คลื่นวิทยุ

ความรู้เบื้องต้นเกียวกับคลื่นวิทยุ
การสื่อสารทางไกลอาจทำได้โดยการอาศัยคลื่นวิทยุ การกระจายคลื่นวิทยุออกจากสายอากาศวิทยุนี้ได้มีการค้นพบทางทฤษฎีไดยเจม เคลิร์ค แม็กเวลล์ (James clerk Maxwell) ในปี ค.ศ.1864 และได้กล่าวว่าคลื่นวิทยุก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความเร็วในการเดินทางเท่ากับความเร็วแสงคือ 300,000,000 เมตรต่อวินาที ต่อมาในปี ค.ศ.1887 ไฮน์ริช เฮิรตซ์ (Heinrich Hertz) ได้ทำการทดลองและพิสูจน์ให้เห็นว่า คลื่นวิทยุมีจริง หลังจากนั้นก็ได้มีการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับคลื่นวิทยุและการกระจายคลื่นวิทยุให้ก้าวหน้าไปเป็นอันมากในปัจจุบัน ก่อนที่จะทำความเข้าใจเรื่องคลื่นวิทยุ เรามาทำความรู้จักกับคำว่า คลื่น (Wave) กันเสียก่อน ตัวอย่างคลื่นที่รู้จักกันดีก็ได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นทะเล เป็นต้น สมมุติว่าเราโยนก้อนหินลงไปในน้ำ ทันทีที่ก้อนหินกระทบผิวน้ำจะก่อให้เกิดลูกคลื่นของน้ำกระจายออกไปโดยรอบเป็นวงกลม สังเกตว่าลูกคลื่นกระจายกว้างออกไปเรื่อย แต่ผิวน้ำนั้นเพียงแต่กระเพื่อมขึ้นลงเท่านั้น ดังนั้นเรากล่าวได้ว่าการเคลื่อนที่หรือการเดินทางของคลื่นนั้นเป็นการเดินทางของพลังงานชนิดหนึ่ง
ถ้าเราจะสังเกตผิวน้ำที่กระเพื่อมขึ้นลง จะเห็นว่ามีลักษณะเป็นลอนคล้ายลอนของสังกะสีหรือกระเบื้องลอนที่ใช้มุงหลังคาบ้าน ซึ่งหากเราดูทางภาคตัดขวางจะมีลักษณะเป็นคลื่นซายน์ (Sine Wave) จุดสูงสุดของคลื่นเราเรียกว่า ยอดคลื่น และจุดต่ำสุดของคลื่นเราเรียกว่า ท้องคลื่น ลูกคลื่นแต่ละลูกจะแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพครบ 1 รอบพอดีถ้าเราปักไม้ไว้ในน้ำที่จุดหนึ่งแล้วคอยสังเกตลูกคลื่นที่ผ่านไม้นั้น จำนวนลุกคลื่นที่ผ่านจุดใดจุดหนึ่งที่กำหนด (ในกรณีนี้เป็นไม้ที่ปักไว้) ต่อวินาที เราเรียกว่า ความถี่ และเนื่องจากลูกคลื่นแต่ละลูกหมายถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของผิวน้ำครบ 1 รอบพอดี ดังนั้น ความถี่ก็หมายถึงจำนวนรอบของการเปลี่ยนแปลงต่อวินาที (Cycles per Second หรือย่อว่า CPS) ซึ่งในปัจจุบันนี้ใช้เรียกว่า เฮิร์ตซ์ (Hertz) หรือย่อว่า Hz แทน เป็นารให้เกียรติแก่ไฮน์ริช เฮิรตซ์ ผุ้ทดลองพบคลื่นวิทยุนั่นเองแม้ว่าการอธิบายข้างต้นจะใช้สำหรับคลื่นในน้ำ แต่ก็อนุโลมใช้ได้กับคลื่นวิทยุ ที่สำคัญก็คือคลื่นจะเกิดขึ้นได้จะต้องมีแหล่งกำเนิด ในกรณีของคลื่นในน้ำนั้นเกิดจากการโยนก้อนหินกระทบผิวน้ำ แต่ในกรณีของคลื่นวิทยุนั้นเกิดจากการเคลื่อนที่ของของกระแสไฟฟ้าในสายอากาศ ซึ่งจะเกิดคลื่นวิทยุกระจายออกไปรอบๆสายอากาศ ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับคลื่นที่เกิดในน้ำการกระจายคลื่นวิทยุเมื่อมีกระแสไฟฟ้าสลับไหลผ่านขดลวดตัวนำ จะก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขึ้นรอบๆขดลวดตัวนำ สนามไฟฟ้านี้จะเพิ่มความเข็มสูงขึ้นแล้วค่อยๆลดลงกลับทิศทางในที่สุด สลับกันไปเรื่อยๆตามกระแสไฟฟ้าที่ไหลสลับเข้าในขดลวดตัวนำ ในขณะเดียวกันนั้นสนามแม่เหล็กก็จะเกิดขึ้นรอบขดลวดตัวนำในลักษณะเดียวกับสนามไฟฟ้า ปรากฏการณ์เช่นนี้จะเกิดขึ้นในการส่งคลื่นวิทยุที่พบเห็นกันอยู่ทั่วไป ซึ่งในกรณีนี้แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าสลับคือเครื่องส่งวิทยุซึ่งต่อกำลังงานไปยังขดลวดตัวนำที่เรียกว่า สายอากาศ โดยอาศัยสายส่งกระแสไฟฟ้าสลับซึ่งไหลในสายอากาศจะสร้างสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าใรลักษณะที่ได้บรรยายไว้ข้างบน ดังนั้น คลื่นวิทยุที่กระจายออกจากสายอากาศจะประกอบไปด้วย สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กและในสนามไฟฟ้าที่กระจายออกจากสายอากาศ ในที่นี้สนามไฟฟ้าจะอยู่ในระนาบแนวนอน ในขณะที่สนามแม่เหล็กจะอยู่ในระนาบแนวตั้ง องค์ประกอบของสนามแม่เหล็กและองค์ประกอบของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกัน และทั้งคู่จะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เนื่องจากคลื่นวิทยุจะมีคุณสมบัติทั้งแม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นคู่แฝดกัน ดังนั้น จึงมักเรียกคลื่นวิทยุว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอ้างอิงจากหนังสือ นักเลงสายอากาศ ของ บรรเจิด ตันติกัลยาภรณ์