علوم / اتصالات / موجات الراديو Radio waves

موجات الراديو Radio waves

مقدمة

يستخدم العديد من الناس أجهزة المذياع في استقبال البث الإذاعي. 
الراديو أو المذياع من أهم وسائل الاتصال. مكّن الراديو المجتمعات الإنسانية من إرسال الصوت الإنساني والموسيقى والإشارات بأنواعها المختلفة إلى أرجاء متعددة من العالم. وبفضل الراديو أصبح بإمكان المسافرين على متن السفن والطائرات الاتصال وتبادل المعلومات . كما يمكن استخدام موجات الراديو للاتصال بالفضاء الخارجي.

يعمل الراديو بتحويل الأصوات والإشارات إلى موجات كهرومغنطيسية تدعى أيضًا موجات الراديو. وهي تسافر عبر الهواء والفضاء، كما تستطيع الانتشار عبر بعض الأجسام الصلبة كجدران المباني. وتنتقل موجات الراديو بسرعة الضوء، أي 299,792كم/ث، ويحول جهاز الاستقبال هذه الموجات إلى الصوت الأصلي.

أسهم العديد من العلماء في تطوير الراديو، ولايمكن اعتبار عالم بعينه بأنه مخترع الراديو. وقد أرسل العالم الإيطالي جوليلمو ماركوني أول إشارة بث إذاعي في عام 1895م. أما في وقتنا الراهن فإن موجات الراديو تُبث من آلاف المحطات والمصادر المختلفة، وتملأ الجو من حولنا بإشاراتها وبثها المتواصل.

نبذة تاريخية

جيمس كلارك ماكسويل (13 يونيو 1831 - 5 نوفمبر 1879)

كان جيمس ماكسويل أول من انتبه وتنبئ بموجات الراديو، وذلك عن طريق تجربة رياضية سنة 1865. فقد لاحظ بخصائص موجية تشابه الضوء وقريبة من الصفات الكهربائية والمغناطيسية. فاقترح معادلات وصف فيها موجات الضوء وموجات الراديو كموجات كهرومغناطيسية تسبح في الفضاء المحيط. وفي عام 1887 أظهر العالم الألماني هيرتز صحة موجات ماكسويل الكهرومغناطيسية بواسطة تجربة إنتاج موجات راديوية في المختبر. ثم أتتت بعدها العديد من الاختراعات تظهر مدى الجدوى العملية في استخدام موجات الراديو في نقل المعلومات عبر الفضاء.

غوليلمو ماركوني (25 أبريل 1874 – 20 يوليو 1937)

يرجع الفضل إلى نيكولا تيسلا وغولييلمو ماركوني باكتشافهم أنظمة تسمح باستخدام موجات الراديو في الاتصالات .

تعريف موجات الرديو

موجات راديوية أو موجات الراديو (بالإنجليزية: Radio waves)، هي جزء من طيف الموجات الكهرومغناطيسية بطول موجي أعلى من تحت الحمراء. تنتج تلك الموجات بالطبيعة عن طريق البرق أو الأجسام الفلكية. أما استخدامه الصناعي فيكون في البث الإذاعي الثابت والمتحرك، مثل الراديو والتلفزة واتصالات الخلويوالملاحة، ويتم بها أيضا الاتصال برواد الفضاء، وبواسطتها يجرى التحكم في صواريخ الفضاء، والتحكم في كل الأجهزة التي يرسلها الإنسان إلى الكواكب وعالم الفضاء، وأيضا شبكات الكمبيوتر وتطبيقات أخرى لا تعد ولا تحصى. ويبلغ الطول الموجي لموجات الراديو بين عدة سنتيمترات إلي مئات الأمتار، فاختلاف الترددات لتلك الموجات يعطي خصائص مختلفة للانتشار في الغلاف الجوي; فالموجات الطويلة تغطي جزء من الكوكب بشكل دائم، والموجات الأقصر فإنها تنعكس من طبقة الأيونوسفيرمما يتيح لها السفر حول الكرة الأرضية. أما الموجات القصيرة فإنها تنحني أو تنعكس بشكل بسيط جدا ويكون مسارها هو خط الأفق وسرعتها هي نفس سرعة الضوء، أي 300000 (ثلاثمائة ألف) كيلومتر في الثانية.

كيف تعمل موجات الراديو
يتضمن الإرسال والاستقبال في كل أنواع الاتصالات التي تمر عن طريق موجات الراديو، بشكل عام، عددًا من المراحل، وهي : 1- تكوين إشارات الاتصال وتحويلها إلى موجات راديو، 2- إرسال موجات الراديو الحاملة للمعلومات الصوتية أو غيرها. 3- استقبال هذه الموجات وتحويلها إلى شكل يمكن فهمه. ite'> باكتشافهم أنظمة تسمح باستخدام موجات الراديو في الاتصالات .

الراديو هو عبارة عن منظومة اتصالات واسعة المدى تعمل على نطاق ترددي عالي.

الراديو بالمفهوم التقليدي لدى عامة الناس يعبر عن الجهاز الذي نستمع من خلاله للمحطات الإذاعية في الوقت الذي يحمل هذا المصطلح تحته منظومة اتصالات كاملة كأي منظومة اتصالات ... يتكون الراديو من :

_مرسل . 
_ الوسط الناقل.
_المستقبل.
أولا : المرسل:
يتمثل بمحطة البث الإذاعى على سبيل المثال..
و هي تتكون من مجموعة من المكونات ( الأنظمة الفرعية( :
أ- المشفّر : coder
الذي يحول اشارة المعلومة إلى سلسلة رقمية : 01010011
و ذلك باستخدام أي من أنظمة التشفير المعروفة عالميا. مثل ASCII
 كمثل على ذلك المنظومة الراديوية الرقمية .( digital radio system)

ب- الفلتر matched filter
الذي يحول الإشارة الرقمية الى تماثلية

ج- المعدّل (المظمن) modulator :
و هو يقوم بضرب الإشارة التماثلية الخارجة من خطوة ب بإشارة تماثلية أخرى ذات تردد عالي لنقلها عبر الوسط الناقل ... 
و التضمين  أنواع:
 AM وهي اختصار لكلمة amplitude modulation تضمين الاتساع (AM) طريقة للبث تعدل فيها قوة الموجة الحاملة لتوافق التغيرات في الموجة الترددية السمعية. 
FM ا ختصار لكملة frequency modulation تضمين التردد (FM) طريقة للبث، يعدل فيها تردد الموجة الحاملة حسب تغيرات الموجة الترددية السمعية
 phase modulation  PM
وهذي الثلاث مضمنات هي عبارة عن الصندوق الناقل للإشارة المراد إرسالها 

سؤال ؟ 
لماذا نقوم بإرسال الإشارة في اطار التضمين ( المضمن ) ؟
لأنه أحيان الإشارة SIGNAL تكون ضعيفة لا تستطيع الا نتقل الى مسافات بعيدة ايضا حماية لنفس الإشارة اذا كان فيها معلومات سرية كالجهات العسكرية تكون مشفرة أيضا تجنب للتشويش الحاصل إذا أرسلناها بدون معدل MODULATOR

ثانيا : الوسط الناقل:
و هو الفراغ الحر طبعا . قوة الاشارة وضعفها تعتمد على التضمين الناقل وايضا عوامل اخرى العوارض الطبيعية مثل الجبال والريع والعوارض الصناعية مثل المباني العالية   .


ثالثا: المستقبل : 
و يتكون من نفس مكونات المرسل و لكن بعكس الترتيب ... لإبطال مفعول كل خطوة حدثت على المرسل للوصول للإشارة الأساسية التي تحمل المعلومة.

ج- عكس المعدل : demodulator
يخلص الاشارة التماثلية من الاشارة التي ضمنة بها . الاشارة بدون التضمين الناقل 

ب- الفلتر- filter
يبطل مفعول الفلتر السابق و يعيد الاشارة للشكل الرقمي.

أ – المشفر - decoder
يفك التشفير الذي عمله المشفر في المرسل. وبالتالي يصل المستقبل للمعلومة التي تم إرسالها.

انواع موجات الرديو وبعض استخدمتها
قسمت موجات الراديو إلى عدة أحزمة حسب الترددات (وطول الموجة) كما يرى في الجدول التالي للطيف الترددي الراديوي:-

اسم الحزمة	اختصار	حزمة ITU	التردد و طول الموجة في الهواء	أمثلة باستخدامه
subHertz	subHz	0	< 3 Hz > 100,000 كيلومتر	موجات كهرومغناطيسية طبيعية أو صنع بشري ميليهرتز, ميكروهرتز, نانوهرتزأرضي، الغلاف الجوي، شمس، الكواكب، الخ
تردد فائق الانخفاض Extremely low frequency	ELF	1	3–30 هرتز 100,000 كم – 10,000 كم	الاتصالات مع الغواصات
تردد ما تحت المنخض Super low frequency	SLF	2	30–300 هرتز 10,000 كم – 1000 كم	الاتصالات مع الغواصات
تردد تحت المنخفض Ultra low frequency	ULF	3	300–3000 هرتز 1000 كم – 100 كم	الاتصالات داخل المناجم
تردد جد منخفض Very low frequency	VLF	4	3–30 كيلوهرتز 100 كم – 10 كم	وسائل الاتصال في الغواصات, ارشاد الانهيارات الثلجية,علم فيزياء الأرض، رصد معدل ضربات القلب اللاسلكي,
تردد منخفض Low frequency	LF	5	30–300 كيلو هرتز 10 كم – 1 كم	اتصالات الملاحة البحرية، إشارة الوقت، اذاعة البرامج AM لموجة طويلة، RFID
تردد متوسط Medium frequency	MF	6	300–3000 كيلوهرتز 1 كم – 100 متر	البث الإذاعي باستخدام تضمين مطالي لموجة متوسطة،
تردد عالي High frequency	HF	7	3–30 ميجاهرتز 100 م – 10 م	البث بموجة قصيرة، هواية اللاسلكي والاتصالات الملاحية لما وراء الأفق.
تردد جد عالي Very high frequency	VHF	8	30–300 ميجاهرتز 10 م – 1 م	T إذاعة إف إم، الإرسال الإذاعي للهواة, البث التلفزيوني، اتصالات الملاحة الجوية، الاتصالات الأرضية والبحرية الثابتة والمتنقلة.
تردد فوق العالي Ultra high frequency	UHF	9	300–3000 ميجاهرتز 1 م – 100 ملم	البث التلفزيوني، فرن ميكروويف، هواتف محمولة، شبكات لاسلكية,بلوتوث، نظام تحديد المواقع العالمي والاتصالات ثنائية الإتجاه مثل المحمول الأرضي، أنظمة راديو FRS و GMRS.
تردد ما فوق العالي Super high frequency	SHF	10	3–30 جيجاهرتز GHz 100 ملم – 10 ملم	أجهزة الميكروويف، شبكات لاسلكية، معظم الرادارات الحديثة
تردد فائق العلو Extremely high frequency	EHF	11	30–300 جيجاهرتز 10 ملم – 1 ملم	علم الفلك الراديوي, high-frequency microwave radio relay
أشعة تيراهيرتز	THz	12	300–30,000 جيجاهرتز 1 ملم – 90 ميكرومتر	تصوير بالأشعة، إمكانية الاستغناء عن أشعة إكس في التشخيص الطبي، فيزياء الجوامد دراسة تذبذب الجزيئات، مطيافية التيراهرتز، حاسوب بسرعة تيراهرتز - الاتصالات.

الخلاصة

·         نظريا، قد يستخدم أي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي لحمل المعلومات، لذا فلا يوجد حد أعلى أو أدنى لترددات الإرسال الراديوي.

·         يزداد امتصاص الغلاف الجوي للأرض للإشعاع الكهرومغناطيسي لما فوق 300 جيجاهرتز، لذا فهو يمنع وبشكل فعال الترددات العليا من الإشعاع الكهرومغناطيسي، ولكنه يصبح نافذا للموجات تحت الحمراء ونطاقات الترددات المرئية.

·         تتداخل الأحزمة التالية: ELF ،SLF ،ULF، و VLF مع طيف (التردد السمعي AF) والتي يكون نطاقها من 20–20,000 Hz. ولكن إرسال الصوت يكون بواسطة التمدد والانضغاط الجوي وليس من خلال الطاقة الكهرومغناطيسية.

·         لا يعتد أحيانا بكل من الأحزمة: SHF و EHF بأن تكون جزءا من الحزمة الراديوية، حيث أنها تشكل طيف موجات صغرى خاص بها.

المراجع :-

1.    –PBS, Tesla - Who Invented Radio?

2.    http://www.qariya.com/vb/showthread.php?t=600821

3.    http://ar.wikipedia.org

4.    http://www.drikimo.com/vb/showthread.php?p=83598