امواج رادیو
امواج رادیو نوعی از تشعشعات الکترومغناطیسی هستند و هنگامی بوجود میآیند که یک شی باردار شده با فرکانسی که در بخش فرکانس رادیویی (RF) طیف الکترومغناطیسی قرار دارد شتاب بگیرد. این محدوده فرکانس از ده ها هرتز تا چند گیگا هرتز تغییر میکند. تشعشعات الکترومغناطیسی توسط نوسانات میدانهای الکتریکی و مغناطیسی انتشار مییابند و از طریق هوا و نیز خلا به همان خوبی عبور میکنند و نیازی به واسطه انتقال ندارند.
در مقابل، دیگر انواع تشعشعات الکترومغناطیسی با فرکانس هایی بالای محدوده RF به این شرح اند: اشعه گاما، اشعه X و مادون قرمز، ماورا بنفش و نور مرئی.
وقتی که امواج رادیویی از یک سیم عبور می کنند، میدان الکتریکی و مغناطیسی متغیر آنها (بر حسب شکل سیم) جریان و ولتاژی متناوب در سیم القا میکنند. این جریان و ولتاژ را میتوان به سیگنال های صوتی و دیگر انواع سیگنال تبدیل کرد که اطلاعات را انتقال دهند.
با وجودی که واژه رادیو برای توصیف این پدیده به کار میرود، ارسال داده هایی که ما به عنوان تلویزیون، رادیو، رادار و تلفن می شناسیم، همگی در کلاس انتشار فرکانس رادیویی هستند.
کشف
پایه های تئوری انتشار امواج الکترومغناطیسی برای اولین بار توسط جیمز کارل ماکسول در سال 1873م در مقاله ای تحت عنوان یک تئوری دینامیک از میدان الکتریکی که به انجمن رویال ارائه شده بود، بیان شد که نتیجه کار وی در طی سال های بین 1861م تا 1865م بود.
بین سال های 1886م و 1888م، هاینریش رودلف هرتز برای اولین بار تئوری ماکسول را از طریق آزمایشاتش تایید کرد. آزمایشات وی نشان می دادند که تشعشعات رادیویی تمامی خواص امواج (که امروزه امواج هرتز خوانده می شوند) را دارا هستند، و کشف کرد که معادلات الکترومغناطیس را می توان به صورت معادلات مشتقات جزئی بازنویسی کرد که معادلات موج نامیده شد.
اختراع و تاریخچه
اینکه چه کسی مخترع اصلی رادیو است، که در آن زمان تلگراف بیسیم نامیده می شد، مورد اختلاف است. ادعاهایی وجود دارد که ناتان ستابلفیلد رادیو را پیش از تسلا و مارکونی ساخت اما بنظر می رسد که دستگاه وی به جای ارسال رادیویی با ارسال القایی کار می کرده است.
در سال 1893م در سنت لوییس میسوری، نیکلا تسلا اولین نمایش عمومی ارتباطات رادیویی را انجام داد.
او در مقابل موسسه فرانکلین در فیلادلفیا و انجمن روشنایی الکتریکی ملی اصول ارتباطات رادیویی را به دقت شرح و توضیح داد. تجهیزاتی که او استفاده کرد تمامی اجزایی را که قبل از ساخته شدن تیوب خلا در سیستم های رادویی وجود داشت، دارا بودند. او بر خلاف مارکونی و دیگران که از کوهیرر استفاده می کردند، برای اولین بار از گیرنده های مغناطیسی استفاده کرد http://www.teslasociety.com/teslarec.pdf.
در سال 1894م سر الیور لوج نشان داد که می توان با استفاده از یک آشکار ساز با نام کوهیرر پیام دادن توسط امواج رادیویی را ممکن ساخت. این آشکار ساز متشکل از تیوبی پر شده با براده های آهن بود که توسط تمیستوکل کالزچی ـ اونستی در فرموی ایتالیا در سال 1884م ساخته شده بود. بعدها ادوارد برنلی از فرانسه و الکساندر پوپوف از روسیه نسخه بهبود یافته ای از کوهیرر را ابداع کردند. مردم روسیه ادعا می کنند پوپوف که سیستم ارتباطاتی عملیای بر پایه کوهیرر ساخت، مخترع رادیو بوده است.
فیزیکدانی هندی با نام جاجدیش چاندرا بوس استفاده از امواج رادیویی را به صورت عمومی در تاریخ نوامبر 1894م در کلکته نمایش داد اما او مایل به ثبت کارش نبود. مشاهده کنید:
(http://www.ieee-virtual-museum.org/collection/people.php?taid=&id=1234735&lid=1 IEEE Virtual Museum).
در سال 1896م گاگلیلمو مارکونی جایزه آنچه که گاها به عنوان اولین حق ثبت اختراع رادیو در دنیا با شماره حق ثبت اختراع بریتانیا 12039 از آن یاد می شود، را دریافت کرد، بهبود در ارسال ضربه های الکتریکی و سیگنال ها و در نتیجه بهبود دستگاه ها.
در سال 1897م در ایالات متحده برخی پیشرفت های کلیدی در رادیو توسط نیکلا تسلا بوجود آمد و به نام او ثبت شد. در سال 1904م دفتر ثبت اختراع ایالات متحده احتمالا به دلیل پشتیبان های مالی مارکونی که شامل توماس ادیسون و اندریو کارنجی می شد، تصمیم گرفت که حق ثبت اختراع رادیو را به مارکونی اعطا کند. برخی اعتقاد دارند که دولت ایالات متحده بدین دلیل حق ثبت اختراع را به تسلا نداد که از مجبور شدن به پرداخت حق امتیازی که نیکلا تسلا برای استفاده دولت از حق ثبت اختراعش مطالبه می کرد خودداری کند.
در سال 1909م مارکونی به همراه کارل فردیناند براون جایزه نوبل فیزیک را برای تلاش هایی برای ساخت تلگراف بیسیمدریافت کردند. به هرحال کمی بعد از مرگ تسلا در سال 1943م حقوق ثبت اختراع تسلا (شماره 645576) توسط دادگاه عالی ایالات متحده به وضع اول بازگشت. این تصمیم بر این اساس گرفته شده بود که تسلا کارهایی را پیش از حق ثبت مارکونی انجام داده بود. برخی معتقدند که این کار احتمالا به دلایل مالی انجام شده است تا دولت بتواند از پرداخت خساراتی که شرکت مارکونی ادعا می کرد که به دلیل استفاده اختراعش در جریان جنگ اول باید دریافت کند، سر باز زند. برخی حدس می زنند که دولت در ابتدا حق ثبت اختراع را به ماکونی داد تا هرگونه ادعای تسلا را برای جبران خساراتش بی اعتبار کند.
مارکونی اولین کارخانه بیسیم را در جهان در خیابان هال، در چلمسفورد انگلستان در سال 1898م افتتاح کرد و حدود 50 نفر را نیز استخدام کرد. در حوالی 1900م تسلا برج واردنکلیف را افتتاح کرد و شروع به تبلیغ خدمات آن کرد. در سال 1903 ساختمان برج تقریبا کامل شد. نظرات مختلفی وجود دارد که چگونه تسلا قصد داشت به اهداف این سیستم (آنگونه که بیان شده یک سیستم 200 کیلو واتی) بیسیم دست یابد. تسلا ادعا کرد که واردنکلیف به عنوان بخشی از سیستم انتقال جهانی، قابلیت دریافت و ارسال مطمئن چند کاناله اطلاعات، جهتیابی جهانی، هماهنگی زمان و یک سیستم جهانی موقعیت را دارا خواهد بود.
اختراع بزرگ بعدی آشکار ساز تیوب خلا بود که توسط تیمی از مهندسین وستینگهاوس ساخته شد.
در شب کریسمس سال 1906م، ریجینالد فسندن (با استفاده از مدار بازز) اولین ارسال صوتی رادیویی را از برنت راک، ماساچوست انجام داد. کشتی های روی دریا امواج ارسال شدهای را شنیدند که شامل صدای فسندن در حال نواختن آواز اوه شب مقدس با ویلون و خواندن متنی از انجیل بود. اولین برنامه خبری رادیویی توسط ایستگاه 8MK در میشیگان در 31 آگوست 1920م ارسال شد.
اولین پخش بیسیم منظم برنامه های سرگرمی جهان در سال 1922م از مرکز تحقیقاتی مارکونی در ریتل نزدیک چلمسفورد، انگلستان شروع شد که مکان اولین کارخانه بیسیم نیز بود.
رادیوهای اولیه تمامی توان فرستنده را از طریق یک میکروفن کربنی ارسال می کردند. درحالی که برخی از رادیوها از نوعی تقویت جریان الکتریکی یا باتری استفاده می کردند، از اواسط دهه 1920م اکثر انواع گیرنده ها دستگاه های کریستالی بودند. در دهه 1920م تیوب های خلا تقویت کننده منجر به انقلابی در گیرنده های رادیویی و فرستنده های رادیویی شد.
پیشرفت ها در قرن 20
- هواپیماها از ایستگاه های رادیویی AM برای جهت یابی استفاده کردند. این کار تا اوایل دهه 1960م ادامه داشت تا زمانی که در نهایت سیستم های VOR متداول شدند (اگر چه ایستگاه های AM هنوز روی جداول هوانوردی مشخص شده هستند).
- در دهه 1920م از رادیو برای ارسال تصاویر تلویزیون استفاده شد. ارسال آنالوگ استاندارد در آمریکای شمالی و اروپا در دهه 1940م آغاز شد.
- در سال 1960م، سونی اولین رادیوی ترانزیستوری را ارائه کرد این رادیو آنقدر کوچک بود که در جیب جلیقه جا می شد و با یک باتری کوچک کار می کرد. این دستگاه برای مدت طولانی کار می کرد چرا که دیگر تیوبی نداشت که بسوزد. در طول 20 سال بعد ترانزیستورها کاملاً جای تیوب ها را گرفتند مگر در جاهایی که توان ها و فرکانس های بسیار بالا نیاز بود.
- در سال 1963م تصاویر تلویزیون رنگی به صورت تجاری ارسال شدند و اولین (رادیو) ماهواره مخابراتی، TELSTAR به مدار فرستاده شد.
- در اواخر دهه 1960م، شبکه تلفن راه دور ایالات متحده با بکار گیری رادیوهای دیجیتال در بسیاری از لینک هایش، شروع به دیجیتال کردن شبکه کرد.
- در دهه 1970م، LORAN تبدیل به اولین سیستم جهت یابی رادیویی شد. پس از مدت کمی نیروی دریایی ایلات متحده شروع به انجام آزمایشاتی با جهت یابی ماهواره ای کرد که منجر به ساخت و ارسال گروه GPS در سال 1987م شد.
- در اوایل 1990م آزمایشگرهای رادیوی آماتور شروع کردند به استفاده از رایانه های شخصی با کارت های صوتی تا بتوانند سیگنال ها را پردازش کنند.
در سال 1994م ارتش آمریکا و DARPA پروژهای جسورانه و موفق را برای ساخت یک رادیوی نرم افزاری به انجام رساندند که توانست با تغییر نرمافزار در پرواز تبدیل به رادیویی متفاوت شود.
- در اواخر دهه 1990م ارسال دیجیتال برای پخش مورد استفاده قرار گرفت
لیست کل یادداشت های این وبلاگ
