Что такое радиоволны, и почему мы их используем?

Добавлено 23 мая 2018 в 02:16

Узнайте, что такое электромагнитное излучение, и почему оно так полезно для беспроводной связи.

Когда мы говорим об электричестве, мы, естественно, думаем о проводах. От высоковольтных линий передачи до крошечных проводников на печатной плате провода по-прежнему являются основным средством передачи электрической энергии из одного места в другое.

Но история последовательно демонстрирует, что люди редко, если вообще когда-либо, бывают удовлетворены основным способом выполнения чего-либо, и поэтому мы не должны удивляться, узнав, что за распространением электричества последовало широко распространенное стремление освободить электрический функционал от ограничений физических соединений.

Существуют различные способы добавления «добавления» электрического функционала к электрическую систему. Одним из них является использование электромагнитного излучения (ЭМИ), которое является основой для радиосвязи. Однако важно признать, что электромагнитное излучение не является уникальным по своей способностей электрической схемотехники в беспроводную область. Всё, что может проходить через непроводящий материал, (механическое движение, звуковые волны, тепло) может быть использовано в качестве (возможно сырого) средства преобразования электрической энергии в информацию, которая не полагается на проводящие соединения.

Аккуратно управляемые сигналы синусоидального напряжения (или тока) являются основой современной эпохи беспроводной связи

С учетом вышесказанного мы можем задать себе более актуальные вопросы. Почему электромагнитное излучение (ЭМИ) является предпочтительным? Почему другие типы беспроводной связи имеют такое второстепенное значение? Прежде чем ответить на эти вопросы, давайте выясним, что такое электромагнитное излучение.

Поля и волны

Вы могли бы потратить годы на изучение деталей электромагнетизма. К счастью, вам не нужен такой опыт для успешного проектирования и реализации радиочастотных схем. Но вам нужно иметь базовое представление о таинственной энергии, излучаемой антенной вашего устройства.

Как следует из названия, электромагнитное излучение (ЭМИ) включает в себя как электрические поля, так и магнитные поля. Если у вас есть напряжение (напряжение, приложенное к импедансу антенны), то у вас есть электрическое поле (с математической точки зрения электрическое поле пропорционально пространственной скорости изменения напряжения). Если у вас есть электрический ток (ток, проходящий через импеданс антенны), то у вас есть магнитное поле (сила поля пропорциональна величине тока).

Электрическое и магнитное поля присутствуют, даже если величина напряжения или тока постоянна. Однако эти поля не будут распространяться. Если мы хотим, чтобы волна распространялась во вселенной, нам нужны изменения напряжения и тока.

Электрическая и магнитная составляющие электромагнитной волны представлены в виде перпендикулярных синусоид

Ключом к этому явлению распространения является самоподдерживающаяся связь между электрической и магнитной составляющими электромагнитного излучения (ЭМИ). Изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. Эта взаимная регенерация проявляется как отдельная сущность, а именно, как электромагнитная волна. Один раз образовавшись, эта волна будет распространяться в направлении от своего источника изо дня в день, со скоростью света, в сторону глубин неизвестного.

Создание ЭМИ и управление ЭМИ

Проектирование полной системы радиосвязи не является простым процессом. Тем не менее, очень легко создать электромагнитное излучение (ЭМИ), и на самом деле вы генерируете его, даже если не хотите этого. Любой изменяющийся во времени сигнал в любой цепи генерирует ЭМИ, это включает в себя и цифровые сигналы. В большинстве случаев это ЭМИ представляет собой просто шум. Если оно не вызывает никаких проблем, вы можете его игнорировать. В некоторых случаях оно может фактически мешать другим схемам, и в этом случае оно становится электромагнитными помехами (ЭМП).

Таким образом, мы видим, что радиочастотное проектирование заключается не только в создание ЭМИ; скорее, RF проектирование – это искусство и наука о генерации, манипуляции и интерпретации ЭМИ таким образом, чтобы можно было надежно передавать полезную информацию между двумя схемами, которые не имеют прямого электрического соединения.

Почему ЭМИ?

Теперь давайте вернемся к вопросу о том, почему системы на основе ЭМИ настолько распространены по сравнению с другими формами беспроводной связи. Другими словами, почему «беспроводная» почти всегда означает радиочастотная, когда и другие различные явления могут передавать информацию без помощи проводов. Есть несколько причин.

Гибкость

ЭМИ является естественным расширением электрических сигналов, используемых в проводных схемах. Изменяющиеся во времени напряжения и токи генерируют ЭМИ, хотите ли вы этого или нет, и, кроме того, ЭМИ является точным представлением переменных компонентов исходного сигнала.

Каждая часть этой сложной формы QPSK сигнала передает два бита цифровой информации

Рассмотрим экстремальный (и совершенно непрактичный) контрпример: систему беспроводной связи на основе тепла. Представьте, что в комнате есть два отдельных устройства. Передающее устройство нагревает помещение до определенной температуры на основе сообщения, которое оно хочет отправить, а приемное устройство измеряет и интерпретирует температуру окружающей среды. Эта система будет медлительной и неудобной, потому что температура в помещении не может точно следовать изменениям сложного электрического сигнала. ЭМИ, с другой стороны, очень быстро реагирует. Передаваемые радиосигналы могут точно воспроизводить даже сложные высокочастотные сигналы, используемые в современных беспроводных системах.

Скорость

В системах со связью по переменному току скорость передачи данных зависит от того, насколько быстро может изменяться сигнал. Другими словами, чтобы передавать информацию, сигнал должен что-то делать (например, увеличивать и уменьшать амплитуду). Оказывается, что ЭМИ является практическим средством связи даже на очень высоких частотах, что означает, что радиочастотные системы могут достичь чрезвычайно высоких скоростей передачи данных.

Расстояние

Стремление к беспроводной связи тесно связано со стремлением к связи на большие расстояния; если передатчик и приемник находятся в непосредственной близости, часто проще и экономичнее использовать провода. Хотя мощность радиосигнала уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, ЭМИ в сочетании с методами модуляции и сложной схемотехникой приемника всё еще обладает замечательной способностью передавать полезные сигналы на большие расстояния.

Интенсивность ЭМИ уменьшается экспоненциально по мере того, как излучаемая энергия распространяется во всех направлениях от источника

Не требуется прямая видимость

Единственной средой беспроводной связи, которая может конкурировать с ЭМИ, является свет; это, возможно, и не удивительно, так как свет – это очень высокочастотное ЭМИ. Но природа оптической передачи подчеркивает, возможно, решающее преимущество радиочастотной связи: для нее не требуется линия прямой видимости.

Наш мир наполнен твердыми объектами, которые блокируют свет (даже очень мощный). Мы все испытывали интенсивную яркость летнего солнца, но эта интенсивность значительно снижается простым куском тонкой ткани. Низкочастотное ЭМИ, используемое в радиочастотных системах, напротив, проходит сквозь стены, пластиковые корпуса, облака и, хотя это может показаться немного странным, сквозь каждую клетку человеческого тела. Эти радиочастотные сигналы не полностью свободны от влияния этих материалов, и в некоторых случаях может вноситься значительное затухание. Но по сравнению со светом ЭМИ (низкочастотное) проходит практически через всё.

Резюме

• «RF» («РЧ») относится к использованию электромагнитного излучения для передачи информации между двумя цепями, которые не имеют прямого электрического соединения.
• Изменяющиеся во времени напряжения и токи генерируют электромагнитную энергию, распространяющуюся в виде волн. Мы можем беспроводным образом передавать аналоговые и цифровые данные, манипулируя и интерпретируя эти волны.
• ЭМИ является доминирующей формой беспроводной связи. Одной из альтернатив является использование света (например, в оптоволоконных системах), но радиосигнал более универсален, поскольку низкочастотное ЭМИ не блокируется непрозрачными объектами.

Оригинал статьи:

• What Is RF and Why Do We Use It?

Теги

QPSKRF / РЧМодуляцияРадиоволныРадиосвязьЭлектромагнитное излучение (ЭМИ) / Electromagnetic radiation (EMR)

Оглавление

Вперед

суть, принципы, модуляция, что такое радиоволна

Кто-то мечтает о новом айфоне, кто-то о машине, а кто-то о наборе деталей и новом динамике для своего радио. не так давно были времена, когда пределом мечтаний золотой молодежи был обычный транзисторный радиоприемник.

Радио было верным спутником человека весь 20-й век. Знаменитые объявления от советского информбюро, первые музыкальные передачи, настоящий прорыв в передаче информации, революция в СМИ – все это радио.

All we hear is radio Ga-Ga. В сегодняшней статье разберемся с тем, что такое радио и как оно работает.

Знаменитое “радио Га-га” из песни группы Queen – не что иное, как детский лепет сына барабанщика группы. Роджер Тейлор услышал, как ребенок бормочет и коверкает слова, а потом решил, что из этого может получиться неплохой припев для песни.

Когда-то радио было круче, чем интернет – факт. Еще один факт – без радио не будет никакого интернета. Пусть приемники слушают не так часто, радио-технологии активно развиваются и используются  в спутниковой связи, телевидении, мобильных телефонах, рациях, медицинских приборах… Короче, везде.

Суть радио в самом широком смысле:

Радио — способ беспроводной передачи данных, при котором в качестве носителя информации используется радиоволна.

Давайте же узнаем, как эта штука работает, и кто это придумал.

Попов, Маркони, Тесла?

Кем впервые была открыта радиосвязь? Говорить о конкретном изобретателе радио в принципе неправильно, так как слишком много людей в разное время сделали свой вклад в развитие этой технологии. Здесь и Томас Эдисон, и Никола Тесла, и Александр Попов, и Гульельмо Маркони, и многие другие.

Гульельмо Маркони

Интересно, что во многих странах есть свой изобретатель радио. Споры о том, кто был первым, велись долго, и на то было много причин.

В России традиционно считалось, что радио изобрел Александр Попов. Да, Попов проводил успешные эксперименты в области передачи данных начиная с 1895 года , однако его изобретение было сильно усовершенствовано и доведено «до ума» иностранными коллегами. К тому же Попов не патентовал свою работу.

Безусловно, вклад Попова в развитие радио нельзя недооценивать. Однако считать его единственным изобретателем радио неверно. Мнение, что Александр Попов изобрел радио, во многом было навязано пропагандой СССР, когда все возможные и невозможные изобретения пытались приписать советскому союзу.

Также противостояние вели Тесла и Маркони. Никола Тесла утверждал, что провел эксперименты по беспроводной передаче сигнала раньше 1896 года, когда это сделал Маркони. Однако Маркони, обладавший коммерческой жилкой, успел запатентовать изобретение первым.

Заслуга этого человека в том, что именно он смог найти прежде лишь теоретическим идеям действительно широкое практическое применение.

Настоящей сенсацией в 1901 году стала передача радиосигнала на расстояние 3200 километров. Тогда многие ученые считали, что радиоволна не может распространиться на такую дальность из-за шарообразной формы Земли.

Что такое радиоволна

Волна – это колебание. Морская волна – это колебание поверхности воды.

А радиоволна – изменение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве.

Так же как и свет, радиоволны представляют собой электромагнитное излучение. Разница лишь в частоте и длине волны. Скорость распространения радиоволны в вакууме равна примерно 300000 километров в секунду.

Ниже приведем весь спектр электромагнитных колебаний и покажем место радиоволн в нем.

Электромагнитное излучение

Радиоволна – это сигнал. То, что передает информацию. Радиоволны делятся на диапазоны: от субмиллиметровых до сверхдлинных. Для каждого диапазона волн характерны свои особенности распространения.

Например, чем больше длина волны и чем меньше частота, тем больше волна способна огибать преграды. Длинные волны огибают всю планету.

Все маяки и спасательные станции настроены на волну длиной 6 метров и частотой 500 кГц.

Средние волны подвержены поглощению и рассеиванию сильнее. Длина их распространения – около 1500 км. Короткие волны проходят небольшие расстояния, их энергия поглощается поверхностью планеты.

Прежде чем разбираться с самим радио, нужно уточнить еще несколько моментов. Как именно передается информация.

Как передается информация. Модуляция

Возьмем электромагнитную волну. Она представляет собой синусоиду, колебания векторов напряженности магнитного и электрического полей. «Где же здесь информация?» спросите вы, и в этом вопросе есть резон.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Сама по себе синусоида не несет никакой информации. Для передачи данных используется модуляция сигнала. Есть разные виды модуляций:

• амплитудная;
• фазовая;
• частотная;
• амплитудно-частотная.

Например, аббревиатура FM означает frequency modulation – частотная модуляция.

Модуляция – это изменение одного из параметров сигнала.

Частотная модуляция – это изменение частоты. Амплитудная – соответственно, амплитуды. Конечно, изменение не простое, а несущее в себе информацию.

У нас есть несущий сигнал (несущее колебание) и информационный сигнал (речь, звук, музыка). Модуляция несущего сигнала позволяет зашифровать в нем информацию. Причем параметр этого сигнала изменяется в соответствии с информационным сигналом.

Далее будем рассматривать частотную модуляцию, так как FM-радиостанции – самые популярные, а говорить приятнее о том, что привычно. При частотной модуляции сигнал не изменяется по амплитуде. В соответствии с изменениями уровня информационного сигнала меняется частота несущего колебания.

Вот как это выглядит:

Принцип работы частотной модуляции

Как работает радио

Простейший радиоприемник содержит приемник и передатчик. Передатчик должен отправить сигнал, а приемник – принять его.

При этом приемник не просто передает, а кодирует сигнал, применяя модуляцию. Передатчик также должен произвести обратное действие, то есть раскодировать сингал. И вот тогда мы получим тот же сигнал, что нам передали.

Например, вы едете в маршрутке, где водитель слушает радио «Шансон». Лето, жара, дачники, ехать еще несколько часов… В общем, красота, да и только. Но не будем отвлекаться! По радио звучит очень душевная песня.

Когда говорят «95.2 FM», подразумевают ультракороткую радиоволну с несущей частотой 95.2 Мегагерца.

Спектр ее сигнала имеет примерно такой вид. Это – информационный сигнал.

Спектр песни

Чтобы передать его на расстояние, эту информацию нужно зашифровать.  Передатчик на радиостанции отправляет несущую синусоидальную волну в пространство, проводя частотную модуляцию.

Приемник в кабине у водителя, наоборот, выделяет из пришедшего сигнала полезную составляющую. Далее сигнал отправляется на усилитель, с усилителя — на динамик. Как следствие – все счастливо путешествуют под музыку!

Зная принцип действия радио, можно при желании самостоятельно собрать радиоприемник из простых компонентов. Как это сделать с помощью картошки – узнаете из видео. Сразу скажем, сами не проверяли, но если вы попробуете — расскажите нам, как получилось. А если перед вами задачка посложнее и нужна помощь в ее решении обращайтесь в студенческий сервис.

фактов о радиоволнах | Наука с Kids.com

Опубликовано Admin / в научных фактах

Открытие радиоволн было одним из самых значительных открытий в области связи. Без радиоволн нам пришлось бы изобрести другой способ передачи радиопередач, телевизионных передач, сотовой связи и беспроводного доступа в Интернет. Узнайте некоторые интересные факты о радиоволнах.

Большинство используемых сегодня форм связи работают благодаря радиоволнам

Факты о радиоволнах

• Радиоволна — это не звуковая волна, это электромагнитная волна.


• Электромагнитные волны образуются при соединении электрического и магнитного полей.


• Электромагнитные волны очень быстрые. Они путешествуют со скоростью света.


• Ультрафиолетовые световые волны (солнечный свет), радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи, инфракрасное излучение (дистанционное управление), гамма-волны, Bluetooth и радар — все это типы электромагнитных волн.


• Радиоприемник принимает радиоволны и преобразует их в электрический сигнал. Затем радиосхема преобразует электрический сигнал в звуковые волны. В радиоприемниках есть усилитель для увеличения мощности звуковых волн.


• Радиоволны передаются на разных частотах.


• AM (амплитудно-модулированные) радиоволны находятся в диапазоне частот от 550 кГц до 1600 кГц.


• FM (частотно-модулированные) радиоволны находятся в диапазоне частот от 88 МГц до 108 МГц.


• Беспроводные интернет-маршрутизаторы, также известные как wi-fi, используют радиоволны в диапазоне частот 2,4 гигагерца (ГГц) или 5,8 ГГц.


• Служба сотовой связи 4G (или 4-го поколения) использует радиоволны. Эта новая технология позволяет передавать данные на смартфоны и другие сотовые устройства со скоростью до 1 ГГц в секунду.


• Приемники GPS используют радиоволны. Радиоволны распространяются от спутников GPS на орбите, что помогает определить местоположение GPS на Земле.


• НАСА, Национальный научный фонд (США) и другие астрономы используют радиотелескоп для изучения космоса.


• Джеймс Максвелл, разработавший несколько важных математических уравнений для электричества, разработал теорию о том, что электромагнитные волны возможны при сочетании электрических и магнитных полей. Максвелл также думал, что когда эти электромагнитные волны были созданы, они будут распространяться вечно, если только они не будут поглощены какой-либо материей.


• Ученый по имени Генрих Герц использовал уравнения Максвелла для создания первой электромагнитной радиоволны. В его честь единица измерения радиоволн была названа герцем.

• socialShare»> Поделиться
• Ценю
• Метки
• Об авторе
• Наверх

Вы нам тоже нравитесь 🙂

Спасибо, что нашли время оставить отзыв!

• научные факты
• фактов о морской биологии
• фактов о жизни в океане
• фактов о морском коньке для детей
• информация о морском коньке

написал Админ

Что такое электромагнитные волны? Определение электромагнитных волн, значение электромагнитных волн

Что такое электромагнитные волны? Определение электромагнитных волн, значение электромагнитных волн — The Economic Times

Поиск

+

Деловые новости›Определения›Космические технологии›Электромагнитные волны

Предложить новое определение

Предлагаемые определения будут рассмотрены для включения в Economictimes.

com

Space-Technology

• Предыдущее определение

• Следующее определение

Определение: Электромагнетические волны или EM Waves-это Waves, которые создаются в результате вибрации. поле. Другими словами, электромагнитные волны состоят из колеблющихся магнитных и электрических полей.

Описание: Электромагнитные волны образуются, когда электрическое поле вступает в контакт с магнитным полем. Поэтому они известны как «электромагнитные» волны. Электрическое поле и магнитное поле электромагнитной волны перпендикулярны (под прямым углом) друг к другу. Они также перпендикулярны направлению электромагнитной волны.

ЭМ волны распространяются в вакууме с постоянной скоростью 3,00 x 108 мс-1. Они не отклоняются ни электрическим полем, ни магнитным полем. Однако они способны показывать интерференцию или дифракцию. Электромагнитная волна может проходить через что угодно — будь то воздух, твердый материал или вакуум. Ему не нужна среда для распространения или перемещения из одного места в другое. С другой стороны, механическим волнам (таким как звуковые волны или волны воды) нужна среда для перемещения. ЭМ волны являются «поперечными» волнами. Это означает, что они измеряются по их амплитуде (высоте) и длине волны (расстоянию между самой высокой/низшей точкой двух последовательных волн).

Самая высокая точка волны известна как «гребень», а самая низкая точка известна как «впадина». Электромагнитные волны можно разделить на диапазон частот. Это известно как электромагнитный спектр. Examples of EM waves are radio waves, microwaves, infrared waves, X-rays, gamma rays, etc.

Read More News on

• ELECTROMAGNETIC WAVESEM WAVESMECHANICAL WAVESELECTROMAGNETIC SPECTRUM
• CREST

• PREV DEFINITION

• СЛЕДУЮЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

cms.utilities.CMSDateUtility» xmlns:java=»java»> Связанные новости

• Дроны Pak: BSF дает вознаграждение в 1 литр рупий пограничным группам «нападающих»; использует спуферы для глушения полетов. Денежный приз в размере 1000 рупий своей команде «убийц», набор глушителей и спуферов, а также многоуровневое патрулирование силами службы безопасности — вот некоторые из мер, принятых пограничными силами (ЧБ) для сдерживания растущего проникновение беспилотников с наркотиками и оружием из Пакистана в Индию.
• Индия против Китая: как совпали их космические программыМиссия по запуску IRNSS-1H на борту PSLV-C39закончилась неудачей в августе прошлого года после того, как спутник застрял в теплозащитном экране.
• В поисках неизвестного: борьба между исследователями паранормальных явлений и рационалистами Охотники за привидениями и исследователи паранормальных явлений пытаются найти научное обоснование паранормальных явлений.
• Скоро превратите свою гостиную в беспроводную зарядную станциюНью-Йорк, 9 января (IANS) Что, если вы сможете удаленно заряжать свой смартфон с помощью телевизора с плоским экраном в своей гостиной? Если верить команде американских инженеров, превратить вашу гостиную в беспроводную зарядную станцию ​​— не надуманная мечта.
• Google нарисовал дудл в честь ученого Джагадиша Чандра БоузаНью-Дели, 30 ноября (IANS) Компания Google отметила выдающийся вклад ученого Джагадиша Чандра Боуза, пионера в области электромагнитных волн и изобретателя ранней версии беспроводной связи. — в день его 158-летия.
• Марс теряет в 10 раз больше водорода, когда находится ближе всего к Солнцу MAVEN непрерывно отслеживает утечку водорода в течение марсианского года, который длится почти два земных года.
• Данные SCATSAT-1 будут использоваться НАСА: ISROChennai, 27 сентября (IANS) Данные, полученные индийским метеорологическим спутником SCATSAT-1, выведенным на орбиту в понедельник, будут использоваться международными космическими агентствами, включая НАСА и Европейское космическое агентство (ЕКА).