کاربردهای رادیو
بسیاری از کاربردهای اولیه رادیو دریایی بودند مثلا برای ارسال پیام های
کد مورس بین
کشتی ها و خشکی.
امروزه رادیو شکل های مختلفی به خود گرفته است که شامل
شبکه های بی سیم،
ارتباطات موبایل از همه نوع، و
نیز پخش برنامه رادیویی. اطلاعات بیشتر را راجع به رادیو در
تاریخچه رادیو مشاهده کنید.
قبل از ظهور
تلویزیون، برنامه های تجاری رادیو فقط شامل
اخبار نبود بلکه
موسیقی،
نمایش،
کمدی و انواع دیگر سرگرمی ها را نیز در بر می گرفتند. رادیو در بین نمایش های دراماتیک تک بود چرا که رادیو تنها از صدا استفاده می کرد. برای اطلاعات بیشتر
برنامه سازی رادیویی را مشاهده کنید.
تعدادی از کاربردهای رادیو در زیر آورده شده است:
صوتی
- رادیوی پخش برنامه AM موسیقی و صدا را در فرکانس میانی (MF بین 3/0 تا 3 MHz) طیف رادیو ارسال می کند. این رادیو از مدولاسیون AM استفاده می کند. در این نوع از مدولاسیون صداهای بلندتر در میکروفون موجب تغییرات بیشتر در توان ارسالی می شود در حالی که فرکانس بدون تغییر باقی می ماند. پارازیت بر روی ارسال سیگنال اثر می گذارد چرا که صاعقه و دیگر منابع پارازیتی امواج رادیویی شان را بر روی امواج رادیویی سیگنال ارسالی سوار می کنند.
- رادیوی پخش برنامه FM موسیقی و صدا را با دقت بالاتری از رادیوی AM ارسال میکند. در مدولاسیون فرکانس صداهای بلندتر در میکروفون منجر به تغییر بیشتر فرکانس ارسالی میشود در حالی که توان ارسالی سیگنال دست نخورده باقی میماند. مدولاسیون FM نیاز به فضای فرکانسی بیشتری نسبت به AM دارد و فرکانس های بیشتری هم در فرکانس های بالاتر وجود دارند و بنابراین ایستگاه های بیشتری می توانند اطلاعات بیشتری را ارسال کنند. اثر دیگر این است که امواج کوتاه تر بیشتر شبیه نور عمل می کنند یعنی در یک خط مستقیم سیر می کنند و توسط یون کره به زمین بازگشت داده نمی شوند، که این امر موجب می شود که محدوده دریافت موثر کوتاه تری داشته باشیم. گیرنده های FM تحت تاثیر اثر جذب قرار می گیرند که موجب می شود هنگامی که چندین سیگنال بر روی یک فرکانس قرار می گیرند، رادیو تنها قوی ترین سیگنال را دریافت کند. گیرنده های FM نسبتاً در برابر تداخل های صاعقه و جرقه ایمن هستند.
- زیر حامل های FM دومین سیگنال هایی اند که به همراه برنامه اصلی ارسال می شوند. گیرنده های خاصی مورد نیاز است تا بتوان از این امکان بهره جست. کانال های آنالوگ ممکن است شامل برنامه های مختلفی باشند مانند: خدمات خواندن برای نابینایان، سیگنال های موسیقی پس زمینه یا صدای استریو.
در برخی از مناطق بسیار شلوغ مرکزی این زیر کانال ها می توانند برنامه ای به یک زبان خارجی برای گروه های قومی مختلفی که در آن مکان زندگی می کنند پخش کنند. زیر حامل ها همچنین می توانند اطلاعات دیجیتال مانند مشخصات ایستگاه، نام ترانه در حال پخش، آدرس وب، یا شاخص سهام را ارسال کنند. در برخی از کشورها رادیوهای FM با استفاده از زیر باند ها، به طور خودکار خودشان را در مکان های مختلف بر روی یک کانال خاص تنظیم می کنند.
- رادیوهای صوتی هوانوردی از VHF AM استفاده می کنند. از مدولاسون AM بدین جهت استفاده می شود که بتوانیم چندین ایستگاه را روی یک کانال دریافت کنیم. (کاربرد AM موجب می شود تا بدلیل اثر جذب ایستگاه های قوی تر مانع از دریافت ایستگاه های ضعیف تر شوند).
هواپیماها اغلب آنقدر بالا پرواز می کنند که رادیوهای آنها می تواند حتی در صورت استفاده از مدولاسیونVHF صدها مایل دورتر را مشاهده (رادیویی) کند.
- رادیوهای صوتی دریایی می توانند از AM در موج کوتاه فرکانس بالا (HF از 3 تا 30 MHz) برای فواصل خیلی بلند یا از FM باند باریک در طیف VHF برای فواصل بسیار نزدیک تر استفاده کند.
- دولت، پلیس، آتش نشانی و خدمات تجاری صوتی از FM باند باریک بر روی فرکانس های خاص استفاده می کنند. دقت فدای استفاده از یک رینج کوچکتر از فرکانس رادیویی شده است که معمولاً برای بیشترین فشار دارای یک انحراف پنج کیلو هرتزی (پنج هزار سیکل در دقیقه) است. در حالی که در FM این انحراف 75 و در صدای تلویزیون 25 کیلو هرتز است.
- خدمات عمومی و نظامی HF (فرکانس بالا) صوتی از رادیوی موج کوتاه برای ارتباط با کشتی ها در دریا، هواپیماها و مناطق مسکونی دور افتاده استفاده می کنند. اغلب این خدمات از صدای تک باند جانبی (SSB) استفاده می کنند که پنهای باند کمتر نسبت به AM را بکار می برد. صدای SSB بر روی رادیوی AM مانند کوک کوک یک اردک شنیده می شود. اگر سیگنال AM را بر روی یک نمودار فرکانس توان مشاهده کنیم، این سیگنال تنها در فرکانس هایی که صدا با فرکانس رادیویی اصلی جمع و تفریق می شود دارای توان است. SSB با قربانی کردن حامل و معمولاً تک باند جانبی پایینی، پهناهای باند را نصف می کند. این امر همچنین منجر به سه برابر شدن توان فرستنده می شود چرا که دیگر نیازی به ارسال حامل و باند جانبی بی مصرف نیست.
تلفن
- سل فون ها اطلاعات را به یک برج فرستنده محلی ارسال می کنند که خود این برج از طریق فیبر نوری یا رادیوی میکروویو به شبکه تلفن عمومی متصل است. وقتی که تلفن محدوده برج فرستنده را ترک می کند، رایانه مرکزی تلفن را به یک برج فرستنده جدید مرتبط می کند. سل فون ها ابتداءً از FM استفاده می کردند اما امروزه اغلب آنها از کدگزاری دیجیتال استفاده می کنند.
- تلفن های ماهواره ای دو نوع هستند: ENMARSAT و Iridium. هر دو نوع این تلفن ها تمام زمین را پوشش می دهند. اینمارسات از ماهواره های زمین ثابت به همراه آنتن های گین بالا استفاده می کند. ایریدیوم تمامی سل فون ها را تحت پوشش قرار می دهد مگر اینکه برج فرستنده، ماهواره ای در مدار باشد.
ویدیو
- تلویزیون تصاویر را به صورت AM و صدا را به صورت FM روی همان سیگنال رادیویی ارسال می کند.
- تلویزیون دیجیتال سه بیت را به صورت 8 درجه از سیگنال FM کد گزاری می کند. این بیت ها به صورت غیر منظم ارسال می شوند تا اثر فوران نویز رادیویی را کاهش دهند. یک کد اصلاح خطای REED-Solomon اجازه می دهد که گیرنده خطاها را در داده ها شناسایی و اصلاح کند. اگر چه که هر گونه داده ای را می توان ارسال کرد اما استاندارد این است که برای تصاویر از MPEG-2 و پنج کانال (مرکز، چپ، راست، چپ عقب، راست عقب) دیجیتال کیفیت CD (1/44 کیلو هرتز) استفاده کنیم. با این وجود تنها نیمی از پهنای باند یک تلویزوین آنالوگ اشغال شده است چرا که داده ها تصویری فشرده شده اند.
جهت یابی
- تمامی سیستم های جهت یابی ماهواره ای از ماهواره هایی با ساعت های دقیق استفاده می کنند. ماهواره موقعیت خودش را به همراه زمان ارسال می فرستند. گیرنده با چهار ماهواره ارتباط دارد و می تواند موقعیت خودش را بر روی خط مماس بر پوسته کروی اطراف هر ماهواره که توسط زمان ارسال سیگنال ها از ماهواره بدست می آید، محاسبه کند. رایانه ای در گیرنده این محاسبات ریاضی را انجام می دهد.
- سیستم لوران نیز از زمان انتشار سیگنال های رادیویی استفاده می کرد اما سیگنال های فرستاده شده از ایستگاه های روی زمین.
- سیستم های VOR (که توسط هواپیماها بکار می روند) دو فرستنده دارند. یک فرستنده جهتی که مانند یک فانوس دریایی و با سرعتی ثابت سیگنالش را اسکن می کند. وقتی که فرستنده جهتی رو به شمال دارد، یک فرستنده جهت ثابت پالسی ارسال می کند. هواپیما می تواند از دو VOR اطلاعات را دریافت کند و موقعیت خود را در محل تقاطع دو خط بدست آورد.
- قبل از 1960میلادی جهت یاب ها از آنتن های حلقوی قابل حملی برای مکانیابی ایستگاه های رادیویی خصوصی اطرف شهرها استفاد می کردند. گاهی اوقات آنها از دستگاه هدایت رادیویی دریایی استفاده می کردند که در رینجی از فرکانس های بالای رادیوی AM با کاربران رادیویی آماتور مشترک بودند.
- رادار اشیاء را توسط بازگشت امواج رادیویی از آنها شناسایی می کند. تاخیری که در بازگشت امواج ایجاد می شود فاصله شیئ را معین می کند. جهت شعاع موج جهت بازگشت را تعیین می کند. پلاریزاسیون و فرکانس موج برگشتی می تواند جنس سطح جسم را معین کند.
- رادراهای جهت یابی محوطه وسیعی را دو تا چهار بار در دقیقه اسکن می کنند. آنها از امواج بسیار کوتاهی استفاده می کنند که توسط زمین و سنگ برگشت داده می شود. از این رادارها در کشتی های تجاری و هواپیماهای تجاری بلند پرواز استفاده می شود.
- رادارهای همه منظوره عموماً از فرکانس های رادار جهت یابی استفاده می کنند اما پالس را تغییر داده و پلاریزه می کنند تا گیرنده بتواند نوع سطح جسم منعکس کننده را تعیین کند. بهترین رادارهای همه منظوره قادر به تشخیص باران های طوفان های سنگین و نیز زمین و وسایل نقلیه هستند.
- رادارهای جستجو، محوطه وسیعی را توسط پالس هایی از امواج رادیویی کوتاه اسکن می کنند. این رادارها معمولاً محوطه را ظرف یک دقیقه دو تا چهار بار اسکن می کنند. برخی از رادارهای جستجو، اثر دوپلر را برای تشخیص وسایل نقلیه متحرک از دیگر چیزها بکار می برند.
- رادارهای هدف گیری از اصولی مشابه رادار جستجو استفاده می کنند اما محوطه خیلی کوچکتر و دورتری را چندین بار در ثانیه یا حتی بیشتر اسکن می کنند.
- رادارهای هواشناسی نیز مشابه رادارهای جستجو هستند اما از امواج رادیویی استفاده می کنند که دارای پلاریزاسیون چرخشی هستند و طول موجشان بگونه ای باشد که توسط قطرات ریز آب منعکس شوند. برخی از رادارهای هواشناسی از دوپلر برای تعیین سرعت باد استفاده می کنند.
خدمات فوری
انواع مختلفی از این دستگاه ها وجود دارد که دارای کارکرد های مختلفی هستند.
- قدیمی ترین نوع ارسال اطلاعات تلگراف شکاف جرقه بود که توسط پیشگامانی چون مارکونی بکار می رفته است. با فشار دادن یک دکمه کاربر می توانسته اطلاعات را به صورت کد مورس توسط دادن انرژی به یک شکاف جرقه دوار رفت و برگشتی، ارسال کند. کموتاتور دوار تولید تونی در گیرنده می کرده که در آن، یک شکاف جرقه ساده تولید صدای فش فش می کرده است. این صدا از پارازیت قابل تشخیص نبود. این فرستنده ها امروزه غیر قانونی هستند چرا که ارسال آنها باند فرکانسی وسیعی (چند صد مگا هرتز) را اشغال می کند. این امر هم هدر دادن فرکانس رادیویی است و هم توان.
- گام بعدی تلگراف موج پیوسته (CW) بود که در آن یک فرکانس رادیویی خالص ناشی از یک نوسان گر الکترونیکی تیوب خلا، توسط کلیدی خاموش و روشن می شد. گیرنده ای با یک نوسان گر محلی تولید یک تون صوتی ای شبیه صدای سوت می کرد. CW از باند فرکانسی ای کمتر از 100 هرتز استفاده می کرد. از این دستگاه هنوز هم توسط کاربران رادیویی آماتور (کاربران ایستگاه های رادیویی خصوصی) استفاده می شود.
- تله تایپ رادیویی که معمولاً در روی موج کوتاه (HF) کار می کند و بسیار مورد علاقه ارتش است که اطلاعات نوشته شده را بدون نیاز به یک کاربر ماهر بدست خواهند آورد. آنها یک بیت را به صورت یکی از دو تون ارسال می کنند. گروه های پنج یا هفت تایی تولید یک کارکتر می کنند که توسط تله تایپ چاپ می شود. از سال 1925م تا 1975م رادیوی تله تایپ وسیله ای بود که توسط آن پیام های تجاری به کشورهای کمتر توسعه یافته ارسال می شد. از این دستگاه ها کماکان توسط ارتش و امور هواشناسی استفاده می شود.
- هواپیماها از یک رادیوی تله تایپ 1200 بودی (بیت بر ثانیه) بر روی باند VHF استفاده می کنند که از آن برای ارسال مشخصات شان، ارتفاع و موقعیت، و گرفتن اجازه ورود به باند و اطلاعات پرواز متصل استفاده می کنند.
- دیش های میکروویو بر روی ماهواره ها، مبادلات تلفنی و ایستگاه های تلویزیونی معمولاً از مدولاسیون دامنه قائم (QAM) استفاده می کنند. QAM اطلاعات را توسط تغییر دادن هم فرکانس و هم دامنه سیگنال رادیویی ارسال می کند. مهندسین از این نوع مدولاسیون خوششان می آید چرا که این روش بیشترین بیت ممکن را بر روی سیگنال رادیویی جاسازی می کند. معمولاً بیت ها در قاب هایی که تکرار می شوند ارسال می شوند. یک الگوی بیتی خاص برای تعیین شروع یک قاب بکار می رود.
گرما
- اجاق های ماکروویو از امواج رادیویی قوی برای گرم کردن غذا استفاده می کنند. (توجه: این اشتباهی عمومی است که تصور می کنند امواج رادیویی بر روی فرکانس رزونانس مولکول های آب تنظیم شده اند. فرکانس های ماکروویو که در این اجاق ها بکار می رود در واقع تقریباً ده برابر کمتر از فرکانس روزنانس مولکول های آب هستند.)
نیروی مکانیکی
- اشعه های تراکتور: امواج رادیویی نیروهای الکترواستاتیکی و مغناطیسی کوچکی از خود بروز می دهند. این نیروها برای حفظ وضعیت در محیط های میکروگرانشی کافی هستند.
- پیشرانه فضاپیما: فشار تشعشعی ناشی از امواج رادیویی قوی برای استفاده به عنوان روشی برای رانش یک فضا پیمای میان ستاره ای که Starwisp خوانده می شود، پیشنهاد شده است. به دلیل اینکه این امواج بلند هستند فضا پیما می تواند یک توری فلزی بسیار سبک باشد و بنابراین می تواند به شتابی بیشتر از حالتی که از پره خورشیدی استفاده می کند برسد.
دیگر موارد
- رادیوی آماتور یک وسیله عمومی فوری است که توسط مشتاقانی که تجهیزات این رادیو را خریداری کرده اند یا خودشان ساخته اند، ایجاد شده است. این رادیوها بر روی تعداد زیادی از باندهای باریک روی طیف رادیو کار می کنند. این افراد از تمامی انواع کدگذاری شامل کدگذاری مطلق و تجربی استفاده می کنند. تعداد زیادی از انواع رادیو توسط این آماتورها برای اولین بار ایجاد شدند که بعدها از نظر تجاری مهم شدند مانند FM، تک باند جانبی AM، رادیوی دیجیتال جیبی و تکرار کننده های ماهواره ای.
- انتقال توان: طرح های متعددی پیشنهاد شده است که با استفاده از میکروویوها و تکینیک هایی که ارائه شده به ارسال توان بپردازیم. برای مثال یکی از این طرح ها ایستگاه توان خورشیدی در مدار است که انرژی را به مصرف کننده های روی زمین ارسال می کند.
همچنین ببینید