تفاوت موج رادیویی با ریزموج (مایکروویو) چیست؟

طیف الکترومغناطیسی و امواج رادیویی و مایکروویو

امواج الکترومغناطیسی در اثر شتاب گرفتن بارهای الکتریکی پدید می‌آیند. نوسان هم‌زمان میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی هر یک به بازتولید دیگری و انتشار موج الکترومغناطیسی در فضا منجر می‌شود. هر بخش از طیف الکترومغناطیسی بسامد و طول موج متفاوتی دارد و برحسب ویژگی‌هایش با نام‌های گوناگونی مشخص شده است. نور مرئی، پرتور ایکس، موج رادیویی و ریزموج (مایکروویو) برخی از بخش‌های طیف الکترومغناطیسی هستند. تفاوت اصلی امواج رادیویی (بسامدپایین) با مایکروویو در طول موج و انرژی آن‌هاست. ریزموج‌ یا مایکروویو بسامد (فرکانس) بالاتری دارد و لذا انرژی آن بیشتر و طول‌ موج آن کوتاه‌تر است. امواج رادیویی با بسامد کمتر، انرژی کمتر اما طول ‌موج بلندتری دارند.

تصویر 1. طیف الکترومغناطیسی؛ طیف الکترومغناطیسی بخش‌های مختلفی دارد. امواج رادیویی بخشی از طیف الکترومغناطیسی هستند. ریزموج‌ها یا مایکروویوها نیز بخش کوچکی از دامنه امواج رادیویی هستند که بسامد بیشتر و طول موج کوتاه‌تری دارند.

موج رادیویی چیست؟

موج رادیویی (Radio wave) بخشی از طیف موج الکترومغناطیسی با کمترین انرژی، کمترین بسامد (فرکانس) و بیشترین طول‌موج است. با شتاب دادن به بارهای الکتریکی می‌توان موج رادیویی تولید کرد. امواج رادیویی در ارتباطات رادیویی و تلویزیونی کاربرد گسترده‌ای دارند.

امواج رادیویی نیز مانند تمام دیگر امواج الکترومغناطیسی در خلاء با سرعت نور حرکت می‌کنند. معمولا آن بخش از طیف الکترومغناطیسی با بسامد یا فرکانس 30 هرتز تا 300 گیگاهرتز موج رادیویی محسوب می‌شود. بسامد و طول موج با هم رابطه عکس دارند، یعنی هرچه بسامد بیشتر باشد، طول موج کمتر و هرچه بسامد کمتر باشد، طول موج بیشتر است. مثلا موجی با بسامد 300 گیگاهرتز، طول موج 1 میلی‌متری دارد و اگر بسامد موج 30 هرتز باشد، طول موج آن 10,000 کیلومتر خواهدبود. 

بسامدهای بالاتر تا 54 مگاهرتز برای ارتباطات رادیویی موج کوتاه به کار می‌روند. در ارتباطات تلویزیونی از امواج رادیویی 54 مگاهرتز تا 890 مگاهرتزی استفاده می‌شود. رادیو FM نیز در محدوده فرکانس 88 مگاهرتز تا 108 مگاهرتز کار می‌کند. امواج رادیویی برای انتقال صدا با تلفن‌های سلولی نیز به کار می‌روند. برای این منظور از امواجی با بسامدهای بسیار بالا یا اصطلاحا UHF مخفف (Ultra high frequency) استفاده می‌شود. چنین بخش‌هایی از موج رادیویی را که فرکانس بالاتری دارند اصطلاحا ریزموج یا مایکروویو می‌گویند. برای مثال، امواج 2.4 گیگاهرتزی تجهیزات وای‌فای از این‌گونه محسوب می‌شوند.

امواج رادیویی در اصل همه‌سویه هستند، یعنی در همه‌ جهات منتشر می‌شوند، لذا نیازی نیست که آنتن‌های گیرنده و فرستنده آن‌ها در جهت خاصی تنظیم شود. اما همه‌سویه بودن امواج رادیویی ضعف‌هایی نیز دارد. برای مثال، اگر در منطقه‌ای چند موج رادیویی با بسامد مشابه منتشر شود، تداخل آن‌ها با هم به مخدوش‌ شدن‌شان منجر می‌شود. ضمنا چون موج رادیویی برد زیادی دارند و در همه جهات منتشر می‌شوند، نمی‌توان آن را در ناحیه خاصی متمرکز کرد و هر آنتن گیرنده مناسبی می‌تواند آن را دریافت کند.

سپهر‌موج (Skywave) چیست؟

امواج رادیویی در همه جهات اما در خطوط مستقیم منتشر می‌شوند. پس باتوجه به این‌که زمین گرد است، اگر دو کاربر برای مثال در دو سمت مخالف کره زمین باشند، موج رادیویی نمی‌تواند گردی زمین را دور بزند و از سویی به سویی دیگر برود. در این‌صورت، برای ارسال امواج رادیویی به نقاط دور باید چه کرد؟ یکی از راه‌کارها ایجاد سپهرموج یا موج آسمانی (skywave) است. برای این منظور، امواج رادیویی را به لایه فوقانی اتمسفر موسوم به یونوسفر می‌تابانند. امواج پس از برخورد با لایه یونوسفر به‌سمت ناحیه موردنظر روی زمین منعکس می‌شوند. موجی که بدین‌شیوه ارسال و دریافت می‌شود را skywave می‌نامند که می‌توان آن را سپهرموج یا موج آسمانی ترجمه کرد.

امواج رادیویی با بسامد کمتر عموما در رادیو AM و رادیو FM به کار می‌روند.

ریزموج یا مایکروویو چیست؟

ریزموج یا مایکروویو (microwave) بخشی از موج رادیویی است که بسامد (فرکانس) و انرژی بیشتر و نتیجتا طول موج کوتاه‌تری دارد. لذا ریزموج نیز بخشی از طیف موج الکترومغناطیسی محسوب می‌شود. معمولا امواج رادیویی با بسامد 300 مگاهرتز تا 300 گیگاهرتز را ریزموج یا مایکروویو می‌گویند. (در برخی حوزه‌ها دامنه فرکانس مایکروویو را کمی متفاوت‌تر مثلا از 1 گیگاهرتز تا 100 گیگاهرتز در نظر می‌گیرند.)

چون بسامد ریزموج‌ها بیشتر است، آن‌ها را امواج رادیویی با طول موج کوتاه نیز می‌گویند. ریزموج‌ها یا مایکروویوها به‌سبب طول موج کوتاه‌ترشان برای سامانه‌های راداری و هواپیمایی مناسب‌ترند.

ریزموج (مایکروویو) نیز مستقیم یا اصطلاحا در خط دید (line of sight) منتشر می‌شود. اما (برخلاف امواج رادیویی با بسامد کمتر) برد محدودتری دارد و تک‌جهته است، لذا در ارتباطات مایکروویو آنتن‌ها باید در جهت درست تنظیم شوند. ریزموج‌ها را می‌توان در ناحیه گزینش‌‌شده‌تری منتشر و متمرکز کرد. ضمنا چون مایکروویو برد کمتری دارد، برای پیمودن مسافت‌های طولانی‌تر نیازمند تقویت‌کننده‌هایی مثل تکرارگر (ریپیتر) است که باید در فواصل معینی از مبدا تا مقصد نصب شوند.

برخی از اجرام آسمانی مانند خورشید از جمله منابع طبیعی انتشار ریزموج‌ هستند. برای تولید مصنوعی ریزموج‌ از ابزارهایی مانند لامپ‌های خلاء کلیسترون (Klystron) و مگنترون (Magnetron) استفاده می‌شود. ریزموج‌ها (مایکروویوها) در سامانه‌های راداری، ناوبری هواگردها، تجهیزات وای‌فای و سامانه‌های ناوبری ماهواره‌ای مثل گلوناس، بیدو و جی‌پی‌اس به کار می‌روند.

از دیگر حوزه‌های کاربرد ریزموج‌ها اجاق‌های مایکروویو است. امواج مایکروویو جنبش مولکول‌های آب موجود در غذا و نتیجتا دمای غذا را افزایش می‌دهند.  

توجه: خطرات استفاده از اجاق‌های مایکروویو و آثاری که بر مواد غذایی می‌نهند همچنان مورد بحث است و لذا توصیه می‌شود حتی‌الامکان از اجاق‌های مایکروویو استفاده نشود.

برخی از تفاوت‌های امواج رادیویی بسامدپایین با ریزموج (مایکروویو)

• طول موج امواج رادیویی بسامدپایین از 1 سانتی‌متر تا چندهزار کیلومتر اما طول‌موج ریزموج‌‌ها (مایکروویوها) از 1 متر تا 1 میلی‌متر است.
• افزایش یا کاهش ناگهانی شتاب ذرات (یون‌های) دارای بار الکتریکی سبب تشکیل موج رادیویی می‌شود. برای ایجاد ریزموج‌ (مایکروویو) می‌توان از ابزارهایی مثل لامپ‌های خلاء کلیسترون یا مگنترون بهره گرفت که با منتشر کردن موج رادیویی در میدان مغناطیسی، مایکروویو تولید می‌کنند.
• موج رادیویی در اصل چندسویه است، یعنی در همه جهات پخش می‌شود. اما مایکروویو تک‌سویه است.
• مایکروویوها برد کمتر اما امواج رادیویی بسامدپایین، برد بیشتری دارند.

جمع‌بندی

ریزموج‌ها یا مایکروویوها بخش کوچکی از امواج رادیویی هستند. معمولا بخشی از امواج رادیویی را که بسامدشان از 300 مگاهرتز تا 300 گیگاهرتز است، ریزموج یا مایکروویو می‌گویند. ریزموج‌ها به‌سبب بسامد یا فرکانس بالاترشان انرژی بیشتر و طول موج کوتاه‌تری دارند. همین تفاوت سبب می‌شود تا امواج رادیویی بسامدپایین و امواج رادیویی بسامدبالا یا ریزموج اغلب ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی داشته باشند.