คลื่น... มลพิษชนิดใหม่

การใช้งานคลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุมีช่วงความถี่ตั้งแต่ประมาณ 10 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 300 จิกะเฮิรตซ์ ถูกนำไปใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคมด้านต่าง ๆ สรุปดังตาราง 1 ตาราง 1 คลื่นวิทยุความถี่ต่าง ๆ และการใช้งาน

ความถี่ (ชื่อ)	ความยาวคลื่น	การใช้งาน
ต่ำกว่า 30 kHz (VLF)	มากกว่า 10 km	ใช้สื่อสารทางทะเล
30 - 300 kHz (LF)	1- 10 km	ใช้สื่อสารทางทะเล
0.3-3 MHz (MF)	0.1-1 km	ใช้ส่งคลื่นวิทยุระบบเอเอ็ม
3-30 MHz (HF)	10-100 m	ใช้ส่งวิทยุคลื่นสั้นสื่อสารระหว่างประเทศ
30-300 MHz (VMF)	1-10 m	ใช้ส่งคลื่นวิทยุระบบเอฟเอ็มและคลื่นโทรทัศน์
0.3-3 GHz (VHF)	10-100 cm	ใช้ส่งคลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ
3-30 GHz (SHF)	1-10 cm	ใช้ส่งไมโครเวฟและเรดาร์
30-300 GHz (EHF)	1-10 mm	ใช้ส่งไมโครเวฟ

ปัจจุบันประเทศทั่วโลกใช้คลื่นวิทยุในการติดต่อสื่อสารกันอย่างแพร่หล าย เฉพาะในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นประเทศที่มีความเจริญก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสูงนั้น มีสถานีโทรทัศน์กว่า 1,000 สถานี สถานีวิทยุ 8,000 สถานี เครื่องรับส่งวิทยุ 40 ล้านเครื่อง จานส่งและรับสัญญาณไมโครเวฟกว่า 250,000 จาน และอุปกรณ์ไมโครเวฟที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมทั้งเตาไมโครเวฟที่ใช้ในบ้านเรือน อีกกว่า 40 ล้านเครื่อง อุปกรณ์เหล่านี้ผลิตและส่งกระจายคลื่นวิทยุออกสู่บรรยากาศตลอดเวลา โดยที่ประสาทสัมผัสของมนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้

ผลของคลื่นวิทยุที่มีต่อร่างกาย

คลื่นวิทยุสามารถทะลุเข้าไปในร่างกายมนุษย์ได้ลึกประมาณ 1/10 ของความยาวคลื่นที่ตกกระทบ และอาจทำลายเนื้อเยื่อของอวัยวะภายในบางชนิดได้ ผลการทำลายจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความเข้ม ช่วงเวลาที่ร่างกายได้รับคลื่นและชนิดของเนื้อเยื่อ อวัยวะที่มีความไวต่อคลื่นวิทยุ ได้แก่ นัยน์ตา ปอด ถุงน้ำดี กระเพาะปัสสาวะ อัณฑะ และบางส่วนของระบบทางเดินอาหาร โดยเฉพาะนัยน์ตา และอัณฑะ เป็นอวัยวะที่อ่อนแอที่สุดเมื่อได้รับคลื่นวิทยุช่วงไมโครเวฟ

คลื่นวิทยุช่วงความถี่ต่าง ๆ อาจมีผลต่อร่างกายดังนี้

1. คลื่นวิทยุที่มีความถี่น้อยกว่า 150 เมกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นมากกว่า 2 เมตร) คลื่นจะทะลุผ่านร่างกายโดยไม่ก่อให้เกิดผลใด ๆ เนื่องจากไม่มีการดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ ร่างกายจึงเปรียบเสมือนเป็นวัตถุโปร่งใสต่อคลื่นวิทยุช่วงนี้

2. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 150 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1.2 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 2.00 ถึง 0.25 เมตร) คลื่นวิทยุช่วงนี้สามารถทะลุผ่านเข้าไปในร่างกายได้ลึกประมาณ 2.5 ถึง 20 เซนติเมตร เนื้อเยื่อของอวัยวะภายในบริเวณนั้นจะดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ถึงร้อยละ 40 ของพลังงานที่ตกกระทบ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นในเนื้อเยื่อ โดยที่ร่างกายไม่สามารถรู้สึกได้ ถ้าร่างกายไม่สามารถกระจายความร้อนออกไปในอัตราเท่ากับที่รับเข้ามา อุณหภูมิหรือระดับความร้อนของร่างกายจะสูงขึ้น เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อร่างกาย ความร้อนในร่างกายที่สูงกว่าระดับปกติอาจก่อให้เกิดผลหลายประการ เช่น

- เลือดจะแข็งตัวช้ากว่าปกติ ผลอันนี้ถ้ามีการเสียเลือดเกิดขึ้น อาการจะมีความรุนแรง

- การหมุนเวียนของเลือดเร็วขึ้น

- ฮีโมโกลบินของเม็ดเลือดแดงจะมีความจุออกซิเจนลดลง ทำให้เลือดมีออกซิเจนไม่เพียงพอเลี้ยงเนื้อเยื่อต่าง ๆ เมื่อเนื้อเยื่อขาดออกซิเจนจะทำให้เซลล์สมอง ระบบประสาทส่วนกลางและอวัยวะภายในขาดออกซิเจนด้วย อาจทำให้มีการกระตุกของกล้ามเนื้อจนถึงชัก ถ้าสภาพเช่นนี้ดำเนินต่อไป ผลที่ตามมาก็คือ ไม่รู้สึกตัวและอาจเสียชีวิตได้

3. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 1-3 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 30 ถึง 10 เซนติเมตร) ทั้งผิวหนังและเนื้อเยื่อลึกลงไปดูดกลืนพลังงานได้ราวร้อยละ 20 ถึงร้อยละ 100 ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อ คลื่นวิทยุเช่นนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อนัยน์ตา โดยเฉพาะเลนส์ตาจะมีความไวเป็นพิเศษต่อคลื่นวิทยุความถี่ประมาณ 3 จิกะเฮิรตซ์ เพราะเลนส์ตามีความแตกต่างจากอวัยวะอื่นตรงที่ไม่มีเลือดมาหล่อเลี้ยงและไม่มีกลไกซ่อมเซลล์ ดังนั้นเมื่อนัยน์ตาได้รับคลื่นอย่างต่อเนื่องจะทำให้ของเหลวภายในตามีอุณหภูมิสูงขึ้น โดยไม่สามารถถ่ายโอนความร้อนเพื่อให้อุณหภูมิลดลงได้เหมือนเนื้อเยื่อของอวัยวะอื่น ๆ จึงจะก่อให้เกิดอันตรายอย่างรุนแรงตามมา พบว่าถ้าอุณหภูมิของตาสูงขึ้นเซลล์เลนส์ตาบางส่วนอาจถูกทำลายอย่างช้า ๆ ทำให้ความโปร่งแสงของเลนส์ตาลดลง ตาจะขุ่นลงเรื่อย ๆ ในที่สุดจะเกิดเป็นต้อกระจก สายตาผิดปกติ และสุดท้ายอาจมองไม่เห็น

4. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 3-10 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 10 ถึง 3 เซนติเมตร) ผิวหนังชั้นบนสามารถดูดกลืนพลังงานมากที่สุด เราจะรู้สึกว่าเหมือนกับถูกแสงอาทิตย์

5. คลื่นวิทยุที่มีความถี่สูงกว่า 10 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 3 เซนติเมตร) ผิวหนังจะสะท้อนให้กลับออกไป โดยมีการดูดกลืนพลังงานเล็กน้อย

ผลของคลื่นวิทยุต่อร่างกายโดยสรุป แสดงในตาราง 2

ตาราง 2 ผลของคลื่นวิทยุต่อร่างกาย

ความถี่	ความยาวคลื่น (m)	บริเวณสำคัญ ที่อาจเกิดอันตราย	ผลที่เกิดขึ้น
น้อยกว่า 150 MHz	มากกว่า 2.00	-	ทะลุผ่านร่างกายโดยไม่มีการดูดกลืน
150 MHz - 1.2 GHz	2.00-0.25	อวัยวะในร่างกาย	เกิดความร้อนบริเวณใต้ผิวหนัง และอวัยวะภายใน
1-3 GHz	0.30-0.10	เลนส์ตา	เป็นอันตรายต่อเลนส์ตาทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น
3-10 GHz	0.10-0.03	เลนส์ตาและผิวหนัง	รู้สึกร้อนที่ผิวหนัง เหมือนถูกแสงอาทิตย์
มากกว่า 10 GHz	น้อยกว่า 0.03	ผิวหนัง	สะท้อนที่ผิวหนัง หรือถูกดูดกลืนน้อยมาก

เคยมีรายงานทางการแพทย์เมื่อ พ.ศ. 2495 ว่ามีผู้ป่วยเป็นต้อกระจกจากไมโครเวฟ ผู้ป่วยเป็นเจ้าหน้าที่เทคนิคทำงานเป็นเวลา 1 ปี ในบริเวณที่มีเครื่องกำเนิดไมโครเวฟความถี่ 1.5-3 จิกะเฮิรตซ์ ที่ระดับความเข้ม 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร

ในการทดลองกับสัตว์ นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองฉายคลื่นวิทยุช่วงไมโครเวฟความเข้ม 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ไปที่ตาของกระต่าย พบว่าใน 1 ชั่วโมงต่อมา ของเหลวภายในลูกกระตากระต่ายมีอุณหภูมิสูงถึง 43 องศงเซลเซียส อีก 1 สัปดาห์ต่อมากระต่ายตัวนั้นตาบอด ส่วนในการทดลองกับหนูตัวผู้จำนวน 200 ตัว โดยให้หนูไปอยู่ใกล้เรดาร์ เมื่อผ่านไประยะเวลาหนึ่งพบว่าหนูร้อยละ 40 เป็นหมัน เนื่องจากเนื้อเยื่อของอัณฑะถูกทำลาย และหนูอีกร้อยละ 35 เซลล์เม็ดเลือดแดงจะพัฒนาเป็นมะเร็งต่อไป

มาตรฐานความปลอดภัย

นับตั้งแต่สมัยสงครามโลกครั้งที่สองเป็นต้นมา ในประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่นสหรัฐอเมริกา มีการพัฒนาและใช้อุปกรณ์ไมโครเวฟกันเป็นจำนวนมาก ทั้งในกิจการทหารและพลเรือน จึงได้มีการศึกษาผลของไมโครเวฟที่มีต่อร่างกาย โดยเริ่มในช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 และ มีรายงานในปี พ.ศ. 2496 ว่า คลื่นวิทยุช่วงไมโครเวฟเริ่มมีผลต่อร่างกายที่ระดับความเข้มตั้งแต่ 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตรขึ้นไป จึงมีการกำหนดระดับความเข้มปลอดภัยไว้ที่ 10 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ต่ำกว่าระดับอันตราย 10 เท่า อย่างไรก็ตาม บางประเทศได้กำหนดระดับความเข้มปลอดภัยไว้ต่ำมาก เช่น คานาดา และสวีเดน กำหนดไว้ 1 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร โปแลนด์ 0.2 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร เท่านั้น

สำนักงานสาธารณสุขด้านรังสีของสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดลองวัดระดับความเข้มของคลื่นวิทยุที่กรุงวอชิงตันดีซี พบว่าระดับความเข้มของคลื่นที่วัดได้มีค่าเพียง 0.10 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งต่ำกว่าค่ามาตรฐานถึง 1,000 เท่า ค่าที่วัดได้นี้ได้มาจากบริเวณใกล้ ๆ สถานีวิทยุกระจายเสียงและสนามบินที่ใช้เรดาร์กำลังสูง ซึ่งเป็นที่แน่นอนว่าในเขตชุมชนที่เป็นที่อยู่อาศัยต้องมีระดับความเข้มต่ำกว่า 0.01 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตรมากทีเดียว

บทสรุป

อันตรายจากคลื่นวิทยุที่กล่าวมาข้างต้นนั้น อยากจะเน้นว่าจะเกิดขึ้นกับบุคคลที่ทำงานใกล้ชิดหรือได้สัมผัสกับคลื่นที่มีความเข้มสูงและต่อเนื่องเป็นเวลานานเท่านั้น ซึ่งคล้ายกับผู้ที่ทำงานเกี่ยวกับรังสี ย่อมมีโอกาสได้รับอันตรายมากกว่าคนทั่วไป อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมนุษย์ใช้คลื่นวิทยุในการสื่อสารกันอย่างมาก ทำให้ในบรรยากาศและตัวเราถูกปกคลุมและห่อหุ้มด้วยคลื่นวิทยุมากขึ้น ถ้าสมมติว่าตาสามารถตรวจจับคลื่นวิทยุได้ ก็คงจะเห็นคลื่นวิทยุเหล่านี้ทั้งห่อหุ้มและทะลุผ่าน รวมทั้งถูกดูดกลืนโดยร่างกายตลอดเวลา แต่มนุษย์ยังโชคดีที่ระดับความเข้มของคลื่นวิทยุในบรรยากาศและสิ่งแวดล้อมมีค่าต่ำมากไม่เป็นอันตรายใด ๆ ทั้งสิ้นต่อร่างกาย สำหรับในประเทศไทยคงไม่ต้องห่วงอันตรายจากคลี่นวิทยุ เพราะมีอุปกรณ์และเครื่องมือผลิตและส่งกระจายคลื่นวิทยุน้อยกว่าในประเทศพัฒนาแล้วมากมาย แต่เมื่อพิจารณาถึงแนวโน้มในอนาคตแล้ว ก็อดเป็นห่วงไม่ได้ว่าสักวันหนึ่งคลื่นวิทยุที่มีประโยชน์อย่างมหาศาลต่อมนุษย์จะกลายเป็นอันตราย หรืออาจจะเป็นมลพิษใหม่ที่สำคัญของมนุษย์ในยุคหน้าก็เป็นได้

เอกสารอ้างอิง

Warren, M.L. (1979) Introductory Physics San Francisco : Freeman.
Gannon, R. (1983) Electromagnetic Pollution are they zapping you?

Popular Science : p.96-100.
สสวท. กระทรวงศึกษาธิการ (2532) หนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์ เล่ม 6 กรุงเทพฯ โรงพิมพ์คุรุสภา
พ.ต.ท. นายแพทย์ประเวสน์ คุ้มภัย (2521) อันตรายจากการแผ่รังสีของความถี่คลื่นวิทยุ

วารสารสุขภาพของแพทยสมาคมฯ และแพทยสภา ปีที่ 6 ฉบับที่ 9 หน้า 105-111.

ประเภทของคลื่นวิทยุ

องค์ประกอบของคลื่น แบ่งออกเป็น 4 องค์ประกอบด้วยกัน คือ คลื่นผิวดิน (SURFACE WAVE ) คลื่นตรง ( DIRECT WAVE ) คลื่นสะท้อนดิน ( GROUND REFLECTED WAVE ) และคลื่นหักเหโทรโปสเฟียร์ (REFLECTED TROPOSPHERIC WAVE )

1. คลื่นผิวดิน หมายถึง คลื่นที่เดินตามไปยังผิวโลกอาจเป็นผิวดิน หรือผิวน้ำก็ได ้ พิสัยของการกระจายคลื่นชนิดนี้ขึ้นอยู่กับค่าความนำทางไฟฟ้าของผิวที่คลื่นนี้เดินทางผ่านไป เพราะค่าความนำจะเป็นตัวกำหนดการถูกดูดกลืนพลังงานของคลื่นผิวโลก การถูกดูดกลืนของคลื่นผิวนี้จะเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่สูงขึ้น
2. คลื่นตรง หมายถึง คลื่นที่เดินทางออกไปเป็นเส้นตรงจากสายอากาศ ส่งผ่านบรรยากาศตรงไปยังสายอากาศรับโดยมิได้มีการสะท้อนใด ๆ
3. คลื่นสะท้อนดิน หมายถึง คลื่นที่ออกมาจากสายอากาศ ไปกระทบผิวดินแล้วเกิดการสะท้อนไปเข้าที่สายอากาศรับ
4. คลื่นหักเหโทรโปสเฟียร์ หมายถึง คลื่นหักเหในบรรยากาศชั้นต่ำของโลกที่เรียกว่า โทรโปสเฟียร์ การหักเหนี้มิใช่เป็นการหักเหแบบปกติที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศของโลกกับความสูง แต่เป็นการหักเหที่เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศอย่างทันทีทันใด และไม่สม่ำเสมอของความหนาแน่นและในความชื้นของบรรยากาศ ได้แก่ ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า อุณหภูมิแปรกลับ

คลื่นผิวดิน ( Surface wave propagation )
เป็นคลื่นที่แพร่กระจายออกจากสายอากาศโดยผิวพื้นดินเป็นสื่อนำ คลื่นผิวดินจะมีขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสายอากาศของเครื่องส่งจะต้องอยู่ใกล้ชิดกับพื้นดิน ซึ่งจะมีอิทธิพลต่อความถี่ในย่าน VLF , LF และ MF การแพร่กระจายคลื่นชนิดนี้ สามารถแพร่กระจายได้ระยะทางไกลมาก ส่วนย่าน VHF , UHF ก็สามารถที่จะแพร่กระจายคลื่นชนิดนี้ได้ เช่นกัน แต่ระยะทางติดต่อไม่ไกลนัก เพราะค่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าของพื้นดินจะมีผลต่อความถี่สูง ๆ เป็นอย่างมาก เพราะจะทำให้เกิดความสูญเสียกำลังไปในพื้นดิน นั่นคือ เมื่อคลื่นแพร่ผ่านผิวดินไป เส้นแรงของสนามไฟฟ้าของคลื่นจะเหนี่ยวนำให้เกิดประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นบนดิน ทำให้เกิดกระแสไหลในดินขึ้น และเนื่องจากพื้นดินมิใช่เป็นตัวนำสมบูรณ์แบบ ทำให้มีความต้านทานเกิดขึ้นเป็นเหตุให้เกิดการสูญเสียกำลัง ( I2R) ขึ้น
คลื่นตรง ( Direct wave propagation )
คลื่นตรงมีลักษณะการแพร่กระจายคลื่นวิทยุเหมือนกับการเดินทางของแสง คือ พุ่งเป็นเส้นตรง และการกระจายคลื่นชนิดนี้จะอยู่ในระดับสายตา ( line of sight )การกระจายคลื่นชนิดนี้จะมีการถ่าง ของ Radio beam และมีการแตกกระจายหรือสะท้อนได้ เมื่อพบกับสิ่งกีดขวาง เช่น ตึก ภูเขา โดยที่ระยะทางของการแพร่กระจายคลื่นจะมากหรือน้อยนั้นต้องขึ้นอยู่กับความสูงของสายอากาศเป็นสำคัญ การแพร่กระจายคลื่นชนิดนี้ จะมีผลต่อการแพร่กระจายคลื่น ในย่านความถี่ที่สูงกว่าย่าน VHF ขึ้นไป แต่ส่วนใหญ่ จะใช้ความถี่ในย่านที่สูงกว่า UHF ขึ้นไป เนื่องจากการใช้ความถี่ในย่าน VHF และ UHF (LOW BAND ) จะมีการสะท้อนบนพื้นดินด้วย ( reflection propagation ) เกิดขึ้นเป็นอย่างมาก
แบ่งการแพร่กระจายออกเป็น 2 แบบ คือ
2.1 การแพร่กระจายเป็นแนวโค้ง เนื่องจากการเบี่ยงเบนในชั้นบรรยากาศ ( Refraction Propagation )
2.2 การแพร่กระจายคลื่นไปยังด้านที่มองไม่เห็นในระยะสายตา ( Diffraction Propagation )

ข้อมูลจาก
http://banana5454.wordpress.com/author/banana5454/
 

การเเพร่กระจายของคลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุที่แพร่กระจายออกจากสายอากาศนั้น จะมีการแพร่กระจายออกไปทุกทิศทางคลื่นวิทยุเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ที่สามารถเดินทางไปด้วยความเร็วเท่ากับแสง แต่อย่างไรก็ดีคลื่นวิทยุที่มีความถี่ไม่เท่ากันคุณสมบัติในการแพร่กระจายคลื่น ก็ไม่เหมือนกันในพื้นที่ไกลออกไปสัญญาณที่เครื่องรับจะรับได้ก็อ่อนลงๆไปเรื่อย ๆ

Surface wave หรือ ground wave

คลื่นดิน เป็นคลื่นวิทยุที่เดินทางไปบนผิวโลก เราสามารถใช้คลื่นดิน ในการติดต่อสื่อสารย่าน LF และ MF ปกติคลื่นดินมีความยาวคลื่นที่ยาวมาก จะเดินทางไปได้ไกล กว่า (losses rise with increasing frequency) และจะเดินทางไปไดัไกลกว่าระยะขอบฟ้า คลื่นดินที่ความถี่สูง ๆ จะไปไม่ได้ไกล เพราะถูกลดทอนมาก เนื่องจากลักษณะภูมิประเทศ และสิ่งกีดขวาง เห็ตผลก็คือเมื่อความถี่สูงขึ้น ความยาวคลื่นก็จะสั้นลง วัตถุใหญ่ อย่างเช่น ภูเขาจึงมีผลต่อการแพร่กระจายคลื่น เช่นที่ความถี่ 30 KHz ความยาวคลื่นจะเท่ากับ 10 กิโลเมตร เมื่อเทียบกับภูเขาแล้ว ภูเขายังเล็กกว่าความยาวคลื่น ฉนั้น การลดทอนจึงมีน้อย แต่ที่ความถี่ 3 MHz ความยาวคลื่นเท่ากับ 100 เมตร วัตถุที่ใหญ่กว่าความยาวคลื่น เช่น เนินเขา ตึกรามบ้านช่อง จะเริ่มมีผลในการลดทอนสัญญาณ

การติดต่อสื่อสารแบบ คลื่นฟ้านี้ค่อนข้างจะซับซ้อนเนื่องจาก ชั้นไอโอโนสเพียร์ มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา จากรูปจะเห็นว่าคลื่นฟ้า ค่อย ๆ หักเหหลับมายังพื้นโลก มิใช่การหักแบบหักมุม แต่เพื่อความสะดวกเราสมมุติว่า คลื่นสะท้อนได้ ตามเส้นประ เราเรียกว่าสูงนี้ว่า ความสูงเสมือน (virtual height) ความสูงเสมือนนี้สามารถหาได้จาก การยิงพลัชความถี่ต่าง ๆ ไปตรง ๆ ในแนวดิ่ง โดยเครื่อง ionosonde (ionospheric sounder)

และให้คลื่นสะท้อนกลับมา ยังโลก เมื่อส่งคลื่นความถี่สูงขึ้น จนถึงค่าหนึ่ง คลื่นจะไม่สะท้อนกลับมา ความถี่สูงสุดที่สะท้อนกลับมา เราเรียกว่า ความถี่ วิกฤต (critical frequency หรือ vertical incidence) ความถี่นี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามชั้น ไอโอโนสเพียร์ ซึ่งไม่แน่นอน

จากรูป เราจะเห็นได้ว่า เมื่อมุมยิงต่ำลง ระยะทางการติดต่อสื่อสารจะได้ไกลขึ้น ระยะทางนี้จะเรียกว่าระยะ Skip (Skip distances) ระยะนี้จะไกลที่สุดก็ต่อเมื่อ ใช้มุมยิงต่ำสุด และใช้ความถี่สูงสุดที่จะหักเหมุมนั้น
ความถี่ที่สามารถใช้ติดต่อ ระหว่างจุด 2 จุดเรียกว่า ความถี่ใช้งานสูงสุด (maximum usable frequency หรือ MUF ) ความจริงแล้ว ความถี่ต่ำกว่า MUF ก็ใช้ได้ เพราะคลื่นสามารถที่จะหักเหลงมาได้ เช่นกัน แต่อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่ต่ำลง อัตราการลดทอนของชั้น ไอโอโนสเพียร์ จะเพิ่มขึ้นมาก ระดับสัญญาณที่รับได้จึงลดลง ความถี่ต่ำสุดที่สามารถติดต่อได้เราเรียกว่า ความถี่ใช้งานต่ำสุด (Lowest Usable Frequencies หรือ LUF) ถ้าความถี่ต่ำกว่า LUF จะรับสัญญาณไม่ได้ เพราะถูกลดทอนหมด ถ้าใช้ความถี่สูงกว่า MUF ก็จะรับไม่ได้เพราะจะทะลุฟ้าไปหมด ฉนั้นความถี่ที่ดีที่สุดคือ MUF
MUF จะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ตามการเปลี่ยนแปลงของดวงอาทิตย์ เช่น ช่วงเวลาของวัน ฤดูกาล เป็นต้น ดังนั้นเราจึงควรเลือกความถี่ที่พอเหมาะ (Optimum Usable Frequency หรือว่า OUF) คือให้ต่ำกว่า MUF ลงมาพอที่จะให้ระดับสัญาณไม่กระเพื่อมมากนัก ในแต่ละนาที (ถ้ารับสัญญาณตรงความถี่ MUF พอดี สัญญาณจะกระเพื่อม เดียวแรงเดียวอ่อน)

ข้อมูลจาก
http://banana5454.wordpress.com/author/banana5454/

คลื่นไมโครเวฟ (microwave)

เป็นคลื่นความถี่วิทยุชนิดหนึ่งที่มีความถี่อยู่ระหว่าง 0.3GHz – 300GHz ส่วนในการใช้งานนั้นส่วนมากนิยมใช้ความถี่ระหว่าง 1GHz – 60GHz เพราะเป็นย่านความถี่ที่สามารถผลิตขึ้นได้ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ลักษณะของคลื่นวิทยุไมโครเวฟ

• เดินทางเป็นเส้นตรง
• สามารถหักเหได้ (Refract)
• สามารถสะท้อนได้ (Reflect)
• สามารถแตกกระจายได้ (Diffract)
• สามารถถูกลดทอนเนื่องจากฝน (Attenuate)
• สามารถถูกลดทอนเนื่องจากชั้นบรรยากาศ

ข้อดีในการใช้วิทยุไมโครเวฟในการสื่อสาร

• คุณสมบัติการกระจายคลื่นไมโครเวฟคงที่
• ทิศทางของสายอากาศเป็นแนวพุ่งตรงไปในทิศทางที่ต้องการ
• อัตราขยายสัญญาณของสายอากาศสูง
• ปลอดภัยจากการเกิดภัยธรรมชาติ เช่น น้ำท่วม แผ่นดินไหว
• การรบกวนที่เกิดจากมนุษย์ทำขึ้นมีน้อย เช่น อุบัติเหตุ การก่อสร้าง ไฟไหม้

การสื่อสารไมโครเวฟ
การสื่อสารไมโครเวฟ วิธีที่นิยมใช้กันมากก็คือการสื่อสารในระดับสายตา ใช้ในการสื่อสารข้อมูลข่าวสารในปริมาณมากๆ เส้นทางในการสื่อสารนี้จะประมาณ 50-80 กิโลเมตร และไม่มีสิ่งกีดขวาง แต่ถ้าต้องการสื่อสารในระยะไกลกว่านี้ จะต้องมีสถานีทวนสัญญาณเพื่อ ให้รับสัญญาณและทำการขยายแล้วส่งสัญญาณต่อไป จนถึงปลายทางได้

รูปภาพประกอบคลื่นไมโครเวฟ










อ้างอิง

• Pozar, David M. (1993). Microwave Engineering Addison-Wesley Publishing Company. ISBN 0-201-50418-9.

ข้อมูลจาก
http://banana5454.wordpress.com/author/banana5454/

คลื่นวิทยุ ความเป็นมา การจัดสรร และการบำรุงรักษา

คลื่นวิทยุ
เครื่องส่งวิทยุจะแปลงสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้ไมโครโฟน และแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นวิทยุโดยใช้เสาอากาศเป็นตัวแพร่กระจายคลื่นวิทยุเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ไม่เกิน ๓๐๐ กิกะเฮิรตซ์ (หนึ่งกิกะเฮิรตซ์เท่ากับหนึ่งพันล้านรอบต่อวินาที) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่านี้จะเป็น คลื่นอินฟาเรด คลื่นแสง คลื่นอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก และคุณสมบัติทางไฟฟ้าพร้อมๆ กันการแผ่กระจายของคลื่นก็คล้ายกับการแผ่กระจายของคลื่นน้ำบนผิวน้ำขณะเมื่อมีวัตถุตกกระทบผิวน้ำนั้น
คลื่นที่แพร่กระจายนั้นอาจเขียนแทนด้วยสมการคณิตศาสตร์ได้เป็น Acos (2pฆt-2pฆc/c) โดยที่ ฆแทนความถี่ของคลื่น c เป็นความเร็วในการกระจายของคลื่น A คือแอมปลิจูด (amplitude) t แทนเวลา และ c แทนตำแหน่งสถานที่
เราอาจวาดกราฟของคลื่นได้สองลักษณะคือ กราฟที่มี c เป็นตัวแปร ขณะที่เวลาเป็นตัวคงที่จะเป็นกราฟของคลื่นในขณะใดขณะหนึ่ง แสดงถึงค่าของคลื่นในตำแหน่งต่างๆ เสมือนเป็นภาพถ่ายของคลื่น และกราฟที่มีเวลาเป็นตัวแปร โดย c เป็นตัวคงที่ แสดงถึงค่าของคลื่นที่ตำแหน่งใด ตำแหน่งหนึ่ง ว่าเปลี่ยนแปลงตามเวลาอย่างไรรูปกราฟทั้งสอง แสดงไว้ในภาพประกอบ ภาพแรกแสดงค่าของคลื่นที่เวลาสองขณะ เมื่อเวลาล่วงเลยไปคลื่นจะเคลื่อนที่ไปทางขวาดังแสดงไว้ด้วยลูกศร ภาพที่สองแสดงค่าของคลื่นที่เปลี่ยนตามเวลา ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง รูปทั้งสองมีลักษณะเป็นรูปโคไซน์ (cosine) แอมปลิจูดคือ
ค่าสูงสุดของคลื่น ความถี่คือจำนวนรอบของคลื่น ในหนึ่งวินาที มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาทีหรือเฮิรตซ์ (Hertz ย่อว่า Hz) ความเร็วของคลื่นเป็นความเร็วในการแผ่กระจายมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีความเร็วของคลื่นวิทยุในอวกาศมีค่าประมาณสามแสนกิโลเมตรต่อวินาที ความยาวคลื่นหมายถึงระยะทางที่คลื่นจะบรรจบมาที่ค่าเดิมครบหนึ่งรอบซึ่งเท่ากับระยะจากจุดต่ำสุดหนึ่งไปยังจุดต่ำสุดต่อไป ความยาวคลื่น (แทนด้วย l) สัมพันธ์กับความถี่ดังนี้

l = c/f

กล่าวคือ ความยาวคลื่นเท่ากับความเร็วคลื่นหารด้วยความถี่ของคลื่น ส่วนคาบของคลื่นคือระยะเวลาที่ค่าของคลื่น (ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง) บรรจบมาครบหนึ่งรอบ คาบจะมีหน่วยเป็นวินาที และมีค่าเท่ากับหนึ่งหารด้วยความถี่ดังเช่น สถานีวิทยุแห่งหนึ่งกระจายเสียงด้วยความถี่ ๘๐๐ กิโลเฮิรตซ์ (หนึ่งกิโลเฮิรตซ์คือหนึ่งพันเฮิรตซ์) ความยาวคลื่นของคลื่นวิทยุจากสถานีนี้มีค่าประมาณ ๓๐๐,๐๐๐,๐๐๐/๘๐๐,๐๐๐ = ๓๗๕ เมตร และคาบของคลื่นเดียวกันมีค่า ๑/๘๐๐,๐๐๐ วินาที หรือ ๑.๒๕ ไมโครวินาที(หนึ่งไมโครวินาทีเท่ากับหนึ่งส่วนล้านวินาที)
คลื่นวิทยุเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวคือเป็นคลื่นที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กและคุณสมบัติทางไฟฟ้าพร้อมๆ กัน ความเข้าของสนามแม่เหล็ก (แทนด้วย B) และสนามไฟฟ้า (แทนด้วย E) นั้นจะตั้งฉากกัน โดยมีทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นที่ตั้งฉากกับสนามทั้งสอง ดังแสดงในภาพประกอบ เมื่อคลื่นแผ่กระจายไปไกลขึ้น ความเข้มของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าก็จะลดลง ดังนั้น เครื่องรับที่อยู่ห่างไกลจะได้รับสัญญาณที่ค่อยกว่าเครื่องรับที่อยู่ใกล้ กำลังของคลื่นจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง กล่าวคือ ถ้า P วัตต์ เป็นกำลังของคลื่นวิทยุที่ส่งออกจากเสาอากาศออกไปรอบทิศ ณ จุดที่ห่างจากเสาอากาศ d เมตร จะได้รับคลื่นที่มีกำลังเท่ากับ Pค(4pd²) วัตต์ต่อตารางเมตร
เมื่อสัญญาณไฟฟ้าส่งผ่านเสาอากาศ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่กระจายออกไป ในทางตรงข้าม ถ้าหากเรานำเสาอากาศไปไว้ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในเสาอากาศนั้นได้ ดังนั้น เครื่องรับวิทยุจึงมีเสาอากาศ ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณไฟฟ้านี้มักจะมีความแรงที่ต่ำมากต้องขยายให้มีความแรงมากขึ้น แล้วจึงถูกนำไปขับตัวลำโพงที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียงให้ผู้รับฟังได้ยิน

การแผ่กระจายของคลื่นวิทยุมีหลายลักษณะขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นลักษณะที่สำคัญมีสามแบบ คือ
แบบที่หนึ่ง คลื่นจะแผ่กระจายขนานไปกับพื้นผิวโลก (ground-wavepropagation) สามารถเดินทางไปในระยะไกลได้ คลื่นที่แผ่กระจายแบบนี้จะเป็นคลื่นที่มีความถี่ไม่เกินประมาณ ๒ เมกะเฮิรตซ์ (หนึ่งเมกะเฮิรตซ์เท่ากับหนึ่งล้านเฮิรตซ์) ดังเช่น คลื่นวิทยุกระจายเสียงระบบเอเอ็ม
แบบที่สอง จะเป็นการสะท้อนจากชั้นบรรยากาศ เรียกว่า แผ่กระจายโดยคลื่นฟ้า (sky-wave propagation) การสะท้อนคลื่นเป็นคุณสมบัติของชั้นบรรยากาศ ความถี่ที่ชั้นบรรยากาศสะท้อนลงมาอยู่ในช่วงประมาณ ๒ เมกะเฮิรตซ์ ถึงประมาณ ๓๐ เมกะเฮิรตซ์ อนึ่ง การสะท้อนคลื่นของชั้นบรรยากาศในตอนกลางวันและกลางคืนอาจแตกต่างกันบ้าง บางความถี่จะสะท้อนเฉพาะกลางคืน คุณสมบัติของการสะท้อนคลื่นจะแปรเปลี่ยนตามปริมาณประจุที่เกิดขึ้น (ionization) ในชั้นบรรยากาศ ซึ่งขึ้นอยู่กับพลังจากแสงอาทิตย์เป็นหลัก ในบางครั้งที่มีพายุพลังอาทิตย์ (solar wind) คุณสมบัติของชั้นบรรยากาศก็จะเปลี่ยนแปลงไปได้มากวิทยุสมัครเล่นและวิทยุกระจายเสียงข้ามประเทศ คลื่นสั้น (short wave) จะใช้ความถี่ในย่านนี้ ทำให้ผู้รับที่อยู่ห่างไกลสามารถรับฟังได้ เพราะมีการสะท้อนคลื่นโดยชั้นบรรยากาศหนึ่งครั้งหรือมากกว่าหนึ่งครั้งก็ได้
แบบที่สาม จะเป็นการแผ่กระจายโดยตรงเรียกว่า การแผ่กระจายในแนวสายตา (line-of-sight propagation) กล่าวคือจุดที่รับคลื่นได้คือ จุดที่มองเห็นได้จากเสาอากาศของเครื่องส่ง การกระจายคลื่นแบบนี้จะไม่สามารถรับจากจุดบนพื้นโลกที่มีระยะทางไกลเนื่องจากความโค้งของพื้นผิวโลกบังเอาไว้

นอกจากนี้ ความชื้นในอากาศและชั้นบรรยากาศสามารถดูดซึมพลังงานของคลื่นวิทยุได้ บางความถี่จะถูกดูดซึมมากกว่าความถี่อื่นๆ ดังนั้น เมื่อลักษณะอากาศเปลี่ยนไป คุณภาพการรับสัญญาณวิทยุก็อาจจะแตกต่างกันไปด้วย
การนำระบบวิทยุมาใช้งานจึงต้องคำนึงถึงความถี่ให้เหมาะสม ดังเช่น การติดต่อกับดาวเทียมหรือยานอวกาศ จำเป็นต้องใช้ความถี่ที่สามารถทะลุชั้นบรรยากาศได้
แถบความถี่ต่างๆ ของคลื่นวิทยุมีชื่อเรียกและมีคุณสมบัติต่างกัน ดังสรุปไว้ในตารางประกอบ

ความเป็นมาของระบบวิทยุ
ในคริสต์ศักราชที่ ๑๙ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ เจมส์ เคลิก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) ได้ทำการศึกษาคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและได้ตีพิมพ์บทความในปี ค.ศ. ๑๘๖๔ กล่าวถึง กฎพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็ก-ไฟฟ้าอย่างกระทัดรัด โดยเขียนในรูปของสมการคณิตศาสตร์ สมการเหล่านี้เป็นพื้นฐานของวิชา ดังกล่าว และยังใช้กันตราบจนทุกวันนี้ ปัจจุบันสมการเหล่านี้ เรียกว่า สมการของแมกซ์เวลล์อย่างไรก็ดี แมกซ์เวลล์ไม่ได้ทำการทดลองที่สนับสนุนทฤษฎีของเขา ต่อมาในปี ค.ศ. ๑๘๘๗ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ ไฮน์ริช เฮิรตซ์ (Heinrich Hertz) ได้ทำการทดลองการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านอากาศ การทดลองมีเครื่องส่งและเครื่องรับเครื่องส่งประกอบด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าต่อผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ ไปยังลวดที่มีสองปลายติดกับทรงกลมที่มีช่องว่างห่างกันเล็กน้อย เมื่อป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปมากพอก็จะเกิดประกายไฟขึ้นตรงช่องว่าง ประกายไฟนี้ ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกไปรอบทิศ ส่วนเครื่องรับจะประกอบด้วยลวดวงกลมมีสองปลายติดกับทรงกลม ซึ่งมีช่องว่าง ระหว่างทรงกลมเล็กน้อยเช่นเดียวกับเครื่องส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตัดผ่านภายในขดลวดของเครื่องรับ จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหล ในขดลวดของเครื่องรับ เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความแรงเพียงพอ ก็จะทำให้เกิดประกายไฟระหว่างทรงกลมทั้งสองของเครื่องรับ การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า เราสามารถส่งสัญญาณจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้โดยอาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และไม่ต้องใช้สายต่อเชื่อมระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับเลย
ต่อมาในปี ค.ศ. ๑๘๙๔ นักวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษชื่อ โอลิเวอร์ ลอดจ์ (Oliver Lodge)ได้แสดงการส่งสัญญาณโดยไม่ใช้สายเป็นระยะทาง ๑๕๐ หลา และในปี ค.ศ. ๑๘๙๕ กุกลิเอลโม มาร์โคนี (Guglielmo Marconi) ชาวอิตาเลียน ได้ส่งสัญญาณแบบไร้สายเป็นระยะทาง ๒ กิโลเมตร มาร์โคนี ได้ตั้งบริษัทขึ้นมา และได้ทำการทดลองส่งสัญญาณแบบไร้สายเป็นระยะทางเพิ่มขึ้นตามลำดับ จนถึงปี ค.ศ. ๑๙๐๑ เขาก็สามารถส่งสัญญาณคลื่นวิทยุข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกได้เป็นครั้งแรก
การพัฒนาระบบวิทยุได้ก้าวหน้ามาเป็นลำดับ ควบคู่กับการพัฒนาอุปกรณ์และระบบให้มีคุณภาพและประสิทธิภาพมากขึ้น ดังเช่น การประดิษฐ์หลอดไดโอดสุญญากาศ โดยชาวอังกฤษ ชื่อ จอห์น เฟลมมิ่ง (John A. Fleming) และหลอดไตรโอดสุญญากาศโดยชาวอเมริกัน ชื่อ ลี เดอร์ฟอเรสต์ (Lee De Forest) หลอดสุญญากาศทั้งสองนี้เป็นชิ้นส่วนอันเป็นหัวใจของเครื่องรับส่งวิทยุ ต่อมาในปี ค.ศ. ๑๙๔๐ นักวิทยาศาสตร์ ชาวอเมริกันชื่อ รัสเซล โอล์ (RussellOhl) ได้ประดิษฐ์ไดโอดที่ใช้สารกึ่งตัวนำ และในปี ค.ศ. ๑๙๔๘ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ๓ คนคือวิลเลียม ช็อกเล่ (William B. Shockley) จอห์น บาร์ดีน (John Bardeen) และวอลเตอร์ แบรทเท็น (Walter H. Brattain) ได้ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ขึ้นปัจจุบัน เครื่องรับส่งวิทยุส่วนมากใช้ไดโอดและทรานซิสเตอร์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เพราะกินไฟน้อยและสามารถทำให้เล็กกระทัดรัดได้
ระบบวิทยุในระยะแรกๆ นั้นใช้วิธีการส่งแบบเอเอ็ม (AM) ซึ่งจะได้กล่าวถึงเพิ่มเติมภายหลังต่อมา วิศวกรไฟฟ้าชาวอเมริกันชื่อ เอ็ดวิน อาร์มสตรอง (Edwin Armstrong) ได้คิดค้นวิธีส่งแบบเอฟเอ็ม (FM) ขึ้น ซึ่งเขาได้แสดงให้เห็นการทำงานของระบบนี้ในปี ค.ศ. ๑๙๓๓ ปัจจุบันวิทยุกระจายเสียงจะมีทั้งระบบเอเอ็มและระบบเอฟเอ็ม สัญญาณภาพของโทรทัศน์จะส่งโดยระบบเอฟเอ็ม และสัญญาณเสียงของโทรทัศน์จะใช้ระบบเอฟเอ็มเช่นกัน ระบบโทรทัศน์ขาวดำได้รับการพัฒนาขึ้นในต้นคริสต์ศตวรรษที่ ๒๐ โดยชาวรัสเซียที่อพยพไปประเทศสหรัฐอเมริกาชื่อวลาดิเมียร์ เค ซโวรีคิน (Vladimir K.Zworykin) ซึ่งได้ประดิษฐ์ระบบโทรทัศน์ที่ใช้งานได้เป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. ๑๙๒๙ ต่อมาจึงมีการพัฒนาโทรทัศน์สีขึ้นอย่างที่ใช้กันในปัจจุบัน
ในครึ่งศตวรรษหลังของคริสต์ศตวรรษที่ ๒๐ ได้มีการพัฒนาระบบการส่งสัญญาณที่มีการแปลงสัญญาณเป็นระบบตัวเลขหรือระบบดิจิทัล (digital) ก่อนที่จะส่งโดยใช้คลื่นวิทยุ ระบบดิจิทัลที่ใช้กันทั่วไปนั้นเป็นระบบฐานสองหรือไบนารี (binary) กล่าวคือ สัญญาณที่จะส่งนั้นจะมีรูปแบบเป็นศูนย์กับหนึ่ง (หรือปิดกับเปิด) อันที่จริงระบบไบนารีนั้นได้ใช้กันมานานแล้ว ดังเช่น ระบบโทรเลข ซึ่งได้รับการประดิษฐ์ขึ้น ในคริสต์ศตวรรษที่ ๑๙ การส่งโทรเลขจะส่งเป็นสัญญาณจุดและขีดแทนตัวเลขศูนย์และหนึ่ง (ดูเรื่องโทรคมนาคมภาคแรกเล่มที่ ๗) แต่การพัฒนาการส่งสัญญาแบบดิจิทัลในภายหลังนั้น จะพัฒนาด้านประสิทธิภาพ ความเร็วของการส่งการใช้รหัสเพื่อดักและแก้ตัวที่ผิดพลาดจากการส่งรวมทั้งการบีบอัดปริมาณของข้อมูลให้น้อยลง อาจกล่าวได้ว่า การพัฒนาการส่งสัญญาณแบบดิจิทัลเริ่มขึ้นจากบทความของวิศวกรชาวอเมริกันชื่อ แฮรี่ ไนควิสต์ (Harry Nyquist) ซึ่งตีพิมพ์บทความใน ค.ศ. ๑๙๒๘ ใจความสำคัญของบทความนั้นมีดังนี้ ถ้าเราสุ่มค่าของสัญญาณด้วยอัตราไม่ต่ำกว่าสองเท่าของความถี่สูงสุดของสัญญาณนั้น เราก็จะไม่สูญเสียข้อมูลใดๆ ของสัญญาณเดิมนั้นเลย กล่าวคือ เราสามารถสร้างสัญญาณเดิมนั้นได้จากค่าที่สุ่มไว้โดยที่ไม่ผิดเพี้ยนจากสัญญาณเดิม ยกตัวอย่างเช่น เสียงพูดมีความถี่สูงสุดประมาณ ๓.๕ กิโลเฮิรตซ์ ถ้าเราสุ่มค่าด้วยอัตราอย่างต่ำ ๗,๐๐๐ ค่า/วินาที (กล่าวคือสุ่มค่าทุกๆ ๑/๗,๐๐๐ วินาที หรือน้อยกว่า) สัญญาณสุ่มที่ได้จะแทนสัญญาณเสียงพูดเดิมได้อย่างสมบูรณ์ ต่อมานักคณิตศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ คลอด อีแชนนอน (Claude E. Shannon) ได้ตีพิมพ์บทความ ในปี ค.ศ. ๑๙๔๘ แสดงถึง อัตราสูงสุดของการส่งสัญญาณดิจิทัลผ่านสื่อที่มีสัญญาณรบกวน โดยที่มีความผิดพลาดอยู่ภายในกำหนด ผลจากบทความของไนคริสต์และแชนนอน ได้ผลักดันให้มีการค้นคว้าวิจัยระบบส่งสัญญาณแบบดิจิทัลได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากสัญญาณที่เกิดตามธรรมชาติ ดังเช่น เสียงพูด เสียงดนตรี อุณหภูมิ ความดัน สัญญาณจากการเต้นของหัวใจ เหล่านี้ล้วนเป็นสัญญาณแบบต่อเนื่อง หรือแอนะล็อก (analog) การส่งสัญญาณเหล่านี้โดยใช้วิธีส่งแบบดิจิทัลก็กระทำได้โดยการสุ่มสัญญาณแอนะล็อกก่อนแล้วจึงเปลี่ยนค่าที่สุ่มได้แต่ละค่าเป็นสัญญาณดิจิทัล หลังจากนั้นจึงส่งสัญญาณดิจิทัลผ่านตามสื่อไปยังเครื่องรับ (สื่ออาจจะเป็น อวกาศสายไฟ สายใยแก้ว เป็นต้น) เครื่องรับก็จะแปลงสัญญาณดิจิทัลกลับคืนเป็นสัญญาณแอนะล็อก
ข้อดีของการส่งสัญญาณแบบดิจิทัลก็คือเราสามารถซักฟอกสัญญาณดิจิทัลให้สะอาด ปราศจากสัญญาณรบกวนได้ กรณีที่เห็นได้ชัดก็คือ กรณีไบนารีซึ่งมีค่าได้เพียง ๐ กับ ๑ เนื่องจากเครื่องรับทราบว่าจะต้องเป็นค่า ๐ หรือ ๑ เท่านั้น เครื่องรับก็จะขจัดสัญญาณกวนไปได้ดังเช่น ถ้าเครื่องรับรับค่าเป็น ๐.๑๓ ก็จะถูกปัดเป็น ๐ เพราะถือว่าส่วนเกินคือสัญญาณรบกวน ด้วยเหตุผลนี้เอง การส่งสัญญาณแบบดิจิทัลจึงมีคุณภาพที่ดีกว่า นอกจากนี้ วงจรดิจิทัลยังสามารถสร้างให้มีขนาดเล็ก ทำให้สามารถรวมวงจรจำนวนมากเข้าด้วยกันอยู่บนแผงวงจรรวม (หรือที่รู้จักกันว่า ไอซี IC = Integrated Circuit) เดียวกัน ดังนั้นผลิตภัณฑ์จะมีขนาดเล็ก กินไฟน้อย ดังเช่น โทรศัพท์มือถือสมัยใหม่จะเล็กบางกระทัดรัดและเบา ทำให้สะดวกต่อการพกพา
การจัดสรรความถี่วิทยุ
แถบความถี่สำหรับวิทยุเป็นทรัพยากรประเภทหนึ่ง และเป็นของส่วนรวม การใช้แถบความถี่จึงควรคำนึงถึงประโยชน์ส่วนรวมที่จะได้รับการจัดสรรความถี่จึงเป็นสิ่งที่ควรจัดทำให้เหมาะสม ในประเทศไทยการจัดสรรความถี่เป็นหน้าที่ของกรมไปรษณีย์โทรเลข เนื่องจากมีระบบวิทยุมากมายที่ต้องการใช้แถบความถี่ ปัจจุบันความถี่ในบางช่วงจึงไม่เพียงพอกับความต้องการ ในแผนภาพประกอบแสดงถึงความถี่ที่จัดสรรให้กับวิทยุประเภทต่างๆ บางประเภท นอกจากความถี่ที่แสดงไว้แล้ว ยังมีความถี่อื่นๆ ที่ถูกจัดสรรแล้วแต่ไม่ได้แสดง ดังเช่น ความถี่ที่จัดสรรให้กับหน่วยงานทางทหาร ซึ่งเป็นความลับเพื่อความมั่นคง และความถี่ที่จัดสรรให้ใช้กับระบบวิทยุที่ติดต่อกันเป็นแบบส่วนบุคคล ในภาพที่แสดงนั้น อัตราส่วนในแถบความถี่ต่างๆ จะไม่เหมือนกัน เพื่อจัดภาพให้อยู่ในรูปเดียวกันได้
การบำรุงรักษา
เครื่องรับวิทยุที่ได้รับการบำรุงรักษาอย่างดีก็จะใช้งานได้นาน เช่น เดียวกับเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ก่อนจะใช้งานควรอ่านคู่มือให้เข้าใจเสียก่อน มิฉะนั้น การใช้งานอย่างผิดพลาดอาจทำให้เกิดความเสียหายขึ้นได้ การใช้งานและการดูแลรักษา ควรปฏิบัติตามคำแนะนำต่อไปนี้
๑. เครื่องวิทยุจะต้องไม่ให้เปียกน้ำ เพราะจะทำให้ไฟช็อต เกิดอันตรายและความเสียหายได้ ดังนั้นจึงไม่ควรนำวิทยุเข้าไปฟังในห้องน้ำเวลาอาบน้ำ เป็นต้น
๒. ไม่ควรเก็บวิทยุในที่อับ หรือที่ชื้นหรือร้อนจัดเกินไป ดังเช่น ไม่ควรนำวิทยุไปตากแดด ไม่ควรเก็บไว้ในห้องน้ำซึ่งมีความชื้นสูง
๓. อย่าเสียบปลั๊กหรือดึงปลั๊กออกด้วยมือที่เปียกน้ำ เพราะอาจจะทำให้ถูกไฟดูดได้
๔. ควรตรวจตราดูว่าสายไฟชำรุดหรือไม่ เช่น ฉนวนที่หุ้มเกิดการถลอก เพราะจะเป็นสาเหตุให้ไฟช็อตหรือไฟดูดได้
๕. ถ้าไม่ใช้วิทยุเป็นเวลานาน ก็ควรจะดึงปลั๊กออก
๖. เวลาหมุนปุ่มปรับต่างๆ ไม่ควรกระทำอย่างรุนแรง เพราะจะทำให้ชำรุดได้
๗. วิทยุส่วนมากจะมีช่องลม เพื่อให้ความร้อนภายในระบายออกมาได้ เนื่องจากขณะที่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำงานจะมีความร้อนเกิดขึ้น ถ้าความร้อนไม่ถูกระบายออกนอกวิทยุ จะทำให้วงจรเกิดความเสียหายได้ ดังนั้นขณะที่เปิดวิทยุอยู่ ไม่ควรนำผ้าหรือสิ่งอื่นมาคลุมปิดช่องระบายอากาศ
๘. ควรทำความสะอาดเมื่อเครื่องวิทยุมีความสกปรก เช่น มีฝุ่นเกาะมาก ก่อนที่จะทำความสะอาดต้องดึงปลั๊กออก การทำความสะอาดให้นำผ้าชุบน้ำหรือน้ำสบู่อ่อนๆ แล้วบิดให้แห้งหมาดๆ นำมาเช็ดเครื่องวิทยุให้สะอาดหลังจากนั้นเช็ดให้แห้งด้วยผ้าแห้ง
๙. ไม่ควรแกะฝาครอบออกมาเพื่อเปิดดูภายในของวิทยุ ควรให้ผู้รู้ซ่อมแซมเท่านั้น มิฉะนั้นอาจจะทำให้เครื่องชำรุดมากขึ้น
๑๐. ไม่ควรให้วัตถุหนักทับบนเครื่องวิทยุหรือสายไฟ เพราะจะทำให้ชำรุดได้

ขอขอบคุณความรู้จาก Sanook
ที่มาจาก
http://guru.sanook.com/search/%E0%B8%84%E0%B8%A5%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%99%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%97%E0%B8%A2%E0%B8%B8

ความหมายของคลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ไปที่: ป้ายบอกทาง, ค้นหา

คลื่นวิทยุ (อังกฤษ: Radio waves) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นในช่วงความถี่วิทยุบนเส้นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าซึงสามารไช้ต้มนำร้อนได้แล้วช่วยลอโลกร้อนได้เป็นการบวกที่ดี
คลื่นวิทยุถูกค้นพบครั้งแรกระหว่างการตรวจสอบทางคณิตศาสตร์โดยเจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ ในปี ค.ศ. 1865 แมกซ์เวลล์สังเกตพบคุณสมบัติของแสงบางประการที่คล้ายคลึงกับคลื่น และคล้ายคลึงกับผลการเฝ้าสังเกตกระแสไฟฟ้าและแม่เหล็ก เขาจึงนำเสนอสมการที่อธิบายคลื่นแสงและคลื่นวิทยุในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางในอวกาศ ปี ค.ศ. 1887 เฮนริค เฮิร์ตซ ได้สาธิตสมการของแมกซ์เวลล์ว่าเป็นความจริงโดยจำลองการสร้างคลื่นวิทยุขึ้นในห้องทดลองของเขา หลังจากนั้นก็มีสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ เกิดขึ้นมากมาย และทำให้เราสามารถนำคลื่นวิทยุมาใช้ในการส่งข้อมูลผ่านห้วงอวกาศได้
นิโคลา เทสลา และกูลเยลโม มาร์โกนี ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ประดิษฐ์ระบบที่นำคลื่นวิทยุมาใช้ในการสื่อสาร^[1][2]

แถบคลื่นวิทยุบนสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นวิทยุแบ่งออกเป็นหลายแถบความถี่ (ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นสึนามิ) ดังแสดงในตารางแจกแจงความถี่ของวิทยุข้างล่างนี้

ชื่อแถบ	ตัวย่อ	ITU band	ความถี่และ ความยาวคลื่นในอากาศ	ตัวอย่างการใช้งาน
			< 3 Hz > 100,000 km
Extremely low frequency	ELF	1	3-30 Hz 100,000 km - 10,000 km	การสื่อสารกับเรือดำน้ำ
Super low frequency	SLF	2	30-300 Hz 10,000 km - 1000 km	การสื่อสารกับเรือดำน้ำ
Ultra low frequency	ULF	3	300-3000 Hz 1000 km - 100 km	การสื่อสารภายในเหมือง
Very low frequency	VLF	4	3-30 kHz 100 km - 10 km	การสื่อสารกับเรือดำน้ำ, avalanche beacons, การตรวจจับคลื่นหัวใจแบบไร้สาย, ฟิสิกส์ธรณีวิทยา
Low frequency	LF	5	30-300 kHz 10 km - 1 km	การเดินเรือ, สัญญาณเวลา, การกระจายสัญญาณแบบคลื่นยาว (AM), RFID
Medium frequency	MF	6	300-3000 kHz 1 km - 100 m	การกระจายสัญญาณ AM แบบคลื่นปานกลาง
High frequency	HF	7	3-30 MHz 100 m - 10 m	วิทยุคลื่นสั้น, วิทยุสมัครเล่น และการสื่อสารของอากาศยานเหนือเส้นขอบฟ้า, RFID
Very high frequency	VHF	8	30-300 MHz 10 m - 1 m	วิทยุ FM, การกระจายสัญญาณโทรทัศน์, การสื่อสารระหว่างภาคพื้นกับอากาศยาน หรืออากาศยานกับอากาศยานที่มองเห็นในสายตา, การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่บนภาคพื้น
Ultra high frequency	UHF	9	300-3000 MHz 1 m - 100 mm	การกระจายสัญญาณโทรทัศน์, เครื่องอบไมโครเวฟ, โทรศัพท์เคลื่อนที่, wireless LAN, บลูทูธ, GPS, คลื่น3G และการสื่อสารวิทยุสองทางอื่นๆ เช่น Land Mobile, วิทยุ FRS และวิทยุ GMRS
Super high frequency	SHF	10	3-30 GHz 100 mm - 10 mm	อุปกรณ์ไมโครเวฟ, wireless LAN, เรดาร์สมัยใหม่
Extremely high frequency	EHF	11	30-300 GHz 10 mm - 1 mm	ดาราศาสตร์วิทยุ, high-speed microwave radio relay
			Above 300 GHz < 1 mm

คุณสมบัติของคลื่นวิทยุ

ขอขอบคุณข้อมูลจาก

http://www.hs8jyx.com/html/radio_property.html

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือคลื่นวิทยุจะมีย่านความถี่กว้างแต่ทุกความถี่จะมีคุณสมบัติบางอย่างที่คล้ายคลึงกัน เช่น คลื่นวิทยุมีคุณสมบัติในการสะท้อนกลับ การหักเห และการเบี่ยงเบน เป็นต้น

เราสามารถเปรียบเทียบคลื่นวิทยุกับแสงไฟหน้ารถ เมื่อแสงส่องไปกระทบกับวัสดุต่าง ๆ ในรูปแบบที่แตกต่างกัน

• R คือ Reflection
• S คือ Scattering
• D คือ Diffraction

รูปแสดงการแพร่กระจายคลื่นวิทยุระหว่างคอมพิวเตอร์ 2 ตัว ในรูปแบบต่าง ๆ

การสะท้อนกลับ (Reflection)

การสะท้อนกลับของคลื่นวิทยุ หมายถึง การเปลี่ยนทิศการเดินทางของคลื่นโดยทันทีทันใด เมื่อคลื่นนั้นเดินทางไปตกกระทบที่ผิวของตัวกลางขนาดใหญ่ (large objects) นั่นคือ คลื่นจะกระดอนออกจากผิวของสะท้อนของตัวกลางในลักษณะเช่นเดียวกับการสะท้อนกับกระจกเงา แต่ประสิทธิภาพนั้นจะขึ้นอยู่กับตัวกลาง วัสดุที่มีขนาดใหญ่ สามารถเป็นตัวนำได้ดี เช่น ทองแดง จะทำการสะท้อนกลับคลื่นวิทยุได้ดีมาก

การหักเห (Refraction หรือ bent)

การหักเหของคลื่นวิทยุเกิดขึ้น เมื่อคลื่นวิทยุเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าไม่เหมือนกัน (traveling from one medium to another) เช่นถ้าเราใช้ไฟฉายส่องลำแสงไปที่ผิวน้ำที่ราบเรียบจะมีแสงบางส่วนสะท้อนกลับมา และมีบางส่วนทะลุไปใต้น้ำ ดังรูป

การสะท้อนกลับและการหักเหของลำแสง
คลื่นที่ลงไปใต้น้ำจะมีการหักเห ส่วนการหักเหของคลื่นวิทยุมาจากความจริงที่ว่า ความเร็วของคลื่นวิทยุจะเดินทางด้วยความเร็วไม่เท่ากัน ถ้าตัวกลางต่างกัน เช่น คลื่นวิทยุเดินทางในน้ำบริสุทธิ์ จะช้ากว่าเดินทางในอากาศถึง 9 เท่า

การหักเหของคลื่นวิทยุ

ถ้าเอาปากกามาจุ่มลงในน้ำ เราจะเห็นว่าปากกามันโค้งงอ
รูปแสดงการหักเหของคลื่นวิทยุที่เดินทางไปยังน้ำ จะเห็นได้ว่าเมื่อหน้าคลื่นเดินทางไปตกกระทบผิวระหว่างตัวกลางทั้งสอง ส่วนที่สำผัสกับผิวน้ำก็จะเริ่มเดินทางช้าลง ในขณะที่อีกส่วนของหน้าคลื่นยังคงอยู่ในอากาศจะเดินทางได้เร็วกว่า
ถ้าพิจารณารูปจะเห็นได้ว่า หน้าคลื่น A -A1 จะตกกระทบผิวน้ำในเวลาที่แตกต่างกัน และความเร็วที่เดินทางผ่านน้ำจะช้ากว่าเดินทางในอากาศ จุด A สามารถเดินทางไปได้ในระยะ d1 ในขณะที่จุด A1 เดินทางมาถึงจุด d2 จึงจะกระทบกับผิวน้ำ ระยะทางทั้งสองใช้เวลาเดินทางเท่ากัน แต่ระยะ d2 จะมีมากกว่า d1 จึงทำให้หน้าคลื่นหักเหไปในแนวใหม่ ตัวอย่างของการสื่อสารแบบนี้คือ ในย่านความถี่ HF อาศัยชั้น ionosphere ที่ทำให้คลื่นค่อย ๆ หักเหลงมายังพื้นโลก

การเบี่ยงเบน (Diffraction)

การเบี่ยงเบนของคลื่นวิทยุเกิดจาก เมื่อคลื่นวิทยุเดินทางผ่านมุมหรือขอบของตัวกลางที่คลื่นไม่สามารถผ่านไปได้ เช่นความถี่ย่าน VHF เดินทางผ่านยอดเขา ความถี่ย่านนี้มีคุณสมบัติเดินทางเป็นเส้นตรง ถ้าเราลากเส้นตรงจากสายอากาศไปยังยอดเขา ส่วนที่อยู่หลังเขาหรือต่ำกว่าเส้นนี้ลงมา น่าจะรับสัญญาณไม่ได้ แต่กลับปรากฏว่ามีบางส่วนที่อยู่หลังเขาและบางส่วนที่พื้นดินซึ่งอยู่ห่างออกไป แต่สัญญาณที่ได้อาจจะไม่แรงมากนัก

knife-edge diffraction

เมื่อความถี่สูงขึ้นการเบี่ยงเบนของคลื่นก็จะยิ่งลดลงกล่าวคือคลื่นจะเดินทางเป็นเส้นตรง (Line of Sight) มากขึ้น จากรูป เขตเบี่ยงเบนจะสามารถติดต่อสื่อสารกันได้ ส่วนเขตเงาจะไม่สามารถติดต่อสื่อสารได้เลย

ความถี่ต่ำ ๆ จะเบี่ยงเบนได้มากกว่าความถี่สูง ๆ คลื่นวิทยุสามารถเบี่ยงเบนได้มากกว่าแสง และคลื่นเสียงจะเบี่ยงเบนได้มากกว่าคลื่นวิทยุ สังเกตได้จากเราสามารถรับสัญญาณข้างหลังภูเขาได้ เราสามารถได้ยินความถี่เสียงบริเวณมุมตึกได้