Radioaallot

Wikipedia

Ohjattu sivulta VHF

Radioaallot ovat taajuusalueen 3 Hz–300 GHz sähkömagneettista säteilyä. Radioaaltojen välityksellä voidaan välittää esimerkiksi radio- ja tv-lähetyksiä ja käyttää matkapuhelinta. Myös tutka ja mikroaaltouuni toimivat radioaalloilla.

Radioaallot etenevät tyhjiössä sekä taajuudesta riippuen myös väliaineissa, muun muassa ilmassa. Radioaaltojen etenemisnopeus riippuu väliaineesta. Tyhjiössä radioaallot etenevät valonnopeudella. Niiden aallonpituus saadaan jakamalla valonnopeus aaltojen taajuudella.

[muokkaa] Radioaaltojen synty

Oletetaan, että kahden pisteen väliin on kytketty sähköinen jännite. Jännite katkaistaan hyvin nopeasti. Sähkökenttä alkaa hävitä, mutta sen muuttuminen synnyttää magneettikentän. Jos väliaine on häviötöntä, kaikki sähkökenttään varastoitunut energia muuttuu magneettikentäksi. Kun sähkökenttä on hävinnyt, magneettikenttä on saavuttanut maksimiarvonsa ja alkaa vuorostaan hävitä. Tämä synnyttää taas sähkökentän ja prosessi toistuu jaksollisesti. Näin syntynyt sähkömagneettinen kenttä leviää ympäristöönsä valon nopeudella. Myös valo on sähkömagneettinen aalto.

Käytännössä radioaalto nykyisin synnytetään ajamalla johtimen läpi suurtaajuinen sähkövirta. Siinä syntyvä magneettikenttä siirtää energian radioaalloksi.

[muokkaa] Taajuudet

[muokkaa] ELF (Extremely low frequency 3 Hz – 30 Hz)

Näiden aaltojen aallonpituus on välillä 10 000 - 100 000 kilometriä.

ELF-alueella radioaallot etenevät pinta-aaltona useita tuhansia kilometrejä. Sillä on kaksi etua: radioaallot tunkeutuvat kohtuullisesti veteen ja toiseksi ydinräjähdykset ilmakehässä eivät häiritse kyseessä olevia yhteyksiä. Näistä syistä ne sopivat erittäin hyvin strategisten ydinsukellusveneiden yhteysvälineiksi. Ongelmia ovat pieni tiedonsiirtokapasiteetti ja suuret antennit (aallonpituus 100 000–10 000 km).

[muokkaa] SLF (Super low frequency 30 Hz - 300 Hz)

Aallonpituus 10,000 km – 1000 km

[muokkaa] ULF (Ultra low frequency 0,3 kHz - 3 kHz)

Aallonpituus 1000 km – 100 km

[muokkaa] VLF (Very low frequency 3 kHz – 30 kHz)

Aallonpituus 10 km - 100 km

VLF-alueella radioaallot etenevät pinta-aaltona tuhansia kilometrejä, eivätkä ydinräjähdykset vaikuta niihin merkittävästi. Toisaalta tunkeutuminen veteen on heikkoa. Vastaavasti tiedonsiirtokapasiteetti kasvaa.

[muokkaa] LF (Low frequency 30 kHz – 300 kHz)

Aallonpituus 1 km - 10 km LF-alueella radioaallot etenevät pinta-aaltona 900 km – 1 700 km. Antennit ovat kohtuullisen kokoisia (aallonpituus 10 km –1 km), mutta tunkeutuminen veteen on erittäin pientä. Samoin niihin ei voida vaikuttaa ydinräjähteillä. Tästä syystä ne soveltuvat muun muassa yhteyksiin, ydinpommittajiin ja alusyksiköihin.

Tällä alueella on myös ääniyleisradiolähetyksiä (AM-pitkäaaltolähetykset).

[muokkaa] MF (Medium frequency 0,3 MHz –3 MHz)

Aallonpituus 100 m - 1 km

MF-alueella radioaallot etenevät pinta-aaltona lyhyehkön matkan (400 km), mutta tiedonsiirtokapasiteetti on edelleen pieni. Tästä syystä tämän alueen sotilaallinen merkitys on pieni. Alueelta löytyy suuritehoinen LORAN-suunnistusjärjestelmä ja paljon yleisradioasemia (AM-keskiaaltolähetykset).

[muokkaa] HF (High frequency 3 MHz –30 MHz)

Aallonpituus välillä 10 m - 100 m.

HF-alueen erikoisuus on lyhyen (noin 50 km, meren yli pidempi) pinta-aallon lisäksi avaruusaalto. Ilmakehässä on 100–300 kilometrin korkeudessa ionisoituneita kerroksia, jotka heijastavat HF-alueen radioaaltoja. Tällöin saadaan muutaman watin teholla yhteyksiä jopa maapallon toiselle puolelle. Sotilaallisina ongelmina on kaukoyhteyksien herkkyys ilmakehän ydinräjähdyksille sekä heijastavien kerrosten vaihtelut vuorokauden, vuodenajan sekä auringonpilkkurytmin mukaan. Tämä tekee yhteyden varman saannin kahden pisteen välillä ammattitaitoa vaativaksi tehtäväksi. Lisäksi avaruusaalto tarkoittaa, että periaatteessa kaikki maailman samalla taajuudella olevat HF-radiot ovat kuultavissa lähes joka paikkaan. HF-alue on siis globaalissa mittakaavassa täynnä.

HF-alueen erikoiskäyttö on ns. OTH-tutka (Over The Horizon -tutka). Lähettämällä HF-alueen radiopulssin tutkan kantama voidaan kasvattaa muutamaan tuhanteen kilometriin. Ongelmina on suuren antennin ja tehon tarve sekä kansainväliset häiriöt HF-alueella. OTH-tutkia on kokeiltu pitkään muun muassa USA:ssa, Neuvostoliitossa ja Australiassa.

Tällä aluella on myös ääniyleisradiolähetyksiä (AM-lyhytaaltolähetyksiä).

[muokkaa] VHF (Very high frequency 30 MHz –300 MHz)

VHF-aaltojen aallonpituus on välillä 1 m - 10 m.

VHF-alueella radioaallot etenevät pääosin suoran säteilyn perusteella enintään 8–30 km. Maksimi etenemisetäisyyttä voi arvioida laskemalla radiohorisontti. Muita etenemistapoja tällä alueella ovat pinta-aalto, lyhyt avaruusaalto ja meteorisironta, kaikki aaltoalueen alapäässä.

Alue mahdollistaa suuren tiedonsiirtokapasiteetin (teoreettisesti esimerkiksi 10 800 kappaletta 25 kHz:n puheradiokanavia), ja antenni on kohtuullisen kokoinen liikkuvaankin käyttöön (aallonpituus 10–1 m). Ongelmia ovat lähinnä maaston vaikutus maavoimien ja merivoimien toiminnassa. Tyypilliset puheradioiden sotilastaajuudet sijoittuvat aallonpituuksille 30 Mhz – 80 MHz.

Metsän lisävaimennus alkaa myös VHF-alueen alapäästä. Käytännössä pitkien yhteyksien saaminen metsän sisällä on koko VHF-alueella alapäästä alkaen mahdotonta.

Tälle alueelle sijoittuvat myös televisio- ja yleisradiokäytössä olevat alueet VHF I, ULA ja VHF III.

[muokkaa] UHF (Ultra high frequency 0,3 GHz – 3 GHz)

UHF-aaltojen aallonpituus 10 cm - 1 m. Niitä sekä vielä lyhempiä SHF- ja EHF-aaltoja nimitetään myös mikroaalloiksi.

UHF-alueella radioaallot etenevät suoran etenemisen mukaan. Maasto vaikuttaa voimakkaasti esteenä. Yhteyden on oltava lähes näköyhteys antennista toiseen. Aluetta käytetään myös satelliittiyhteyksiin. Suuri kapasiteetti tekee alueesta hyvän monikanavaisten linkkijärjestelmien alueen. Antennit voidaan rakentaa voimakkaasti suuntaaviksi, mutta kohtuullisen kokoisiksi. Niitä on myös käytettävä, jotta saataisiin edes muutamia kilometrejä pidempiä yhteysetäisyyksiä. Suuntaavien antennien käyttö liikkuvissa järjestelmissä on vaikeaa. Tämä rajoittaa UHF-alueen lähinnä siirrettäviin tai kiinteisiin yhteyksiin. Aluetta käytetään myös ilmasta ilmaan - ilmasta maahan - ja maasta ilmaan -yhteyksiin.

Tällä taajuudella on myös ISM-taajuusalue (Industrial, Scientific and Medical), jonka käyttö ei vaadi erillistä lupaa.

Tälle alueelle sijoittuu myös television UHF-alue.

[muokkaa] SHF (Super high frequency 3 GHz – 30 GHz)

SHF-alueella radioaallot etenevät suoran etenemisen mallin mukaan. Antennien välillä on oltava näköyhteys. Aallonpituus on 10–1 cm, eli antennit saadaan erittäin pieniksi tai kohtuullisella antennilla, halkaisija metriluokkaa, saadaan erittäin suuria vahvistuksia. Tällöin säteily suuntautuu pieneen tilaan. Em. mahdollisuus tekee muun muassa tutkan mahdolliseksi. Samalla kyseisen suuren vahvistuksen antavat antennit ovat tämän aaltoalueen yhteyksien edellytys. Tästä syntyy taas vaikeus etenkin siirtyvässä käytössä suunnata antenni vasta-asemaan.

Suuntaaviin antenneihin perustuvien linkkien havaitseminen, kuuntelu ja häirintä on suuntaavien antennien vuoksi erittäin vaikeaa. Mm USA:n MSE-viestijärjestelmä käyttää 15 GHz:n lyhyen kantaman (n. 8 km) linkkejä (Down The Hill) esikunnan ja korkeammalla olevan alueellisen viestikeskuksen tai kaukolinkin välillä.

Alueen alapäätä (3–5 GHz) käytetään myös ns. troposfäärisirontayhteyteen eli tropolinkeissä. Tämä yhteys perustuu alle 10 kilometrin korkeudessa oleviin ilmakehän pyörteisiin ja muihin epätasaisuuksiin, jotka sirottavat niihin osuvan SHF-alueen säteilyn.

Sää alkaa vaikuttaa ensimmäisen kerran tällä alueella, lähinnä sateen muodossa. Voimakas sade vaimentaa sähkömagneettista säteilyä niin paljon, että yhteys saattaa katketa.

[muokkaa] EHF (Extremely high frequency 30 GHz – 300 GHz)

EHF-alueella aallonpituus on 10–1 mm. Tästä alueen toinen nimi: millimetrialue. Voimakkaasti suuntaava antenni on mahdollista saada erittäin pieneen tilaan. Tämä tekee täsmäaseisiin (ammuksiin) sijoitetut aktiiviset (ja passiiviset) tutkahakupäät mahdollisiksi. Alueen radioaaltojen etenemistä vaikeuttavat merkittävästi sääilmiöt, lähinnä sade. Myös perusvaimennus ilmakehässä on niin suuri, että lähinnä vain tietyt ikkuna-alueet soveltuvat esimerkiksi viestinsiirtoon.

Sähkömagneettisen spektrin ensimmäinen suuri ilmakehän aiheuttama lisävaimennus on 60 GHz:n kohdalla. Sitä voidaan käyttää myös hyödyksi. Kyseisellä alueella toimivat yhteydet jäävät lyhyiksi (muutama kilometri), mutta samalla niiden havaitseminen, kuuntelu ja häirintä on lähialuetta lukuun ottamatta lähes mahdotonta. Lisäksi tällä alueella olevat yhteydet eivät häiritse merkittävästi toisiaan.

Alueen käyttökelpoisuutta lisää ratkaisevasti mikropiirien valmistuksen siirtyminen 1980-luvun lopulla kyseiselle alueelle (vrt. MIMIC).

[muokkaa] Mittauskäyttö

Radioaallot läpäisevät materiaaleja turvallisesti ja mahdollistavat nopeita ja kattavia mittauksia materiaalien ominaisuuksista, joita ei pitkään ole voitu mitata tehokkaasti tai tarkasti.

Radioaalloilla mitattavia materiaalien fysikaalisia ominaisuuksia ovat erityisesti vesipitoisuus, mutta myös muun muassa tiheys ja eri aineitten, kuten esimerkiksi suolan, pitoisuudet seoksissa. Mittaukset perustuvat materiaalien sähköisten ominaisuuksien eroihin, joten näiden ominaisuuksien perustutkimuksen tulokset ovat konferenssin tärkeä osa. Vesi erottuu radioaalloilla selvästi useista muista materiaaleista, jonka takia kosteuden mittaaminen radioaaltojen avulla on tehokasta.

[muokkaa] Katso myös

Sähkömagneettinen säteily

Radioaallot: ELF | SLF | ULF | LF | MF | HF | VHF | UHF | SHF | EHF