موجات الراديو هي صنف من الموجات الكهرومغناطيسية تستخدم كثيرًا في مجال تكنولوجيا الاتصالات. فهي تلعب دورًا محوريًا في عمل أجهزة الراديو والتلفاز والأجهزة الخليوية. فكل هذه الأجهزة تستقبل موجات الطيف الراديوي وتحولها إلى ذبذبات ميكانيكية لخلق الصوت. طيف الراديو هو جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي. والذي يتألف من سبعة أطياف هي بالترتيب التصاعدي من حيث الطاقة أو التردد: الراديو- الميكرو – الأشعة تحت الحمراء – الضوء المرئي – الأشعة فوق البنفسجية – أشعة أكس – أشعة جاما حسب تقسيم جامعة روتشستر.
تتمتع موجات الراديو بأطوال موجية هي الأعلى بين كل الموجات الكهرومغناطيسية إذ يتراوح طول الموجة في مجال الراديو بين 1 ميلليمتر و 100 كيلومتر. أما ترددات الراديو فهي الأدنى بين الموجات الكهرومغناطيسية. فهي تتراوح بين 3 كيلوهرتز و 300 بليون هرتز.
الطيف الراديوي محدود، وغالبًا ما يتم تشبيهه بالأراضي الزراعية. فيجب تقسيم الطيف الراديوي بين المستخدمين بالطريقة الأكثر فعالية تمامًا كما تُقسّم الأراضي الزراعية بما يضمن وفرة الإنتاج وتنوعه. تُقسِّم الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات في وزارة التجارة بالولايات المتحدة مخصصات (حصص) التردد على طول مجال الطيف الراديوي.
اكتشاف موجات الراديو:
وفقًا لمكتبة اسكتلندا الوطنية، توقّع عالم الفيزياء الاسكتلندي الكبير جيمس كليرك ماكسويل، الذي طور نظرية موحدة للكهرومغناطيسية في القرن التاسع عشر، وجود موجات الراديو. فيما بعد طبق هاينريش هيرتز، وهو عالم فيزياء ألماني، نظريات ماكسويل لإرسال واستقبال موجات لاسلكية.
استخدم هيرتز لهذا الغرض أدوات منزلية بسيطة، تتضمن زنبرك (نابض حلزوني) موصل للكهرباء وجرة ليدن (نوع بدائي من المكثف يتكون من جرة زجاجية بطبقات رقائقية من الداخل والخارج) لخلق موجات كهرومغناطيسية. أصبح هيرتز أول شخص يقوم بإرسال واستقبال موجات الراديو القابلة للبرمجة. اليوم، تسمى وحدة تردد الموجات الكهرومغناطيسية: هيرتز، تيمنًا به.
نطاق موجات الراديو:
تقسم الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات في الولايات المتحدة الطيف الراديوي عمومًا إلى تسعة نطاقات:
الترددات المنخفضة إلى المتوسطة:
موجات الراديو ELF وهي أدنى ترددات الراديو، لها أطوال موجية طويلة للغاية وهو ما يجعلها مهمة جدًا في اختراق المياه والصخور للتواصل مع الغواصات، وداخل المناجم والكهوف. تقول مجموعة “Stanford VLF” إن أقوى مصدر طبيعي لموجات ELF أو VLF هو البرق.
تنعكس موجات الراديو الناتجة عن الصواعق عند اصطدامها بالأرض ثم ترتد مرة أخرى عند الغلاف الأيوني (طبقة الغلاف الجوي التي تحتوي على تركيز عالٍ من الأيونات والإلكترونات الحرة) حسب موقع Phys.org، اضطرابات البرق يمكنها تشويه إشارات الراديو المرسلة إلى الأقمار الصناعية.
نطاقات الراديو LF وMF تشمل إشارات الراديو المستخدمة في الملاحة البحرية والجوية، وكذلك إشارات راديو AM المشهورة، وفقًا لصفحة RF: تتراوح ترددات AM بين 535 كيلوهرتز إلى 1.7 ميجاهرتز، يمكن لأجهزة الراديو المنزلية المشهورة التقاط موجات AM بعيدة المدى، خاصة في الليل عندما تنعكس معظم الموجات عند بلوغها الغلاف الجوي المتأين، لكن مشكلة إشارات AM هو التداخل الذي يؤثر على جودة الصوت، وكذلك انخفاض قوة الإشارة عندما تصطدم بعائق ما (ناطحة سحاب ذات جدران معدنية على سبيل المثال).
ترددات أعلى:
تشتمل نطاقات HF و VHFو UHFعلى إشارات راديو FM، إشارات البث التلفزيوني، الهواتف المحمولة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS). تعتمد هذه النطاقات عادةً على نظام تعديل التردد FM.
في نظام تعديل التردد: يظل الحد الأقصى وهو ما يسمى بالانجليزية: (amplitude) ثابتًا بينما يتغير التردد بين المصادر المختلفة، حيث يكون لكل محطة بث في منطقة ما تردد خاص بها بينما يقوم المستخدم بتعديل معالج جهاز الراديو الخاص به لاستقبال هذا التردد وهو ما تفعله أنت بالضبط عندما تغير الإذاعة التي تستمع اليها في منزلك أو سيارتك.
عادة تكون إشارات FM أكثر وضوحًا من إشارات AM ذلك لأنها أقل تأثرًا بالعوامل المناخية. تتراوح ترددات FM بين 88 ميجاهرتز إلى 108 ميجاهرتز.
ترددات HF:
يَستخدم راديو الموجة القصيرة ترددات في نطاق (HF)، تتراوح بين حوالي 1.7 ميجاهرتز إلى 30 ميجاهرتز، وفقًا للرابطة الوطنية لمحطات بث الموجات القصيرة (National Association of Shortwave Broadcasters “NASB”).
ضمن هذا النطاق، ينقسم طيف الراديو إلى عدة امتدادات، بعضها مخصص لمحطات البث المألوفة عالميًا مثل صوت أمريكا، ومؤسسة الإذاعة البريطانية وصوت روسيا. في جميع أنحاء العالم، هناك المئات من هذه المحطات، ويمكن سماعها في مناطق واسعة جدًا لأن إشاراتها ترتد من الأيونوسفير، وتعود إلى مئات أو آلاف الأميال من نقطة المنشأ، وفقًا لـNASB.
أعلى الترددات:
تمثل موجات نطاقي SHFو EHFأعلى ترددات في نطاق الراديو. بالنسبة لنطاق: EHF تميل الجزيئات الموجودة في الهواء إلى امتصاص هذه الموجات، ما يحد من مداها وتطبيقاتها. ومع ذلك، تسمح أطوال موجاتها القصيرة نسبيًا (مقارنة بباقي الموجات الراديوية) بتوجيهها ضمن شعاع ضيق بواسطة الأطباق الهوائية (Satellite dish antennas). يسمح ذلك باتصالات قصيرة المدى وعالية الوضوح بين المواقع الثابتة.
أما موجات SHF، فهي تتأثر بالهواء أقل من موجات EHF، وهي تستخدم في التطبيقات قصيرة المدى مثل Wi-Fi وBluetooth وUSB اللاسلكي. يمكن لموجات SHF العمل في مسارات خط الرؤية فقط، لأنها تنعكس عند اصطدامها بالأجسام الصلبة كالسيارات والقوارب والطائرات، وفقًا لصفحة RF، ولهذا فهي تستخدم في الرادار.
الراديو وعلم الفضاء:
إن الفضاء الخارجي يعج بمصادر موجات الراديو: الكواكب، النجوم، سُحُب الغاز والغبار، المجرات، النجوم النابضة وحتى الثقوب السوداء. إن دراسة أشعة الراديو القادمة من جرم فضائي معين، يساعد علماء الفلك في التعرف على حركة هذا الجرم وتركيبته الكيميائية وكذلك العمليات التي تسبب هذه الموجات.
يرى التلسكوب الراديوي السماء بشكل مختلف تمامًا عما يظهر في الضوء المرئي. بدلًا من رؤية النجوم على شكل نقاط، يلتقط التلسكوب الراديوي النجوم النابضة البعيدة ومناطق تشكل النجوم وبقايا السوبرنوفا.
يمكن للتلسكوبات الراديوية أيضًا التقاط الكويزارات. (الكويزار- quasar) هو نواة مجرة مشعة بشكل لا يصدق مدعومة من ثقب أسود هائل. الكويزارات تشع الطاقة على نطاق واسع عبر الطيف الكهرومغناطيسي بما في ذلك موجات الراديو، الكويزارات حيوية للغاية. بعضها يشع طاقة تفوق 1000 مرة طاقة مجرة درب التبانة برمتها.
اقرأ أيضًا:
أتذكرون موجات الراديو التي رصدت مؤخرًا؟ إنها قادمة من الفضاء!
هاينرش هيرتز: مكتشف الموجات الراديوية
ترجمة: أسامة أبو إبراهيم
تدقيق: محمد نجيب العباسي
