Sóng vô tuyến là gì? Ứng dụng của các loại sóng vô tuyến

Sóng vô tuyến là gì?

Sóng vô tuyến là một loại bức xạ điện từ với các bước sóng trong phổ điện từ, dài hơn ánh sáng hồng ngoại. Loại sóng này rất phổ biến và thường xuyên được sử dụng trong các công nghệ truyền thông, thiết bị điện tử hiện đại. Các thiết bị đó sẽ nhận sóng vô tuyến và chuyển đổi chúng thành các rung động cơ học trong loa và từ đó phát ra sóng âm thanh.

Phổ tần số vô tuyến là một phần khá nhỏ của phổ điện từ EM. Phổ điện từ thì thường được chia ra bảy vùng theo thứ tự giảm bước sóng và tăng năng lượng của tần số.

Các chỉ định phổ biến đó là: sóng vô tuyến, hồng ngoại (IR), sóng vi ba, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím (UV), tia X và tia Gamma.

Sóng vô tuyến có bước sóng dài nhất trong phổ EM theo NASA và dao động từ khoảng 1mm đến hơn 100km. Tần số sóng vô tuyến thấp đó là từ khoảng 3000 chu kỳ cho mỗi giây hoặc 3KHz, lên tới khoảng 300GHz.

Phổ vô tuyến là một nguồn tài nguyên hạn chế và thường hay được so sánh với đất nông nghiệp. Bởi phổ vô tuyến cũng phải được phân chia giữa những người dùng theo các cách hiệu quả nhất.

Vận tốc và bước sóng của sóng vô tuyến 

Về vận tốc thì sóng vô tuyến sẽ truyền rất nhanh với vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không. Trong quá trình di chuyển nếu sóng bị va đập vào các vật thể xung quanh thì nó sẽ đi chậm lại, phụ thuộc vào độ từ thẩm và hằng số điện môi của môi trường đó.

Bước sóng của sóng vô tuyến là khoảng cách từ một đỉnh sóng này tới đỉnh sóng kế tiếp và tỉ lệ nghịch với tần số của sóng. Trong môi trường chân không thì V = 299.792.458 m/s, tần số của sóng là 1 Hz. Tạo ra tín hiệu nhận biết 1 Megahertz  và sẽ có bước sóng lamda khoảng 299m.

Ở Việt Nam thì sóng vô tuyến sẽ do Cục Tần số vô tuyến điện thuộc Bộ thông tin và truyền thông quản lý.

Lịch sử của sóng vô tuyến

Sự xuất hiện của sóng vô tuyến là do một nhà vật lý người Scotland James Clerk Maxwell – người đã phát triển một lý thuyết điện từ thống nhất năm 1870 tiên đoán.

Đến năm 1886 thì Heinrich Hertz – một nhà vật lý người Đức đã áp dụng lý thuyết của Maxwell để sản xuất và thu sóng vô tuyến. Ông đã sử dụng các công cụ tự chế rất đơn giản gồm: một cuộn dây cảm ứng và bình Leyden (một loại tụ điện được làm từ 1 lọ thuỷ tinh và các lớp giấy bạc cả trong lẫn ngoài) để có thể tạo ra sóng điện từ. Từ đó, ông đã trở thành người đầu tiên truyền và nhận sóng vô tuyến có kiểm soát. Đơn vị tần số của sóng sẽ là EM – một chu kỳ mỗi giây và được gọi là Hertz (Hz).

Các loại sóng vô tuyến phổ biến

Các loại sóng vô tuyến thường gặp đó là:

• Sóng dài: thường có phản xạ tốt qua các tầng điện li. Sóng dài thì không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng Fading (ảnh hưởng từ giao thoa sóng).
• Sóng trung: Được dùng để lan tỏa sóng trong các thành phố lớn, phản xạ thì kém hơn sóng dài và bị ảnh hưởng bởi hiện tượng fading.
• Sóng ngắn vô tuyến: Có tần số khá cao và thường bị các vật cản hấp thụ. Ưu điểm của sóng ngắn đó là có thể liên lạc rất xa.
• Sóng cực ngắn: Có khả năng xuyên qua mọi tầng và đi vào không gian vũ trụ cực lớn. Thường được ứng dụng trong liên lạc, phát thanh truyền hình.

Vô tuyến truyền hình thường dùng các sóng cực ngắn và không truyền được xa trên mặt đất.

Theo Cục Viễn thông và Thông tin Quốc gia Hoa Kỳ thì thường chia phổ vô tuyến thành 9 dải sóng vô tuyến

Sự truyền đi của sóng vô tuyến trong khí quyển của Trái đất

Các loại sóng vô tuyến: sóng dài, sóng trung, sóng cực ngắn bị các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh nên các sóng này không thể truyền đi xa, khoảng cách tối đa của sự truyền các sóng này là từ vài km đến vài chục km. Sóng ngắn vô tuyến cũng bị không khí hấp thụ mạnh, tuy nhiên trong một số vùng tương đối hẹp (tầng điện li), các sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ.

Trong tầng điện li (kéo dài từ độ cao 80km đến 800km) các phân tử không khí bị ion hóa rất mạnh do tác dụng của tia tử ngoại của ánh sáng Mặt trời, Các sóng ngắn vô tuyến phản xạ tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và mặt nước biển như ánh sáng, nhờ sự phản xạ liên tiếp mà các sóng ngắn có thể truyền đi rất xa (có thể lên đến vài chụ nghìn km) trên mặt đất.

Hình minh họa quá trình sóng vô tuyến phát ra từ antent phản xạ tại tầng điện li và mặt đất, mặt nước biển đi đến nơi thu tín hiệu.

Cách phân chia tầng khí quyển bao quanh trái đất

Các sóng có tần số lớn hơn 30 MHz (các vi sóng) không phản xạ trên tầng điện li mà đi xuyên qua tầng này ra không gian vũ trụ. Tại đó chúng có thể gặp các anten parabol của các vệ tinh nhân tạo và phản xạ trở lại mặt đất. Các tín hiệu của vô tuyến truyền hình thường được phát bằng các vi sóng này.

Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến (truyền thanh)

Chỉ xét trong lĩnh vừng truyền thanh (phát thanh)

Sóng vô tuyến dùng trong thông tin liên lạc truyền thanh là sóng điện từ cao tần trong dải sóng vô tuyến, sóng này được gọi là sóng mang

Để truyền tải âm thanh đi xa phải dùng một bộ phận gọi là Micro để biến dao động của âm thành dao động điện có cùng tần số, tần số này ứng với một sóng điện từ gọi là sóng âm tần

Micro một thiết bị điện biến dao động của âm thanh thành dao động điện. Dao động điện này là một sóng điện từ gọi là sóng âm tần
Âm thanh tai con người có thể nghe được có tần số từ 16Hz đến 20kHz. Sóng mang có tần số từ 500 kHz đến 900MHz, muốn truyền tải âm thanh phải dùng sóng mang nên phải sử dụng một mạch biến điệu để trộn sóng mang vào sóng âm tần, quá trình này gọi là biến điệu sóng mang. Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, người ta phải khuếch đại chúng bằng các mạch khuyến đại.

Với các trạm phát và máy thu ở cách xa nhau, sóng mang sẽ phản xạ ở tần điện li và mặt đất, mặt nước biển nhờ đó mà tín hiệu có thể truyền đi được rất xa, đây là lí do người ta sử dụng sóng điện từ cao tần trong thông liên lạc

Ở nơi thu tín hiệu phải tách sóng âm tần ra khỏi sóng mang cao tần sau đó đưa ra loa. Bộ phận làm việc này gọi là mạch tách sóng. Loa sẽ biến dao động điẹn thành dao động âm có cùng tần số.

Ứng dụng của các loại sóng vô tuyến

Phát thanh

Một trong những ứng dụng chính của sóng vô tuyến là phát thanh. Trước hết, tín hiệu âm thanh được điều chế với sự trợ giúp của nhiều kỹ thuật điều chế khác nhau như điều chế biên độ (AM – Amplitude Modulation) và điều chế tần số (FM – Frequency modulation) .

Tín hiệu điều chế sau đó được mã hóa và truyền trong không khí với sự trợ giúp của máy phát sóng vô tuyến. Về phía máy thu sóng vô tuyến, tín hiệu có thể được truy xuất bằng cách điều chỉnh máy thu về cùng tần số với tần số của máy phát.

Bạn đang xem: Sóng vô tuyến là gì? Ứng dụng của các loại sóng vô tuyến

Mạng di động

Sóng vô tuyến có khả năng xuyên qua các vật liệu cứng và chướng ngại vật như tòa nhà, cây cối một cách dễ dàng. Tính chất này của sóng vô tuyến được ngành truyền thông sử dụng để thiết lập các liên kết di động nhằm mục đích trao đổi thông tin. Bộ phát và thu sóng vô tuyến được lắp đặt ở mạch bên trong của điện thoại di động giúp truyền và nhận tín hiệu với sự trợ giúp của sóng vô tuyến.

RADAR

RADAR là viết tắt của Radio detection and ranging – dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến. Đúng như tên gọi, RADAR sử dụng sóng vô tuyến để phát hiện sự hiện diện và vị trí của chướng ngại vật.

Ăng-ten phát của RADAR gửi sóng vô tuyến ra môi trường. Loại sóng này truyền trong không khí và bật trở lại nếu va phải chướng ngại vật. Các sóng phản xạ sau đó được thu bởi máy thu thanh. Tốc độ sóng truyền đi đã được nhận biết và thời gian sóng quay trở lại được ghi lại. Do đó, vị trí của chướng ngại vật có thể được xác định dễ dàng.

Đài thiên văn

Thiên văn học vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến để có cái nhìn rõ ràng, chính xác hơn về hành tinh, sao chổi, tiểu hành tinh và nhiều thiên thể khác. Các bức xạ này không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết bất lợi như mưa, sương mù, ánh sáng mặt trời,…

Tính chất này của sóng vô tuyến được nhà thiên văn học vô tuyến sử dụng để nghiên cứu thành phần, vị trí, chuyển động và các đặc tính liên quan khác của các thiên thể.

Truyền thông vệ tinh

Sóng vô tuyến được sử dụng để truyền phát thông tin trên một khoảng cách lớn đáng kể với sự trợ giúp của các vệ tinh. Ăng-ten sóng vô tuyến trên trái đất có tác dụng truyền tín hiệu đến vệ tinh. Sau đó, vệ tinh sẽ gửi tín hiệu nhận được trở lại trạm mặt đất. Tín hiệu này được xử lý và thông tin được trích xuất. Phát sóng truyền hình là một trong những ứng dụng tốt nhất của sóng vô tuyến trong truyền thông vệ tinh.

Vô tuyến điện từ xa

Sóng vô tuyến thường được sử dụng trong phép đo vô tuyến từ xa để xác định vị trí chính xác của động vật và theo dõi chuyển động của nó. Điều này được thực hiện bằng cách gắn một máy phát vô tuyến vào cơ thể của con vật. Máy phát liên tục bức xạ sóng vô tuyến trong môi trường. Các bức xạ do máy phát phát ra được máy thu thu lại và hiển thị kết quả trên màn hình.

Đồ chơi điều khiển từ xa

Hầu hết các đồ chơi điều khiển từ xa đều hoạt động dựa trên sóng vô tuyến. Máy thu bên trong đồ chơi phản ứng với sóng vô tuyến được truyền bởi bộ phát vô tuyến có trong điều khiển. Do đó, sóng vô tuyến cho phép người dùng vận hành đồ chơi từ xa.

Điều hướng và Kiểm soát Không lưu

Một trong những ứng dụng chính của sóng vô tuyến là thiết lập một mạng lưới liên lạc đáng tin cậy giữa máy bay và bộ phận kiểm soát không lưu. Sóng vô tuyến tần số rất cao hoặc dải tần số vô tuyến rất cao (VHF – Very High Frequency) thường được sử dụng cho mục đích này. Sóng vô tuyến cũng giúp duy trì kết nối không đối không giữa các máy bay.

Khám chữa bệnh

Sóng vô tuyến được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe. Ví dụ, sóng vô tuyến được sử dụng trong các máy chụp cộng hưởng từ để cho ra hình ảnh 3 chiều chi tiết và rõ ràng về các cơ quan nội tạng của bệnh nhân. Sử dụng sóng vô tuyến để thực hiện quét MRI hoặc trong các ứng dụng y tế khác không gây ra bất kỳ tác dụng phụ bất lợi nào.

Sóng vô tuyến cũng được biết đến là công cụ hỗ trợ các ca phẫu thuật xâm lấn tối thiểu, bao gồm cả điều trị ngưng thở khi ngủ.

Tàu ngầm

Hệ thống thông tin liên lạc trên tàu ngầm sử dụng sóng vô tuyến để trao đổi thông tin dễ dàng hơn. Thông thường, sóng vô tuyến tần số cực thấp hoặc dải tần số cực kỳ thấp (ELF – Extremely Low Frequency) được sử dụng do các bức xạ đó không dễ bị nước biển hấp thụ.

********************