یون سپهر و امواج رادیوئی

در این قسمت درمورد امواج رادیوئی و نقش یون سپهر در انتشار و پخش امواج رادیوئی توضیح کامل می دهیم ولی قبل از آن درمورد طیف کامل امواج الکترومغناطیس که امواج رادیوئی هم زیر مجموعه آنها است توضیح بسیار کوتاهی می دهیم .
برای مطالعه کامل امواج الکترومغناطیس به مقاله “امواج الکترو مغناطیس” از همین سایت مراجعه کنید .

                                     ۱- امواج الکترو مغناطیس چیست ؟
امواج الکترو مغناطیس طیف بسیار گسترده ای است که از اشعه گاما تا امواج رادیوئی را در بر می گیرد .

۱) تاریخچه امواج الکترومغناطیس

از زمان های پیش ماهیت نور برای بشر یک معما بود . دانشمندان و بزرگان بسیاری در مورد نور تحقیق کرده ولی نتوانستند از ماهیت و کارکرد نور سر در بیاورند . بعدها نه تنها نظریه های مختلفی در مورد نور و ماهیت نور  همچنین سرعت و چگونگی انتشار نور منتشر شد بلکه دانشمندان پی بردند که آن چیزی که ما اکنون به عنوان نور مرئی می شناسیم و با چشمان خود می بینیم در واقع گسترده بسیار کوچکی از یک طیف عظیم می باشد که منشاء الکتریکی و مغناطیسی دارند و امروزه به عنوان امواج الکترومغناطیس می شماسیم .
در طی قرون مختلف تحقیقات بر روی منشاء و ماهیت نور منجر به ایجاد تئوری های مختلفی شد ( همچون نظریه نیوتن مبنی بر ذره ای بودن نور و نظریه هویگنس مبنی بر موجی بودن نور ) و بعد این دو را باهم ادغام کردند و گفتند نور رفتار دوگانه داشته و در بعضی موارد ذره ای و در بعضی موارد موجی رفتار می کند تا سرانجام ماکسول کشف کرد که میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فضا به یکدیگر تبدیل شده و از این تبدیل موجی بوجود می آید که با سرعت نور ( ۰۰۰ر۳۰۰ کیلومتر در ثانیه ) انتقال پیدا می کند . 
بعد هرتز توانست آن را در عمل نشان دهد . سرانجام نتیجه کارهای ماکسول و هرتز منجر به کشف امواج الکترو مغناطیس و درک ماهیت نور شد

۲) طول موج و فرکانس و دامنه

امواج الکترو مغناطیس شامل طیف های گوناگونی از اشعه گاما تا امواج بسیار بلند رادیوئی می شود . قبل از توضیح در مورد امواج رادیوئی در مورد دو اصطلاح در فیزیک باید توضیح داده شود .
۱-۵) طول موج : به فاصله بین دو قله متوالی موج طول موج می گویند و با λ نشان می دهند .
۲-۵ ) فرکانس : به تعداد موج های تولید شده در واحد زمان فرکانس می گویند  و با f نشان می دهند .
 واحد فرکانس  هرتز می باشد و یک هرتز فرکانس دستگاهی است که در هر ثانیه یک موج تولید می کند .
۳-۵) دامنه موج : به بیشترین جا به جایی عمودی نمودار نوسانی موج از خط تعادلی (خطی که موج وقتی از نوسان بایستد، هیچ ارتفاعی نخواهد داشت)، دامنه موج می گویند. دامنه بزرگ به معنای انرژی زیاد و دامنه کوچک به معنای انرژی کم است. دامنه در هر موجی بسیار مهم است چون شدت یا درخشندگی یک موج در مقایسه با دیگر امواج مشابه ( با همان فرکانس و طول موج ) را به ما نشان می دهد .

۲- تاریخچه امواج رادیوئی و رادیو و تلویزیون

کشف امواج رادیوئی از تئوری ماکسول شروع شده و توسط هرتز ادامه پیدا کرد و به صورت عملی ثابت شد تا مارکونی که توانست عملا آنها را به کار بسته و رادیو  را اختراع کند .

۱) هاینریش رودلف هرتز

هانریش هرتز در سال ۱۸۵۷ در شهر هامبورگ کشور آلمان بدنیا آمده و در سال ۱۸۹۴ بعلت سرطان استخوان درگذشت . (در سن ۳۶ سالگی ) در سال ۱۸۸۰ مدرک دکترای خود را در رشته فیزیک، مهندسی الکترونیک دریافت کرد و در سال ۱۸۸۷، با ساخت تجربی موج‌های رادیویی در آزمایشگاه خویش، واقعی بودن سخنان ماکسول را نشان داد.
هرتز راهی بزرگ به سوی دنیائی بزرگ باز کرد و انقلابی بزرگ در عصر ارتباطات براه انداخت اگر چه خود او به اهمیت کشفی که کرده بود واقف نشد ولی دنیای متمدن تا امروز مدیون اختراع او است . به پاس خدمات این دانشمند بزرگ واحد فرکانس در سیستم متریک به نام او هرتز (HZ) نامگزاری شد .

 

 شکل شماره ۱ – هانریش هرتز

 ۲) مارکونی و کشف رادیو

گولیلمو مارکونی در سال ۱۸۷۴در شهر بولونیای ایتالیا بدنیا آمد و در ۲۰ ژوئیه ۱۹۳۷ در شهر رم درگذشت . او مهندس برق بوده , آزمایشات هرتز را دنبال کرد و موفق به اختراعاتی شد که دنیا را دگرگون کرد .
در سال ۱۸۹۵ تجربیات و آزمایشگاه خودش را در آزمایشگاه پدرش شروع کرد در سال ۱۸۹۶ آزمایشگاه را به انگستان برد و در همانجا توانست اولین سیگنال های رادیوئی را به فاصله ۲/۵ کیلومتری مخابره کند . این نخستین مخابره یک پیام از راه دور به وسیله امواج رادیوئی بود . یک سال بعد حق ثبت امتیاز نخستین سیستم تلگراف بی‌سیم را دریافت کرد و این اختراع را به نام خود ثبت کرد.
در جولای ۱۸۹۷ کمپانی خود را برای مخابره تلگراف بیسیمی دایر کرد ( که در سال ۱۹۰۰ به نام کمپانی بیسیم مارکونی معروف شد) و همان سال در حضور مقامات ایتالیا (در شهر لا اسپتزیا ) آن را به نمایش گذاشت و پیام خود را به فاصله حدود ۱۹ کیلومتری فرستاد .
در سال ۱۹۰۰ ارتباط تلگراف بی سیمی بین فرانسه و انگلیس برقرار شد و در دسامبر ۱۹۰۱ فرضیه امواج رادیوئی که تحت تاثیر چرخش زمین قرار نمی گرفتند ثابت کرد و اولین سیگنال های رادیوئی را بین پولدهو، کورن وال و سنت جونز، نیوفوندلند به فاصله ۳۳۸۰ کیلومتر مخابره کرد.
تا سال ۱۹۰۶ استفاده از امواج رادیوئی منحصر به تلگراف بی سیمی بود ولی مردم که از اختراعات مارکونی به شور و هیجان آمده بودند خواستار آن بودند که صدای انسان از رادیو شنیده شود ولی این کار نیاز به قطعات الکتریکی خاصی داشت . سرانجام در سال ۱۹۰۶ يک فيزيکدان آمريکايي به نام “دو فورست ” لامپ سه الکتروني را اختراع کرد که براي راديو الکتريسيته خيلي قابل استفاه بود. بعد از آن “روبرت فون ليئن ” موفق به ساخت لامپ هاي قوي شد، اين لامپ ها تحول بزرگي در زمينه دستگاه هاي الکترونيکي به وجود آوردند در سال ۱۹۱۰ براي اولين بار صداي موسيقي و آواز اپراي “متروپولتين نيويورک” در سراسر آمريکاي شمالي شنيده شد.
تاريخ‌ شروع‌ بهره‌برداري‌ عمومي‌ از راديو درسال‌ ۱۹۲۰ مي‌باشد اولين‌ دستگاه‌هاي‌ پخش‌ منظم‌ راديوئی‌ ( اولین ایستگاه رادیو ) در سال‌۱۹۲۰ درانگلستان‌ به‌ كار افتاد و در سال‌ ۱۹۲۶اولين‌ كنفرانس‌ بين‌ المللي‌ راديويي‌ با شركت‌ ۲۷كشور جهان‌، در برلين‌ برپا شد و آيين‌ نامه‌ مقررات ‌ارتباطات‌ راديويي‌ به‌ تصويب‌ رسيد .

  شکل شماره ۲ – مارکونی مخترع رادیو

۳) تسلا , مارکونی و ادیسون

نیکولا تسلا (مخترع، فیزیکدان و مهندس صرب تبار) در سال ۱۸۶۵در امپراتوری اتریش مجارستان متولد شد ولی در سال ۱۸۸۴ به آمریکا مهاجرت  کرد . وی حتی قبل از مارکونی در زمینه ارتباط بی سیمی مطالعات گسترده ای کرده بود . بعد از ورود به آمریکا مدتی پیش ادیسون ( مخترع معروف )کار می کرد تسلا پس از مدتی کوتاه با کمک حامیان مالی فعالیت مستقل خود را آغاز و با احداث آزمایشگاه‌ها و کارخانجاتی ، اقدام به تولید طیف گسترده‌ای از محصولات الکتریکی کرد . حق امتیاز موتور القایی و ترانسفورماتور جریان متناوب که از اختراعات ثبت شدهٔ تسلا هستند ، توسط جورج وستینگهاوس (که برای مدت کوتاهی نیز تسلا را به عنوان مشاور خود استخدام کرده بود) خریداری شد.
این در حالی بود که ادیسون روی جریان مستقیم کار می کرد سرانجام این مسئله و مسائل دیگر باعت اختلاف و بگو مگو بین این دو نفر شده و از آن پس این دو مخترع با هم اختلاف عمیقی پیدا کردند . و دشمن شدند .
تلگرام بی سیمی را هم تسلا اختراع کرد و در منابعی هم از او به عنوان مخترع رادیو نام برده می شود . در ابتدا هم در سال ۱۸۹۷حق اختراع به نام تسلا ثبت شد ولی مارکونی که با ادیسون و آندره کارنجیو ( از عوامل اداره ثبت اختراعات ) روابط خوبی بهم زده بود و ادیسون از طرفی نفوذ زیاد و روابط خوبی هم با دولتمردان آمریکا داشت و از طرف دیگر با تسلا هم دشمن بود توانست اداره ثبت اختراعات را وادار کند تا در سال ۱۹۰۴حق ثبت را از تسلا گرفته و به نام مارکونی ثبت کند .
تسلا به مبارزه خود ادامه داد ولی نتوانست به نتیجه برسد . سرانجام در سال ۱۹۴۳( در همان سال مرگ تسلا – مارکونی ۶ سال پیش در گذشته بود ) دادگاه عالی آمریکا حق ثبت اختراع را از مارکونی گرفته و به تسلا داد .

 ۴) تاریخچه تلویزیون

در این قسمت به طور خیلی خلاصه تاریخچه ساخت تلویزیون و پخش برنامه های تلویزیونی را شرح می دهیم
تلویزیون یک ابزار مخابراتی برای ارسال و دریافت عکسهای متحرک و صدا از یک فاصله دور می باشد. این لغت به تمام بخشهای تلویزیون ، برنامه‌های تلویزیون و پخش آنها اشاره می‌کند. کلمه تلویزیون یک کلمه دو قسمتی است که از زبان یونانی و لاتین می‌آید. “تل” در یونانی به معنای دور درحالی که “ویزیون” که از زبان لاتین “ویزیو” می‌آید به معنای دیدن یا بینایی می‌باشد.
باید توجه کرد که ساخت تلویزیون یعنی دستگاهی که بتواند تصاویر را پخش کند به قبل از کشف امواج رادیوئی و ارسال آنها به نقاط دور ( طبق شرحی که داده شد ) می باشد بنابراین هدف در درجه اول نشان دادن تصاویر بود این تصاویر ابتدا در محل تولید شده بعد به کمک خطوط تلفن و کابل منتقل می شد وبعد توسط امواج رادیوئی ( طیف UHF وVHF ) و بعد به وسیله ماهواره که همین سال های اخیر بوده است .
به طور خلاصه تاریخچه ساخت تلویزیون و ایستگاه های پخش برنامه های تلویزیونی را می توان به این صورت شرح داد .

۱-۴) ساخت اولین دستگاه : اولین دستگاهی که بتواند تصاویر را پخش کند در سال ۱۸۷۳ توسط شخصی به نام «ویلوجی بای اسمیت» اختراع شد .
۲-۴) اولین تلویزیون الکترومکانیکی : در سال ۱۸۸۴یک دانش آموز دبیرستانی (آلمانی ) به نام “نیپکو” نخستین تلویزیون الکترومکانیکی را اختراع کرد .
۳-۴) اولین تلویزیون تمام الکترونیکی : در ۲۵ مارس ۱۹۲۵ یک مخترع اسکاتلندی با نام جان لوگی بِرد در فروشگاه زنجیره‌ای سلفریجز در لندن تصاویری متحرک به صورت سایه نما در تلویزیون را به نمایش گذارد. شکل اختراعی جان لاجی برد تنها ۳۰ خط قابل تجزیه برای ایجاد یک تصویر قابل درک از چهره انسان داشت.
۴-۴) پخش اولین سیگنال تلویزیونی : “جان لوگی برد”  مخترع اسکاتلندی در سال ۱۹۲۷ سیگنالی را برای خطوط تلفن در فاصله ۴۳۸ مایلی بین شهرهای لندن و گلاسگو فرستاد. در سال ۱۹۲۸ شرکت توسعه سینما و تلویزیون بِرد نخستین سیگنال تلویزیونی بین اروپا و آمریکا را بین لندن و نیویورک پخش کرد .
۵-۴) افزایش خطوط تصویر : در سال ۱۹۳۲ مخترعی به نام “دی” تلویزیون با امواج مافوق کوتاه را ابداع کرد. سیستم الکترو مکانیکی بِرد در سال ۱۹۳۶به بیشترین حد خود شامل ۲۴۰ خط رسید. و سپس «مارکونی رامی» سیستم تلویزیونی با ۴۰۵ خط تجزیه الکترونیکی را ابداع کرد.
۶-۴) اولین ایستگاه تلویزیون : «لوگی برد» در سال ۱۹۲۶ میلادی (۱۳۰۵ شمسی) اولین ایستگاه تلویزیونی جهان را راه‌اندازی کرد و آن را «تی‌وی ۲» نامید.
۷-۴) اولین تلویزیون رنگی : در سال ۱۹۶۰ ( ۱۳۴۱ ) شرکت Panasonic اولین تلویزیون رنگی خودش را به بازار معرفی کرد. این تلویزیون هم مانند اغلب محصولات این شرکت با برند National به بازار معرفی شد.
۸-۴) پخش از ماهواره : پخش برنامه از ماهواره تاریخچه پیچیده ای دارد . ابتدا از ماهواره برای تقویت سیگنال های تلویزیون های زمینی و کابلی استفاده می شد.
تجهیزات دریافت از ماهواره و آنتن های ماهواره ای(دیش ها) بسیار حجیم و بزرگ و گران بودند ( قطر دیش ها بین ۸ تا ۴ متر و قیمت آنها بیش از بیست هزار دلار بود )  و تنها وقتی توانستند مصرف عمومی پیدا کنند که هم حجم تجهیزات را پائین آوردند هم قیمت را متعادل کردند با این حساب اولین شبکه ماهواره ای در سال ۱۹۸۲ راه اندازی شد .

۳- امواج رادیوئی چیست ؟

امواج رادیوئی گروهی از امواج الکترومغناطیس می باشد که در انتهای طیف واقع شده اند و بیشترین طول موج و کمترین فرکانس را دارند . به زبان ساده از جنس نور هستند . در اینجا در مورد امواج رادیوئی و انواع آن مفصل توضیح می دهیم .

۱) امواج رادیوئی

تفاوت امواج رادیوئی با دیگر طیف امواج الکترومغناطیس این است که طول موج آنها بسیار بیشتر از طول موج دیگر  امواج الکترو مغناطیس  است.درحالی که طول موج نور مرئی از مرتبه میلیاردیم متر می باشد ( نانومتری ) و اشعه گاما و ایکس از این هم کوچکترند . طول موج امواج رادیوئی از مرتبه میلیمتر تا سانتیمتر و متر و کیلومتر و بعضی از امواج رادیوئی از مرتبه ده ها و صدها کیلومتر می باشند . جدول شماره ۱ طول موج امواج رادیوئی و فرکانس آنها را نشان می دهد .
همچنین در جدول شماره ۲ موارد استفاده از امواج رادیوئی در کار و صنعت و تکنولوژی نشان داده شده است .

جدول شماره ۱ – طول موج و فرکانس همه طیف های امواج رادیوئی

جدول شماره ۲ – موارد کاربرد امواج رادیوئی

نکته : یکی از مهمترین کاربردهای امواج رادیوئی در نجوم رادیوئی می باشد که چون در یک بخش به طور مفصل به آن خواهیم پرداخت در اینجا در مورد آن توضیح نخواهیم داد .

۲) اتحادیه بین‌المللی مخابرات(ITU)

در ابتدا که ایستگاه های رادیوئی کم بودند هر ایستگاه می توانست برنامه خود را روی هر فرکانس دلخواه تنظیم کند . ولی بعد که تعداد ایستگاه های رادیوئی زیاد شد برای جلوگیری از تداخل ایستگاه ها لازم شد هر ایستگاهی برنامه خود را روی یک طول موج خاص بفرستد و به این منظور یک سازمان جهانی به نام “ اتحادیه بین‌المللی مخابرات” یا آی تی یو (ITU) بوجود آمد که پس از تاسیس سازمان ملل در سال ۱۹۴۵زیر نظر سازمان ملل شروع به کار کرد .
این سازمان فرکانس های قابل استفاده برای رادیو , تلویزیون , رادار و… را برای هر سازمان تعیین می کند تا حداقل تداخل پیش بیاید .

۳) موج ها و کانال های رادیو و تلویزیون

برای پخش برنامه های مختلف تلویزیون و رادیو از انواع مختلفی از طول موج های موجود در جدول شماره یک می توان استفاده کرد . برای برنامه های تلویزیونی که باید تصویر را بفرستند از امواج UHF  و VHF استفاده می کنند .
زیرا برای فرستادن تصاویر باید انرژی موج زیادتر باشد و هرچه طول موج کمتر باشد انرژی موج بیشتر است .
برای فرستادن  برنامه هائی که باید انرژی بیشتری داشته باشد باید از طول موج های کوتاه تر با فرکانس بالاتر استفاده کرد از این رو برای فرستادن تصاویر (تصاویر تلویزیونی) باید از باند UHF و VHF استفاده کرد .
همچنین برای برنامه هائی که به نقاط دورتر فرستاده می شوند باید از فرکانس های پر انرژی مانندMF و HF استفاده کرد و برای نقاط نزدیکتر می توان از فرکانس های کم انرژی تر مانند VLF,LF و ..  هم استفاده کرد .
فرکانس های بالاتر به معنی پهنای باندبیشتر و فرکانس های کوچکتر به معنی پهنای باند کمتر است. فرکانس های بزرگتر به معنی فرستادن برنامه با انرژی بیشتر و تمرکز بیشتر و فرکانس های کوچکتر به معنی تمرکز کمتر ولی دامنه پخش بیشتر است و همانطور که در قسمت های بعد توضیح خواهیم داد فرکانس های کوچکتر براحتی توسط طبقاتی از جو (که یونوسفر نام دارند) منعکس شده و به نقاط دور دست هم می توان ارسال کرد ولی فرکانس های بزرگتر را نمی توان براحتی ارسال کرد .
با در نظر گرفتن همه جوانب و مقررات (ITU) و همچنین مقررات کشورهای مختلف برنامه های رادیوئی از چند کانال فرستاده می شود (که می توان نوعی از تقسیم بندی امواج رادیوئی را هم بر همین اساس انجام داد )
۱) باند FM : اف‌ام نوعی از پخش رادیویی است.که با امواج با طول موج ۸۸ تا ۱۰۸مگاهرتز (در همه جای جهان طبق مقرراتITU) پخش می شود(در ژاپن ۷۶ تا ۹۰ مگاهرتز )پس طول موج FM قسمتی از امواج VHF می باشد  .
۲) باند AM : AM نوعی از پخش رادیوئی است که در همان فرکانس های HF و MF و LF فرستاده می شود و بنابر این به سه قسمت تقسیم می شود :
فرکانس های LW( طول موج بلند – فرکانس کم ) در همان دامنه امواج LF
فرکانس های MW( طول موج متوسط – فرکانس متوسط)در همان دامنه امواج MF
فرکانس های MW(طول موج کوتاه – فرکانس زیاد) در همان دامنه امواج HF

۴) مزیت هاو معایب FM نسبت به AM

به طور خلاصه برنامه هائی که توسط  فرکانس های FM  فرستاده می شوند این محاسن و معایب را نسبت برنامه هائی که با AM فرستاده می شوند دارند .
۱)برنامه هائی که با FM فرستاده شوند انرژی بیشتری دارند و خیلی راحت تر به نقاط نزدیکتر فرستاده می شوند .
۲) پهنای باند در این گروه بیشتر است یعنی  بین ۸۸ تا ۱۰۸ مگا هرتز می شودکه حدود ۲۰ مگاهرتز پهنای باند داریم که اگر به کیلو هرتز حساب کنیم ۰۰۰ر۲۰ کیلو هرتز می شود .
در امواج AMدامنه موج بین ۳/مگا هرتز تا ۳ مگا هرتز می باشد(۲/۷ مگاهرتز ) که ۲۷۰۰ کیلو هرتز می شود .
۳)فرکانس های FM تمرکز بیشتری دارند و لی در سطح کمتری پخش می شوند ولی AM در سطح وسیعتری پخش می شود .
۴)امواج FM توسط لایه های جو منعکس نمی شوند ولی AM منعکس شده و می توان آن ها را به نقاط دورتری فرستاد .

پس با این حساب جدول شماره ۱ را می توان به این گونه اصلاح کرد

جدول شماره ۳ – طول موج و گروه بندی همه امواج رادیوئی

شکل شماره ۳ – نمودار طول موج های رادیو و تلویزیون

 ۴- یونوسفر(یون سپهر) چیست و چه تاثیراتی دارد ؟

  در بین لایه های اصلی جو(در بخش “هوا و جو  “مفصل در این باره توضیح می دهیم ) لایه ای وجود دارد که خود از چندین لایه تشکیل شده است و نه به عنوان یک لایه مجزا بلکه به صورت لایه ای مابین لایه های دیگر گسترده شده است این لایه را ,لایه یونوسفر می نامند و علت آن که به عنوان لایه ای مجزا در لایه های مختلف جو معرفی نشده این است که این لایه در واقع در داخل چندین لایه مختلف قرار دارد و عملکردش منحصر به فرد است .

۱) یونوسفر چیست ؟

در ۱۲دسامبر ۱۹۰۲زمانی که مارکونی (مخترع رادیو ) توانست برای اولین بار پیامی را از انگلستان به کانادا بفرستد ( این بار اول بود که یک پیام بدون سیم از یک طرف اقیانوس اطلس به طرف دیگر فرستاده می شد ) این سوال پیش آمدکه زمین که کروی است چگونه پیام رادیوئی ( امواج رادیوئی هم مانند نور به خط مستقیم حرکت می کنند ) توانسته از انگلیس به کانادا برسد ؟ بنابراین همان موقع دانشمندان نتیجه گرفتند که در قسمت های بالائی اتمسفر لایه یا لایه هائی وجود دارند که امواج رادیوئی را به سمت زمین منعکس می کنند ( مانند آینه )
سال بعد (۱۹۰۲) دو دانشمند آمریکائی توانستند وجود این لایه را ثابت کند . سرانجام واتسون وات ( مخترع رادار ) این لایه را به سبب عملکردش یونوسفر نامگذاری کرد .

۲) یونوسفر چگونه عمل می کند ؟

لایه یونوسفر از ارتفاع ۵۰ کیلومتری شروع و تا ۵۰۰ کیلومتری گسترده می شود (یعنی درون لایه های مزوسفر و ترموسفر گسترده شده , البته در بعضی منابع از ارتفاع ۸۰ تا ۶۴۰ کیلومتری ذکر می شود که تماما در داخل مزوسفر قرار دارد – برای آشنائی با لایه های جو به بخش هوا و جو مراجعه کنید) دریونوسفر هوا بشدت رقیق است و مولکول های نیتروژن و اکسیژن به صورت ذرات اتمی در آمده و بعد با ازدست دادن الکترون به صورت یون (اتمی که بار الکتریکی دارد) در می آیند.در این میان مقدار بسیار زیادی از اشعه های ایکس و ماوراء بنفش (بقیه اشعه های ماوراء بنفش توسط لایه ازن جذب می شود) را جذب کرده و مانع رسیدن آنها به زمین می شوند .
نقش این لایه به انعکاس امواج بلند رادیوئی مربوط می شود . یون های موجود در این لایه همانند آینه ای امواج بلندتر از ۱۵متر را منعکس کرده و بر می گردانند. چه امواجی که از روی سطح زمین به فضا تابانده شود و چه امواجی که فضا به سمت زمین می آیند . از آنجا که بیشتر امواج رادیوئی ارسالی از فضا طول موج کمتر از ۱۵متردارند این لایه اختلالی در رسیدن طول موج های کیهانی ندارد برای بررسی طول موج های بلند رادیوئی ارسالی از فضا باید گیرنده های لازم را در فضا و خارج از لایه یونوسفر ر مستقر کرد .

     

 شکل شماره ۴ – بازتاب امواج رادیوئی توسط یونسپهر امواج رادیوئی می توانند  چندین بار بازتابش کنند تا به فرستنده برسند

 ۳) لایه های مختلف یونوسفر

خود یونوسفر از لایه های مختلفی تشکیل شده است که در اینجا لایه های مختلف یونوسفر را شرح می دهیم .
بعضی از این لایه ها هم در شب و هم در روز فعال هستند  و بعضی از لایه ها فقط در روز فعال هستند .
۱-۳) لایه D : این لایه در پائین ترین قسمت یونوسفر قرار گرفته است . ارتفاع این لایه از سطح زمین بین ۵۰ تا ۹۰ کیلومتر ( متوسط ۷۰ کیلومتر ) می باشد . و متوسط ضخامت آن ۱۰ کیلومتر می باشد . گازهای موجود در این لایه به هنگام روز بر اثر پرتوهای فرا بنفش و اشعه ایکس یونیزه می شوند و در شب از بین می روند.زیرا یون های تشکیل شده در شب با الکترون های موجود برخورد کرده و به اتم خنثی تبدیل می شوند بنابراین لایه D در شب غیر فعال می شود .
نکته : گاهی اوقات انفجارات سطح خورشید میزان یونیزه بودن گازهای لایه D را افزایش می دهند و در ارتباطات رادیویی اختلالاتی به وجود می آورند.
۲-۳) لایه E : ارتفاع این لایه بین ۱۰۰تا ۱۲۰کیلومتر می باشد.در هنگام روز کاملا فعال ولی در هنگام شب تا حدودی ضعیف شده ولی کاملا از بین نمی رود .
در بالای لایه E و زیر لایه F لایه دیگری قرار دارد که به نام Es شناخته می شود . این لایه هم در شب و هم در روز فعال است بنابراین علت این که لایه E درشب کاملا از بین نمی رود و فقط ضعیف می شود این لایه است .
۳-۳) لایه F : این لایه در طول روز به دو لایهF1 و F2 تقسیم می شود و هردو کاملا فعالند ولی در شب با هم یکی شده و لایهۤ F را بوجود می آورند . بنابراین ارتفاع و ضخامت آنها در طول روز و شب با هم تفاوت می کند در طول روز داریم : 
۱) ارتفاع قسمت زیرین لایه F1 از سطح زمین به طور متوسط حدود ۲۰۰ و ضخامت آن ۱۰۰ کیلومتر می باشد .
۲) ارتفاع قسمت زیرین لایه F2 از سطح زمین به طور متوسط حدود ۴۰۰ و ضخامت آن ۲۰۰ کیلومتر می باشد .
بنابراین در طول روز شکاف ۱۰۰کیلومتری بین دو لایه بوجود می آید . و مجموع ضخامت ۲ لایه با شکاف آن به ۴۰۰ کیلومتر می رسد .
در طول شب این شکاف پر شده و لایه متحد F با ارتفاع متوسط ۲۰۰ کیلومتر و ضخامت ۳۰۰کیلومتر بوجود می آید .
علت این که لایه ۤF در شب از بین نمی رود این است که اولا بالاترین لایه است پس با جذب اشعه های بیشتری , بیشتر یونیزه می شود و ثانیا فاصله یون های آن از هم بقدری زیاد است که امکان برخورد یون ها و الکترون ها و خنثی شدن یون ها به مراتب کمتر است بنابراین پایداری بیشتری دارد .

شکل شماره ۵ – لایه های یونسفر در شب و روز و ارتفاع و ضخامت آنها

۵- نقش یونوسفر در انتشار امواج رادیوئی

در این قسمت راجع به یونوسفر و نقش طبقات یونوسفر در انعکاس و انتشار امواج رادیوئی مفصل توضیح می دهیم .

۱) کدام امواج برای پخش برنامه ها مناسب تر است

برای پخش برنامه های مختلف تلویزیون و رادیو از انواع مختلفی از طول موج های موجود در جدول شماره یک استفاده می کنند . برای برنامه های تلویزیونی که باید تصویر را بفرستند از امواجUHF  و VHF استفاده می کنند .
زیرا برای فرستادن تصاویر باید انرژی موج زیادتر باشد و هرچه طول موج کمتر باشد انرژی موج بیشتر است .
برای فرستادن برنامه هائی که باید انرژی بیشتری داشته باشد باید از طول موج های کوتاه تر با فرکانس بالاتر استفاده کرد از این رو برای فرستادن تصاویر ( تصاویر تلویزیونی ) باید از امواج UHF و VHF استفاده کرد .
همچنین برای برنامه هائی که به نقاط دورتر فرستاده می شوند باید از فرکانس های پر انرژی مانند MF و HF استفاده کرد و برای نقاط نزدیکتر می توان از فرکانس های کم انرژی تر مانند VLF,LF و ..  هم استفاده کرد .

۲) طبقه بندی دیگر امواج رادیوئی

با توجه به نقش یونوسفر در انعکاس و پخش امواج رادیوئی , امواج رادیوئی را به این طریق هم می توان طبقه بندی کرد . ( شکل شماره ۶ )  
۱-۳) امواج زمینی(Ground or Surface wave) : امواجی هستند که در سطح زمین حرکت می کنند و دارای طول موج های بلند هستند . امواج LF و VLF و قسمتی از امواج MF از این دسته هستند .
۲-۳) امواج آسمانی (Sky waves) : امواج HF و بیشتر طیف  MFاز این دسته هستند . این امواج بخصوص در شب از طریق یونوسفر منعکس می شوند از این رو مناسب برای ایستگاه های دور هستند .
۳-۳) امواج فضائی (Sky Space) : این امواج را نمی توان از طریق طبقات یونوسفر منعکس نمود زیرا از این طبقات عبور و به فضا می روند امواج طیف VHF و UHF از این دسته اند .

شکل شماره ۶ – امواج زمینی و آسمانی محدوده فرکانسی امواج رادیوئی و روش های انعکاس آنها

۳) طیف های رادیوئی تحت چه زاویه ای باید به یونوسفر برخورد کنند ؟

طبقات یونوسفر به شرحی که خواهیم داد امواج رادیوئی را منعکس کرده و موجب تسهیل در فرستادن امواج رادیوئی می شوند ولی همه لایه ها , همه امواج را به یک اندازه منعکس نمی کنند . این به طول موج و فرکانس موج و همچنین نوع لایه بستگی دارد .
وقتی موج به طبقات یونوسفر برخورد می کند خمیده شده و اگر میزان خمیدگی به حدی برسد که به زمین برگردد می توان از طبقات یونوسفر مانند آینه ای برای انعکاس امواج استفاده کرد .
میزان خمیدگی موج به فرکانس موج و زاویه ای که تحت آن موج وارد یونوسفر می شود همچنین ضخامت و چگالی ذرات باردار بستگی دارد  .
در فرکانس های بالاتر برای برگشت امواج رادیوئی  , موج باید با زاویه کوچکی وارد شود . هرچه فرکانس افزایش می یابد این زاویه باید کوچکتر شود تا حالتی بوجود می آید که دیگر برگشت موج به زمین امکان ندارد . این اتفاق برای فرکانس های ۳۵ تا ۴۰ مگاهرتز و بالاتر می افتد و دیگر نمی توان آنها را از طریق یونوسفر به زمین برگرداند (یعنی امواج VHF , UHF ) این امواج همان امواجی هستند که برای فرستادن تصویر از آن استفاده می شود .
از طرف دیگر ایستگاه های دورتر باید تحت زاویه کوچکتری امواج خود را وارد یونوسفر کنند تا به نقاط دورتر برگردد از این رو ازفرکانس های MF و HF استفاده می کنند  .

۴) نقش طبقات یونوسفر در بازتابش امواج رادیوئی

حال به نقش طبقات یونوسفر در بازتاب و انتشار امواج رادیوئی می پردازیم . باید توجه کرد که این نقش در روز و شب با هم تفاوت دارد چون بعضی لایه ها که در روز فعال است در شب فعال نیست .
۱-۵) لایه D : لایه D به تابش مستقیم خورشید ربط دارد و روزها بشدت فعال است به گونه ای که نقش اساسی را در بازتاب امواج رادیوئی بازی می کند و لایه های دیگر را تحت تاثیر قرار می دهد .
لایه D نه تنها هیچ نقشی در بازتابش امواج MF وHF ندارد بلکه آنها را جذب هم می کند و مقدار کمی از این امواج می توانند از این لایه عبور کرده و به لایه های بالاتر مخصوصا لایه های Fرسیده و در آنجا منعکس شوند .
در عوض امواج LF و VLF را بخوبی منعکس می کنند .
۲-۵) لایه E : این لایه هم در شب تا حدود زیادی از بین می رود . در روز امواج زمینی MF را تا حدودکمی منعکس می کند و تا حدودی هم امواج  HF ولی امواج LF و VLF را بخوبی منعکس می کند .
۳-۵) لایه هایF : لایه های Fدر روز و شب مهمترین نقش را در انعکاس امواج  MF و HFدارند ( ولی امواج VLFوLF را هم البته ضعیفتر منتشر می کنند ). اگر به خاطر وجود این لایه ها نبود این امواج بهیچ عنوان منعکس نمی شدند .

 ۵) نتیجه گیری نقش لایه های مختلف یونوسفر در انتشار و انعکاس امواج رادیوئی

از آنچه در مورد امواج رادیوئی و نقش طبقات یونوسفر در بازتابش و انعکاس آنها گفتیم و با توجه به این که بعضی لایه ها فقط در روز فعالند و بعضی لایه ها هم در روز و هم در شب می توان نتایج زیر را گرفت .
۱-۵) فرستادن تصاویر تلویزیونی  : امواجVHF  و UHF توسط هیچ کدام از طبقات یونوسفر بازتاب نمی شوند از طرفی چون پر انرژی تر هستند برای انتقال تصاویر تلویزیونی از آنها استفاده می شود . از این رو فقط به خط مستقیم حرکت کرده و برای فرستادن آنها به نقاط مختلف باید در نقاط مختلف و در روی کوه ها و تپه ها مرتب تقویت کننده نصب کرد . تا تمام مناطق را پوشش بدهد . البته به کمک ماهواره نیز می توان این امواج را گرفت و در سراسر جهان پخش کرد . ( البته امواج ۤFM هم که جزئی از VHF هستند نمی توان توسط یونوسفر منعکس کرد )
۲-۵) فرستادن برنامه های رادیوئی از راه دور : برای فرستادن برنامه های رادیوئی به نقاط بسیار دور از طرفی باید از امواج پر انرژی استفاده کرد تا میرا نشود ( از بین نرود ) و از طرف دیگر لازم نیست مانند تصاویر تلویزیونی آنقدر پر انرژی باشد از این رو از امواج HF و MF استفاده می شود.این امواج در روز که لایه D فعال است بسختی منعکس می شود . البته اگر فرستنده ( همچنین گیرنده ) به اندازه کافی قوی باشد می تواند لایه D را رد کرده و در روز هم برنامه پخش کند ولی درشب که لایه D غیرفعال می شود خیلی بهتر و راحت تر می گیرد .
رادیوهائی که روی موجMW و  SW (بخصوص SW ) برنامه پخش می کنند در شب بهتر می گیرند ولی موج LW در روز بهتر می گیرد . 
۳-۵) فرستادن برنامه های رادیوئی از راه نزدیک : برای فرستادن برنامه های رادیوئی برای مناطق نزدیک هیچ نیازی به استفاده از امواج پر انرژی HFو MF نیست و بخاطر مسائل فنی و هزینه کار , مدیران این گونه شبکه های رادیوئی با همان امواج کم انرژی VLF و LF برنامه تولید می کنند که در روز هم خیلی خوب می گیرد ولی در شب که لایه D از بین می رود مشکل تر می گیرد . (برنامه های موج  LW )

نتیجه گیری کلی : باتوجه به آنچه گفته شد این نتیجه گیری حاصل می شود .
۱) تصاویر تلویزیونی را نمی توان از طریق یونوسفر منتقل کرد . بلکه باید به خط مستقیم از روی زمین منتقل شوند بنابراین یا باید با نصب دکل های تقویت کننده انها را در نقاط مورد نیاز تقویت کرد ( تلویزیون های زمینی ) یا از طریق ماهواره در حجم عظیمی از زمین پخش کرد . در این حالت ماهواره مانند طبقات یونسفر عمل می کند .
۲) برنامه هائی که باید به راه دور فرستاده شود باید با امواج پر انرژی فرستاده شود و این امواج در شب بهتر می گیرند . بنابراین ایستگاه های رادیوئی که روی باند MW و SW (بخصوص SW ) برنامه پخش می کنند ( ایستگاه های دور دست ) در شب بهتر می گیرند .
۳) ایستگاه های نزدیک که از امواج کم انرژی استفاده می کنند در روز بهتر می گیرند . بنابراین رادیوهائی که روی باند LW برنامه پخش می کنند ( مخصوص نقاط نزدیک ) در روز بهتر می گیرند .

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۵) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد .

 

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *