يمكن للموجات الراديوية اختراق المباني والنباتات وغيرها من العوائق. وهذه هي الطريقة الوحيدة الممكنة لانتشار الموجات عند الترددات التي تزيد عن 30 ميجاهرتز. على سطح الأرض، يقتصر انتشار الموجات عبر خط البصر على الأفق المرئي إلى حوالي 64 كيلومترًا (40 ميلًا). وهذه هي الطريقة المستخدمة في الهواتف المحمولة ، وإذاعة FM ، والبث التلفزيوني ، والرادار .وباستخدام هوائيات طبقية لنقل حزم الموجات الدقيقة، تنقل وصلات الترحيل الميكروية من نقطة إلى نقطة إشارات الهاتف والتلفزيون لمسافات طويلة تصل إلى الأفق المرئي. ويمكن للمحطات الأرضية التواصل مع الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية على بعد مليارات الأميال من الأرض.
    • الانتشار غير المباشر : يمكن للموجات الراديوية الوصول إلى نقاط خارج خط الرؤية المباشر عن طريق الانعراج والانعكاس . [ 13 ] يتسبب الانعراج في انحناء الموجات الراديوية حول العوائق مثل حافة مبنى أو مركبة أو منعطف في قاعة. كما تنعكس الموجات الراديوية جزئيًا عن الأسطح مثل الجدران والأرضيات والأسقف والمركبات والأرض. تحدث طرق الانتشار هذه في أنظمة الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى مثل الهواتف المحمولة والهواتف اللاسلكية وأجهزة الاتصال اللاسلكي والشبكات اللاسلكية . من عيوب هذا النمط الانتشار متعدد المسارات ، حيث تنتقل الموجات الراديوية من هوائي الإرسال إلى هوائي الاستقبال عبر مسارات متعددة. تتداخل هذه الموجات ، مما يؤدي غالبًا إلى تلاشي الإشارة ومشاكل أخرى في الاستقبال.
  • الموجات الأرضية : عند الترددات المنخفضة التي تقل عن 2 ميجاهرتز، في نطاقي الموجات المتوسطة والطويلة، وبسبب الانعراج، يمكن للموجات الراديوية المستقطبة عموديًا أن تنحني فوق التلال والجبال، وتنتشر إلى ما وراء الأفق، متتبعةً تضاريس الأرض. وهذا ما يُمكّن محطات البث الإذاعي والتلفزيوني من تغطية مناطق تمتد لمئات الأميال. تمتص الأرض الموجات الأرضية تدريجيًا، لذا تتناقص كثافة طاقة هذه الموجات بشكل أُسّي مع المسافة من هوائي الإرسال، مما يحد من نطاق الاستقبال. ومع انخفاض التردد، تقل الخسائر ويزداد النطاق المُمكن تحقيقه. تستطيع أنظمة الاتصالات العسكرية ذات التردد المنخفض جدًا (VLF) والتردد المنخفض للغاية (ELF) التواصل عبر معظم أنحاء الأرض. كما يمكن لموجات VLF وELF الراديوية اختراق المياه لأعماق تصل إلى مئات الأمتار، لذا تُستخدم للتواصل مع الغواصات الغاطسة .
  • الموجات السماوية : عند أطوال الموجات المتوسطة والقصيرة، تنعكس الموجات الراديوية عن طبقات موصلة من الجسيمات المشحونة ( الأيونات ) في طبقة من الغلاف الجوي تُسمى الأيونوسفير . لذا ، يمكن للموجات الراديوية الموجهة بزاوية نحو السماء أن تعود إلى الأرض خلف الأفق؛ وهذا ما يُسمى انتشار الموجات السماوية أو "القفزات". وباستخدام قفزات متعددة، يُمكن تحقيق الاتصالات عبر مسافات عابرة للقارات. يُعد انتشار الموجات السماوية متغيرًا ويعتمد على الظروف الجوية؛ وهو أكثر موثوقية في الليل وفي فصل الشتاء. وقد شاع استخدامه خلال النصف الأول من القرن العشرين، ولكن نظرًا لعدم موثوقيته، تم التخلي عن اتصالات الموجات السماوية في الغالب. وتشمل الاستخدامات المتبقية أنظمة الرادار العسكرية العابرة للأفق ، وبعض الأنظمة الآلية، وهواة الراديو ، ومحطات البث الإذاعي للموجات القصيرة للبث إلى دول أخرى.

عند ترددات الميكروويف ، تبدأ الغازات الجوية بامتصاص الموجات الراديوية، لذا يتناقص مدى أنظمة الاتصالات اللاسلكية العملية مع ازدياد التردد. عند ترددات أقل من 20  جيجاهرتز تقريبًا، يعود التوهين الجوي بشكل رئيسي إلى بخار الماء. أما عند ترددات أعلى من 20  جيجاهرتز، في نطاق الموجات المليمترية ، فتبدأ غازات جوية أخرى بامتصاص الموجات، مما يحد من مسافات الإرسال العملية إلى كيلومتر واحد أو أقل. وعند ترددات أعلى من 300  جيجاهرتز، في نطاق الترددات تيراهيرتز ، تُمتص جميع الطاقة تقريبًا في نطاق بضعة أمتار، لذا يصبح الغلاف الجوي معتمًا فعليًا. [ 14 ] [ 15 ]

الاتصالات اللاسلكية

في أنظمة الاتصالات اللاسلكية ، تُنقل المعلومات عبر الفضاء باستخدام الموجات الراديوية. عند طرف الإرسال، تُرسل المعلومات المراد إرسالها، على شكل إشارة كهربائية متغيرة مع الزمن، إلى جهاز إرسال لاسلكي . [ 16 ] تُسمى هذه المعلومات بإشارة التضمين ، ويمكن أن تكون إشارة صوتية تمثل صوتًا من ميكروفون ، أو إشارة فيديو تمثل صورًا متحركة من كاميرا فيديو ، أو إشارة رقمية تمثل بيانات من جهاز كمبيوتر . في جهاز الإرسال، يُولّد مذبذب إلكتروني تيارًا متناوبًا يتذبذب بتردد راديوي ، يُسمى الموجة الحاملة لأنه يُنشئ الموجات الراديوية التي "تحمل" المعلومات عبر الهواء. تُستخدم إشارة المعلومات لتضمين الموجة الحاملة، مما يُغير بعض خصائصها، ويُشفّر المعلومات عليها. تُضخّم الموجة الحاملة المُضمّنة وتُرسل إلى هوائي . يدفع التيار المتذبذب الإلكترونات في الهوائي ذهابًا وإيابًا، مُولّدًا مجالات كهربائية ومغناطيسية متذبذبة ، تُشعّ الطاقة بعيدًا عن الهوائي على شكل موجات راديوية. تحمل الموجات الراديوية المعلومات إلى موقع جهاز الاستقبال.

في جهاز الاستقبال، تدفع المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتذبذبة للموجة الراديوية الواردة الإلكترونات في هوائي الاستقبال ذهابًا وإيابًا، مما يُولّد جهدًا متذبذبًا ضئيلًا يُعدّ نسخةً أضعف من التيار في هوائي الإرسال. [ 16 ] يُطبّق هذا الجهد على جهاز الاستقبال الراديوي ، الذي يستخلص إشارة المعلومات. يستخدم جهاز الاستقبال أولًا مرشح تمرير النطاق لفصل إشارة محطة الراديو المطلوبة عن جميع الإشارات الراديوية الأخرى التي يلتقطها الهوائي، ثم يُضخّم الإشارة لتصبح أقوى، ثم يستخلص أخيرًا إشارة التضمين الحاملة للمعلومات في مُزيل التضمين . تُرسل الإشارة المُستعادة إلى مكبر صوت أو سماعة أذن لإنتاج الصوت، أو إلى شاشة عرض تلفزيونية لإنتاج صورة مرئية، أو إلى أجهزة أخرى. تُطبّق إشارة البيانات الرقمية على جهاز كمبيوتر أو معالج دقيق ، يتفاعل مع المستخدم.

تمر الموجات الراديوية الصادرة من العديد من أجهزة الإرسال عبر الهواء في آنٍ واحد دون تداخل. ويمكن فصلها في جهاز الاستقبال لأن كل موجة راديوية تصدر من جهاز إرسال تتذبذب بمعدل مختلف، أي أن لكل جهاز إرسال ترددًا مختلفًا ، يُقاس بالكيلوهرتز (kHz) أو الميغاهرتز (MHz) أو الغيغاهرتز (GHz). يتكون مرشح تمرير النطاق في جهاز الاستقبال من دائرة رنانة واحدة أو أكثر تعمل كمرنان ، على غرار الشوكة الرنانة . [ 16 ] تتميز الدائرة الرنانة بتردد رنين طبيعي تتذبذب عنده. ويُضبط تردد الرنين ليساوي تردد محطة الراديو المطلوبة. تتسبب إشارة الراديو المتذبذبة من المحطة المطلوبة في تذبذب الدائرة الرنانة بتوافق، فتمرر الإشارة إلى باقي أجزاء جهاز الاستقبال. أما إشارات الراديو ذات الترددات الأخرى، فتُحجب بواسطة الدائرة الرنانة ولا تمر.

الآثار البيولوجية والبيئية

الموجات الراديوية إشعاع غير مؤين ، أي أنها لا تمتلك طاقة كافية لفصل الإلكترونات عن الذرات أو الجزيئات ، وبالتالي لا تؤينها ، ولا لكسر الروابط الكيميائية ، مما يؤدي إلى تفاعلات كيميائية أو تلف الحمض النووي . يتمثل التأثير الرئيسي لامتصاص المواد للموجات الراديوية في تسخينها، على غرار الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من مصادر الحرارة مثل المدفأة الكهربائية أو نار الحطب. يتسبب المجال الكهربائي المتذبذب للموجة في اهتزاز الجزيئات القطبية ذهابًا وإيابًا، مما يزيد من درجة الحرارة؛ وهذه هي آلية عمل فرن الميكروويف في طهي الطعام. استُخدمت الموجات الراديوية على الجسم لمدة مئة  عام في العلاج الطبي المعروف باسم "الدياترمي" لتسخين أنسجة الجسم بعمق، بهدف تحسين تدفق الدم وتسريع الشفاء. ومؤخرًا، استُخدمت أيضًا لرفع درجات الحرارة في علاج فرط الحرارة، ولقتل الخلايا السرطانية.

مع ذلك، وعلى عكس الأشعة تحت الحمراء التي تُمتص بشكل رئيسي على سطح الأجسام وتُسبب تسخينها، فإن الموجات الراديوية قادرة على اختراق السطح وترسيب طاقتها داخل المواد والأنسجة البيولوجية. ويقل عمق اختراق الموجات الراديوية مع ازدياد ترددها، كما يعتمد على مقاومة المادة ونفاذيتها الكهربائية ؛ ويُحدد هذا العمق بمعامل يُسمى عمق الاختراق ، وهو العمق الذي تترسب فيه 63% من الطاقة. فعلى سبيل المثال،  تخترق الموجات الراديوية (الميكروويف) بتردد 2.45 جيجاهرتز في فرن الميكروويف معظم الأطعمة تقريبًا.من 2.5 إلى 3.8  سم .

رمز موجات الراديو

قد يؤدي النظر عن قرب إلى مصدر موجات الراديو، مثل موجه الموجات في جهاز إرسال لاسلكي عامل، إلى تلف عدسة العين نتيجة التسخين. ويمكن لحزمة قوية من موجات الراديو أن تخترق العين وتسخن العدسة بدرجة كافية للتسبب في إعتام عدسة العين (الماء الأبيض) . [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]

بما أن تأثير التسخين لا يختلف من حيث المبدأ عن مصادر الحرارة الأخرى، فقد ركزت معظم الأبحاث التي تتناول المخاطر الصحية المحتملة للتعرض للموجات الراديوية على التأثيرات "غير الحرارية"؛ أي ما إذا كان للموجات الراديوية أي تأثير على الأنسجة بخلاف التأثير الناتج عن التسخين. وقد صنفت الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) المجالات الكهرومغناطيسية ذات الترددات الراديوية على أنها ذات "أدلة محدودة" فيما يتعلق بتأثيراتها على البشر والحيوانات. [ 22 ] [ 23 ] وهناك أدلة ميكانيكية ضعيفة على وجود خطر الإصابة بالسرطان من خلال التعرض الشخصي للمجالات الكهرومغناطيسية ذات الترددات الراديوية المنبعثة من الهواتف المحمولة. [ 24 ]

يمكن حجب الموجات الراديوية باستخدام صفيحة أو شبكة معدنية موصلة، ويُطلق على غلاف الصفيحة أو الشبكة اسم قفص فاراداي . تحجب الشبكة المعدنية الموجات الراديوية بنفس كفاءة الصفيحة الصلبة، طالما أن ثقوب الشبكة أصغر من حوالي 1/20 من طول موجة الموجات . [ 25 ]

قياس

بما أن إشعاع الترددات الراديوية يتكون من عنصرين: كهربائي ومغناطيسي، فمن الملائم غالبًا التعبير عن شدة مجال الإشعاع بوحدات خاصة بكل عنصر. تُستخدم وحدة الفولت لكل متر (V/m) للعنصر الكهربائي، ووحدة الأمبير لكل متر (A/m) للعنصر المغناطيسي. ويمكننا أن نتحدث عن مجال كهرومغناطيسي ، وتُستخدم هذه الوحدات لتوفير معلومات حول مستويات شدة المجالين الكهربائي والمغناطيسي في موقع القياس.

تُعدّ كثافة القدرة وحدةً شائعة الاستخدام لوصف المجال الكهرومغناطيسي للترددات الراديوية . وتُستخدم كثافة القدرة بدقةٍ أكبر عندما تكون نقطة القياس بعيدةً بما يكفي عن باعث الترددات الراديوية، بحيث تقع فيما يُعرف بمنطقة المجال البعيد لنمط الإشعاع. [ 26 ] أما عند الاقتراب من المُرسِل، أي في منطقة "المجال القريب"، فقد تكون العلاقات الفيزيائية بين المكونات الكهربائية والمغناطيسية للمجال معقدة، ويُفضّل استخدام وحدات شدة المجال المذكورة سابقًا. تُقاس كثافة القدرة بوحدة القدرة لكل وحدة مساحة، على سبيل المثال، بوحدة ملي واط لكل سنتيمتر مربع (ملي واط/سم² ) . وعند الحديث عن الترددات في نطاق الموجات الميكروية وما فوقها، تُستخدم كثافة القدرة عادةً للتعبير عن الشدة، نظرًا لأن التعرضات المحتملة ستكون على الأرجح في منطقة المجال البعيد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كومار، سانجاي؛ شوكلا، سوراب (2014). مفاهيم وتطبيقات هندسة الميكروويف . دار نشر PHI Learning Pvt. Ltd.، ص 3. ISBN  978-8120349353.
  2. ↑ إلينغسون، ستيفن و. (2016). هندسة أنظمة الراديو . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 16-17 . ISBN  978-1316785164أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-11-2020 .
  3. ↑ "الموجات الراديوية | أمثلة، استخدامات، حقائق، ومدى | بريتانيكا" . www.britannica.com . 26-07-2024. مؤرشف من الأصل بتاريخ 13-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-09-2024 .
  4. ↑ "الفصل 1: المصطلحات والخصائص التقنية - المصطلحات والتعريفات". لوائح الراديو (ملف PDF) . جنيف، سويسرا: الاتحاد الدولي للاتصالات . 2016. ص 7. ISBN  9789261191214تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 29-08-2017.
  5. ↑ هارمان، بيتر مايكل (1998). الفلسفة الطبيعية لجيمس كلارك ماكسويل . كامبريدج، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 6. ISBN  0-521-00585-X.
  6. ↑ إدواردز، ستيفن أ. "هاينريش هيرتز والإشعاع الكهرومغناطيسي" . الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم. مؤرشف من الأصل في 15 يونيو 2022. تم الاطلاع عليه في 13 أبريل 2021 .
  7. 1 2 3 جوسلينج، ويليام (1998). هوائيات الراديو وانتشار الموجات (ملف PDF) . نيونس. الصفحات 2، 12. ISBN  0750637412تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 28-10-2021 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-10-2021 .
  8. ↑ شور، بروس و. (2020). وجهات نظرنا المتغيرة حول الفوتونات: مذكرات تعليمية . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 54. ISBN  9780192607645أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 04-12-2021 .
  9. ↑ "حاسبة فائقة للتردد الكهرومغناطيسي والطول الموجي والطاقة " . 1728.org . أنظمة برمجيات 1728. مؤرشف من الأصل في 9 يونيو 2019. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2018 .
  10. ↑ "كيف تُنتَج الموجات الراديوية" . المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي . مؤرشف من الأصل في 28 مارس 2014. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2018 .
  11. ↑ "الفصل 1: المصطلحات والخصائص التقنية - المصطلحات والتعريفات". لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات اللاسلكية (ملف PDF) . جنيف، سويسرا: الاتحاد الدولي للاتصالات . 2016. ISBN 9789261191214تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 29-08-2017.
  12. ↑ إلينغسون، ستيفن و. (2016). هندسة أنظمة الراديو . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 16-17 . ISBN  978-1316785164أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-11-2020 .
  13. 1 2 سيبولد، جون س. (2005). "1.2 أنماط الانتشار" . مقدمة في انتشار الترددات الراديوية . جون وايلي وأولاده. ص 3-10 . ISBN  0471743682أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 03-02-2017 .
  14. ↑ كوتا، جان لويس؛ غاريه، فريدريك؛ والاس، فنسنت ب. (2018). مبادئ مطيافية تيراهيرتز في المجال الزمني: كتاب تمهيدي . مطبعة سي آر سي. ص 18. ISBN  9781351356367أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 21 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مايو 2021 .
  15. ↑ سيجل، بيتر (2002). "دراسة طاقة الكون" . مواد تعليمية . موقع ناسا الإلكتروني. مؤرشف من الأصل في 20 يونيو 2021. تم الاطلاع عليه في 19 مايو 2021 .
  16. 1 2 3 براين، م. (7 ديسمبر 2000). "كيف يعمل الراديو" . HowStuffWorks.com . مؤرشف من الأصل في 2 أكتوبر 2009. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2009 .
  17. ↑ كيتشن، رونالد (2001). دليل السلامة من إشعاع الترددات الراديوية والميكروويف ( الطبعة الثانية). نيونس. الصفحات 64-65 . ISBN   0750643552.
  18. ^ فان دير فورست، أندريه؛ روزين، آري؛ كوتسوكا، يوجي (2006). تفاعل الترددات اللاسلكية/الميكروويف مع الأنسجة البيولوجية . جون وايلي وأولاده. ص 121 – 122. ISBN    0471752045أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-02-2018 .
  19. ↑ غراف، رودولف ف.؛ شيتس، ويليام (2001). اصنع بنفسك أجهزة إرسال منخفضة الطاقة: مشاريع لمجرب الإلكترونيات . نيونس. ص 234. ISBN  0750672447أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-02-2018 .
  20. ↑ إلدر ، جو ألين؛ كاهيل، دانيال ف. (1984). "الآثار البيولوجية للإشعاع الراديوي" . الآثار البيولوجية للإشعاع الراديوي . وكالة حماية البيئة الأمريكية . الصفحات 5.116-5.119 . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-08-2019 . 
  21. ↑ هيتشكوك، ر. تيموثي؛ باترسون، روبرت م. (1995). طاقات الترددات الراديوية والترددات الكهرومغناطيسية المنخفضة للغاية: دليل للمهنيين الصحيين . سلسلة الصحة والسلامة الصناعية. جون وايلي وأولاده. الصفحات 177-179 . ISBN  9780471284543أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-02-2018 .
  22. ↑ «الوكالة الدولية لأبحاث السرطان تصنف المجالات الكهرومغناطيسية ذات الترددات الراديوية على أنها قد تكون مسرطنة للإنسان» (ملف PDF) . www.iarc.fr (بيان صحفي). منظمة الصحة العالمية . 31 مايو 2011. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 12 ديسمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 يناير 2019 .
  23. ↑ "العوامل المصنفة وفقًا لدراسات الوكالة الدولية لأبحاث السرطان" . monographs.iarc.fr . المجلدات 1-123. الوكالة الدولية لأبحاث السرطان . 9 نوفمبر 2018. مؤرشف من الأصل في 6 سبتمبر 2019. تم الاطلاع عليه في 9 يناير 2019 . 
  24. ↑ بان، ر.؛ غروس، ي.؛ لوبي-سيكريتان، ب.؛ الغساسي، ف. (2014). "المجالات الكهرومغناطيسية للترددات الراديوية: تقييم مخاطر الإصابة بالسرطان" (ملف PDF) . monographs.iarc.fr (ملصق المؤتمر). الوكالة الدولية لأبحاث السرطان . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 10 ديسمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 يناير 2019 .
  25. ↑ كيميل، ويليام د.؛ جيرك، داريل (2018). التوافق الكهرومغناطيسي في المعدات الطبية: دليل للمصممين والفنيين . روتليدج. ص 6.67. ISBN  9781351453370أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22-09-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-02-2018 .
  26. ↑ الرابطة الوطنية للمذيعين (1996). دليل تنظيم الهوائيات والأبراج . قسم العلوم والتكنولوجيا. الرابطة الوطنية للمذيعين . ص 186. ISBN  9780893242367تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 1 مايو 2018.

للمزيد من القراءة