مختصری از امواج رادیویی و تقسیم بندی باند ها و فرکانس ها
امروزه و در عصر پيشرفت تكنولوژي، كاربرد و استفاده از طيفهاي فركانسي و امواج راديويي در حال گسترش روزافزون است. مهمترين مزيت اين فناوري كاهش حجم اتصاالت و وسايل رابط همچون سيمها و كابلها هستند كه در نتيجه موجب كاهش چشمگير هزينهها ميگردند. به طوري كه روابط بدون سيم جايگزين مطمئن آنها ميشوند.
ارتباطات به وسيله امواج راديويي، برپايه قوانين فيزيك و انرژي امواج الكترومغناطيسي استوار است. بدين منظور برخي مفاهيم اوليه مربوط به اين موضوع را به اجمال از نظر ميگذرانيم.
* همه ما تاكنون عباراتي نظير FM, AM, VHF, UHF و … را شنيدهايم. فضاي اطراف ما آكنده از امواج راديويي است كه در تمام جهات در حال انتشار و عبور و مرور ميباشند. اصوال يك موج راديويي يك موج الكترومغناطيسي ميباشد كه معموال توسط آنتن منتشر ميگردد. امواج راديويي داراي فركانسهاي مختلفي هستند، كه برحسب كاربري مطابق با استانداردهايي تقسيمبندي شدهاند. در آمريكا FCC كميته ملي ارتباطات مسئوليت مديريت و تصميمگيري در مورد تخصيص طيفهاي فركانسي و صدور مجوز و يا تعيين استانداردها را برعهده دارد.
امواج راديويي در هوا با سرعتي نزديك به سرعت نور انتقال مييابند. اين امر يكي از مهمترين مزاياي اين فناوري ميباشد كه نقش بسزايي در تسريع ارتباط به عهده دارد.
. واحد اندازه گيري فركانس راديويي hertz” هرتز” يا “سيكل بر ثانيه” است و براي فركانسهاي بزرگتر، جهت خواندن و نوشتن از عباراتي مانند KHz” كيلوهرتز”، MHz” مگا هرتز” و … استفاده ميشود. در جدول تقسيم بندي فركانسها برحسب واحد آمده است.
امواج راديويي داراي فركانسها و باندهاي مختلفي هستنتد، به وسيله يك گيرنده مخصوص راديويي شما ميتوانيد، امواج مربوط به همان گيرنده را دريافت نماييد. براي مثال زماني كه شما مشغول گوش دادن به يك ايستگاه راديويي هستيد، گوينده فركانس 5.MHz91 و باند FM را اعالم ميكند. راديوي FM شما تنها ميتواند گستره فركانسي تخصيص يافته مربوط به خود را دريافت نمايد.
Wavelength يا طول موج يك سيگنال الكترومغناطيسي با فركانس يا بسامد آن رابطه معكوس دارد، بدين معني كه باالترين فركانس كوتاه ترين طول موج را دارا مي باشد . در كل سيگنالهاي با طول موجهاي بلند تر مسافت بيشتري را ميپيمايند و از قابليت نفوذ بهتري در ميان اجسام در برابر سيگنالهاي داراي طول موج كوتاه برخوردارند
جدول باندهای فرکانسی
| نمادها | تقسیمات | گستره فرکانس | مخفف باندها |
| VLF | امواج 10هزار متری | ( 3-30) KHz | b.mam |
| LF | امواج کیلومتری | (30-300) KHz | b.hm |
| FM | امواج هکتامتری | (300-3000) KHz | b.hm |
| HF | امواج دکامتری | (3-30) MHz | b.dam |
| VHF | امواج متری | (30-300) MHz | b.m |
| UHF | امواج دسیمتری | (300-3000) MHz | b.dm |
| SHF | امواج سانتیمتری | b.cm (3-30) GHz | b.cm |
| EHF | امواج میلیمتری | (30-300) GHz | b.mm |
| امواج سانتیمیلیمتری | 300GHZ-300 |
دردسته بندی امواجی که قبلا ذکر شد هر گروه کاربردهای خاص خود را دارد در زیر برخی از آنها آمده است :
1-متحرک هوانوردي
۲-ناوبري راديويي
۳ –آماتور
۴-آماتور ماهواره ای
5-پخش همگاني صدا
6-متحرک خشكي
7-متحرک دريايي
8-هواشناسي ماهواره اي
۹-تعيين موقعيت راديويي و ماهواره اي
10-تحقيقات فضايي
11-پخش تصاوير تلويزيوني
و غيره… كه خود نيز داراي دسته بندي هستند
يك موج راديويي يك موج الكترومغناطيسي است كه ميتواند بوسيله يك آنتن انتشار يابدوهمانطور كه ميدانيد امواج راديويي فركانسهاي متفاوتي دارند يكي از سوالهاي ابتدايي شما ممكن است اين باشد كه چرا برخي از امواج و فركانسهايي كه حتي بر روي يك باند مشترک منتشر مي شوندمثال باند “M F “چرا بوسيله راديوهاي گيرنده خانگي قابل دريافت نمي باشند؟
پاسخ اين است كه گيرنده خانگي شما فقط ميتواند باندهاوفركانسهايي را كه كارخانه سازنده از پيش براي آن تعيين كرده و مثال براي موج FM بين megahertz 88 تا megahertz 108 مي باشد را دريافت نماید.
در زیر بخشی از کاربردهای این امواج با ذکر محدوده فرکانسی آمده است:
راديوهاي AM از 535 كيلو هرتز تا.MHz1.7
رادیو های موج کوتاه : MHz 505تا MHZ26.1
راديوهاي راديوهاي باند شهري: MHz26.96 تا.MHz27.41
راديوهايFM از88 تا MHz108
و برخی تقسیمات جزئیتر عبارتند از:
سيستمهاي دزدگير، دربازكن بدون سيم پاركينگ و … : در حدود MHz40
تلفنهاي بدون سيم متداول: در حدود MHz 40 الي MHz50
هواپيماهاي مدل كنترلي: در حدودMHz72
ماشينهاي اسباببازي راديو كنترلي: درحدود MHz75
گردنبند رديابي حيوانات MHz215: الي MHz220
تلفنهاي سلولي )مانند موبايلMHz82:( الي MHz849
تلفنهاي جديد بدون سيم: در حدود MHz900
سیستم های موقعیت یاب ماهواره ای: MHz 1.227الی MHz 1.577
تعداد دیگری از دسته بندیهای فرکانسی را مشاهده مینمایید:
AM radio: 535 kilohertz to 1.7 megahertz
Short wave radio: bands from 5.9 megahertz to 26.1 megahertz
Citizens Band (CB) radio: 26.96 megahertz to 27.41 megahertz
Television stations: 54-88 megahertz for channels 2-6
FM radio: 88 megahertz to 108 megahertz Television stations: 174-220 megahertz for channels 7-13
Garage do Garage door openers, alarm systems, etc.: around 40 megahertz
Standard cordless phones: Bands from 40 to 50 megahertz
Baby monitors: 49 megahertz
Radio controlled airplanes: around 72 megahertz, which is different from …
Radio controlled cars: around 75 megahertz
Wildlife tracking collars: 215 to 220 megahertz
MIR space station: 145 megahertz and 437 megahertz
Cell phones: 824 to 849 megahertz
New 900 MHz cordless phones: Obviously around 900 megahertz !
Air Traffic Control radar: 960 to 1,215 megahertz
Global Positioning System: 1,227 and 1,575 megahertz
Deep space radio communications: 2290 megahertz to 2300 megahertz
Global Positioning System: 1,227 and 1,575 megahertz
New 900 MHz cordless phones: Obviously around 900 megahertz !
Air Traffic Control radar: 960 to 1,215 megahertz
Deep space radio communications: 2290 megahertz to 2300 megahertz
مقدمه و تعریف
امواج راديويي، بخشي از طيف گسترده امواج الكترومغناطيسي را تشكيل ميدهند. به دليل ماهيت حامل بودن اكثر اين امواج، در ادبيات علمي بيشتر با عنوان«موج حامل» از آنها ياد ميشود.
موج حامل در اصطالح، به موجي الكترومغناطيسي با فركانس، فاز و دامنه مشخص اطالق ميشود كه توسط يك دستگاه فرستنده براي حمل يك سيگنال مشخص الكتريكي توليد ميشود. روشهاي مختلفي براي سوار كردن سيگنال بر روي موج حامل وجود دارند.
فركانس يا بسامد عبارت است از تعداد ارتعاشات يك موج الكترومغناطيسي (يا حامل)در واحد ثانيه. اين كميت فيزيكي با واحد هرتز اندازهگيري ميشود. كيلو، مگا و گيگا هرتز همگي ضرايبي براي بيان اين واحد هستند. فركانسهاي ارتباطات فضايي عمدتاً در باندهاي مگا و گيگاهرتز هستند. مقدار اين كميت از حاصلضرب طول موج )طول يك دوره تناوب موج، به واحد متر) در سرعت نور (به واحد متر بر ثانيه)به دست ميآيد. در واقع ميتوان گفت طول موج و فركانس دو بيان از يك كميت هستند.
در ادبيات فناوري فضايي، در موارد مربوط به ارتباطات مخابراتي بيشتر از فركانس و در امور مربوط به سنجش از دور يا انواع محمولههاي غيرمخابراتي ماهوارهها، از طول موج استفاده ميشود.
در اصطالحات و محاورات مربوط به مخابرات، واژه فركانس كاربرد بسيار فراواني دارد. اگر بخواهيم در مثالي خارج از تعاريف دقيق و علمي فيزيك، يك بيان عاميانه براي درک مفهوم آن در مخابرات ارائه دهيم، ميتوان گفت كه فركانس، مشخصهاي از يك موج راديويي است كه آن را با ساير امواج راديويي متمايز ميسازد. امواج تلفن همراه، راديو، بيسيم، تلويزيون و …، همگي امواج مخابراتي هستند، اما فركانس موج حامل آنها با هم تفاوت زيادي دارد. بنابراين، هر كدام گيرنده خاص خود را دارند كه فقط فركانسهاي محدوده خود را دريافت كرده و فراتر از محدوده تعريف شده را فيلتر ميكنند.
هرقدر فركانس يك موج بيشتر باشد، توليد و دريافت آن نيز به لحاظ فناوري پيچيدهتر و حساستر خواهد بود.
فرکانسهای مخابراتی
همانگونه كه اشاره شد، امواج راديويي براي كاربردهاي گوناگون، داراي فركانسهاي متفاوتي هستند. بنابراين و با توجه به گستره جهاني مخابرات و ارتباطات راديويي، يك مرجع جهاني بايد وظيفه تنظيم و مديريت وضعيت فركانسهاي امواج را بر عهده داشته باشد تا از تداخل و اخلال جلوگيري به عمل آيد. امروزه، بخش مخابرات راديوييِ اتحاديه بين المللي مخابرات راه دور يا آي تي يو كه يك نهاد زيرنظر سازمان ملل متحد است، اين وظيفه جهاني را بر عهده دارد.
باندهای فرکانسی
باند فركانسي عبارت است از يك محدوده مشخص از فركانسها. اتحاديه بينالمللي آيتييو، باندهاي فركانسي را مطابق جدول استاندارد ذيل مشخص كرده است:
| عنوان باند | مشخصه لاتین | محدوده فرکانسی | عنوان معادل برای محدوده طول موج |
| وی اِل اِف | VLF | 3 تا 30 کیلوهرتز | امواج مایرویامتریک |
| اِل اِف | LF | 30 تا 300کیلو هرتز | امواج کیلومتریک |
| اِم اِف | MF | 300 تا 3000 کیلوهرتز | امواج هکتومتریک |
| اِچ اِف | HF | 3 تا 30 مگاهرتز | امواج متریک |
| وی اِج اِف | VHF | 30 تا 300 مگاهرتز | امواج دکامتریک |
| یو اِچ اِف | UHF | 300 تا 3000 مگاهرتز | امواج دسی متریک |
| اِس اِچ اِف | SHF | 3 تا 30گیگاهرتز | امواج سانتی متریک |
| تی اِچ اِف | EHF | 30 تا 300 کیکاهرتز | امواج میلی متریک |
| – | – | 300تا 3000گیگاهرتز | امواج دسی میلی متریک |
V: Very, L: low, F:Frequency, M: Medium, U: Ultra, S: Super, E: Extra
ارتباطات ماهوارهاي معموالً در باند فركانسي اِس اِچاِ ف و گاهي نيز در باندهاي يواِچ اِف و ئي اِچ اِف انجام ميپذيرند. . اما بر اساس استانداردهاي مختلف رايج، بازههاي فركانسي ديگري نيز، بهويژه در محدوده فركانسهاي ماهوارهاي، نامگذاري ميشوند. به عنوان مثال، [موسسه مهندسان الكترونيك و الكتريك] يا «[آيتريپلئي]» باندهاي فركانسي ذيل را بر اساس استاندارد را در شماره 521 خود تعريف و نامگذاري ميكند:
- باندپی(p): از0/23 تا 1 گیگاهرتز
- باند اِل(L): از1 تا 2 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در خدمات ماهواره ای سیار
- باند اِس(S): از 2 تا 4 گيگاهرتز، بيشتر كاربرد در ماهوارههاي سنجشي
- باند سي (C): از 4 تا8 گيگاهرتز، بيشتر كاربرد در ماهوارههاي ارتباطات تجاري
- باند اِكس (X): از 8تا 12گيگاهرتز، بيشتر كاربرد در ماهوارههاي نظامي (ز 8تا 12/5 گيگاهرتز در اياالت متحد)
- باند كِي يو (Ku): از12 تا 18 گيگاهرتز، بيشتر كاربرد در ماهوارههاي ارتباطات تجاري (از 12/5 تا 18 گيگاهرتز در امريكا)
- باند كِي (k): از 18 تا 27گيگاهرتز، بيشتر كاربرد در ماهوارههاي ارتباطات تجاري (از 18 تا 26/5گيگاهرتز در اياالت متحده)
- باند كِي اِي (Ka): از 27تا 40گيگاهرتز، بيشتر كاربرد در ماهوارههاي ارتباطات تجاري (از 26/5 تا 40 گيگاهرتز در امريكا)
- باند اُ (O): از 40تا 50 گيگاهرتز
- باند وي (V): از50 تا75 گيگاهرتز
قابل ذكر است كه اين محدودهگذاري چندان بر استاندارد آي تي يو، منطبق نيست. مثالً بر خالف استاندارد ارائه شده از طرف آي تي يو، آيتريپل ئي محدوده باند يواِچ اِف را از 300 مگاهرتز تا 1 گيگاهرتز ذكر ميكند.
به هر حال، يك استاندارد مشخص جهان شمول براي اين دسته بندي وجود ندارد. در مراجع مختلف باندهاي فركانسي ذيل نيز تعريف شده اند:
- باند آر(R): از76/1 تا 6/2 گیگاهرتز
- باند اِچ (H): از 95/3 تا 85/5 گيگاهرتز
- باند كيو (Q): از33 تا50 گيگاهرتز
- باند يو (U): از 40 تا 60 گيگاهرتز
- باند دابليو (W): از75 تا 110 گيگاهرتز
- باند مايكرووِيو: از 1 تا 300 گيگاهرتز
اما بايد توجه داشت كه اگرچه تعريف و نامگذاري محدودههاي متفاوت است، اينكه هر محدوده مشخص فركانسي )بدون در نظر گرفتن نام آن محدوده( براي چه منظوري و تحت چه ضوابطي مورد استفاده قرارگيرد، فقط برعهده آيتييو است و همه كشورهاي جهان موظف به رعايت آن هستند.
تخصیص فرکانس
[خصيص فركانس] عبارت است از مشخص كردن محدودههاي مختلف فركانسي براي كاربردهاي مختلف. آي تي يو وظيفه جهاني اين امر را بر عهده دارد. آي تي يو براي اين كار جهان را به سه منطقه جداگانه تقسيم ميكند:
- منطقه 1 :اروپا، آفريقا، شوروي سابق و مغولستان
- منطقه 2 :قاره آمريكا و گرين لَند
- منطقه 3 :آسيا، استراليا و اقيانوس آرام
در هر كدام از اين سه منطقه، محدودههاي فركانسي براي كاربريهاي گوناگون تعيين شدهاند. بايد توجه داشت كه اين فقط بيان صورت مساله است و تخصيص فركانس يك عمليات بسيار پيچيده و تخصصي در سطح جهاني است. هزاران نكته خاص و استثنا در برخورد با اين مساله بهوجود ميآيد كه بايد مدام مورد بررسي قرار گيرند. آيتييو در كنفرانسها و نشستهاي ساليانه خود همواره قوانين و مقررات تخصيص فركانس خود را مورد بررسي و بازبيني قرار ميدهد. همچنين بخشي در آيتييو وجود دارد كه به تداخلهاي فركانسي و همچنين شكايتهاي اعضا در اين زمينه رسيدگي ميكند
تداخل فرکانسی
[تداخل فركانسي]عبارتست از برهمپوشاني ناخواسته و غيرمطلوب دو يا چند سيگنال فركانس راديويي در يك گيرنده. در يك سامانه مخابرات ماهوارهاي، سه راهكار اصلي براي كمكردن تداخل فركانسي وجود دارد
- تخصيص فركانسي
- استفاده از ]پوالريزاسيون[هاي مخالف
- دور نگه داشتن ماهواره ها از يكديگر در مدار و همچنين رعايت فواصل جغرافيايي مناسب برای ایستگاه های زمینی
هر گيرنده جديد فضايي (چه در فضا و چه بر روي زمين) بايد قبل از عملياتي شدن مورد تحليل فركانسي قرار گيرد تا امكان روبرو شدن آن با اين پديده به حداقل برسد.
هماهنگی فرکانسی
[هماهنگي فركانسي] عبارت است از فرايند اطمينان يابي از عملكرد يك ماهواره و ايستگاه زميني، بدون هرگونه تداخل فركانسي. هماهنگ كننده و ناظر بين المللي اين مساله بخش مخابرات راديويي اتحاديه آي تي يو است و سازمانهاي ملي مقررات راديويي در هر كشور (مانند سازمان تنظيم مقررات و ارتباطات راديويي در ايران) اِعمال كننده آن در كشورهاي مختلف هستند.
مثالً هنگامي كه قرار است تا يك ايستگاه گيرنده ماهوارهاي در نقطه اي ايجاد شود، اطلاعات فني مرتبط از قبيل: فركانسهاي كانال ها، موقعيت مداري ماهواره، محل جغرافيايي ايستگاه، دياگرام قطبي الگوي تشعشع آنتن، توان فرستنده، نوع داده و …، بايد به آژانس ملي مقررات راديويي ارائه شود. اين آژانس وظيفه دارد تا با انجام يك تحليلِ تداخل فركانسي، مشخص كند كه ايستگاه جديد چقدر با منابع فركانسي موجود تداخل دارد. به نوعي همين كار هم براي هماهنگي فركانسي براي تعيين فركانسهاي ماهواره انجام ميپذيرد.