Sähkömagneettinen spektri
Wikipedia
Sähkömagneettinen spektri on kaiken sähkömagneettisen säteilyn, kuten radioaaltojen, infrapunasäteilyn, näkyvän valon, ultraviolettivalon, röntgensäteilyn ja gammasäteilyn taajuuksien joukko.
Sähkömagneettista spektriä mitataan taajuudella. Tietyn sähkömagneettisen säteilylähteen (esimerkiksi tähti, radiolähetin) spektri tarkoittaa sen emittoimien taajuuksien joukkoa. Taajuuden yksikkö on hertsi (Hz), joka ilmoittaa värähdysten lukumäärän yhden sekunnin aikana. Toinen sähkömagneettista säteilyä kuvaava suure on aallonpituus. Sen mittayksikkö on metri tai sen johdannaiset. Aallonpituuden ja taajuuden välillä on seuraava yhteys:
Aallonpituus = valon nopeus / taajuus.
Suurienergista sähkömagneettista säteilyä kuvataan usein sen kvantin eli fotonin energialla.
Sähkömagneettisen spektrin alueet ja niiden käyttöalueet ovat:
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Radioaallot
-
Pääartikkeli: Radioaalto
Radioaaltoihin kuuluvat taajuusalueen 3 Hz–300 GHz säteily. Taajuusalueita ovat ELF, SLF, ULF, VLF. LF, MF, HF ja UHF. Mikroaallot kuuluvat myös radioaaltoihin.
[muokkaa] Mikroaallot
-
Pääartikkeli: Mikroaalto
Mikroaallot ovat sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on lyhyempi kuin metri ja pidempi kuin millimetri. Toisin sanoen taajuus on 300 MHz:n ja 300 GHz:n välillä (UHF, SHF, EHF). Lisäksi mikroaaltoihin lasketaan mukaan alimillimetrisäteily, jonka aallonpituus on alle millimetrin.
[muokkaa] Infrapuna
-
Pääartikkeli: Infrapunasäteily
Infrapuna ("alipuna") eli IR (engl. infrared) on lämpösäteilyä. Infrapuna-alueita, 3—30 THz (kaukoinfrapuna) ja 30—300 THz (lähi-infrapuna), käytetään esimerkiksi lämpökameroissa, infrapunasensoreissa (FLIR; Forward Looking Infra Red) sekä infrapuna-alueen lasereissa.
[muokkaa] Näkyvä valo
-
Pääartikkeli: Valo
Ihmissilmä näkee taajuusalueen 400—700 nm; maksimi on keltaisessa 555 nanometrin paikkeilla. Jotkut näkevät 340—780 nanometriin.
Laser on tahdistettua valoa. Valokaapelia pitkin kulkeva lasersäde on nykyajan ratkaisu tiedonsiirtopulmiin. Valoalueelle, 300—3 000 THz, on erikoista erittäin suuri tiedonsiirtokapasiteetti. Jos UHF-alueelle (300—3 000 MHz) mahtuu teoreettisesti 540 kappaletta 5 MHz:n televisiokanavia, mahtuu niitä valoalueelle 540 000 000 kappaletta. Tämän kapasiteetin käytön tekevät teknisesti mahdolliseksi uusimmat valokaapelit ja niihin liittyvät lähetys- ja vastaanottokomponentit (GaAs ja MIMIC). Näkyvä valo on välillä 400—750 THz.
Valokaapelin etuja ovat valtava tiedonsiirtokaista, pieni koko ja paino, sähköinen immuniteetti (ei häiriöitä), kaapelista toiseen kytkeytyvien häiriöiden puute, kuuntelun vaikeus, pieni vaimennus, luotettavuus ja potentiaalinen matala hinta. Kaupalliset sovellukset mahdollistavat 1—2 GHz:n kaistaleveyden ja 40 GHz on teoriassa mahdollista. (1 GHz = 1 000 000 000 Hz = noin 200 000 puhekanavaa.)
[muokkaa] Ultravioletti
-
Pääartikkeli: Ultraviolettisäteily
Aurinko säteilee rusketusta ja ihosyöpää aiheuttavia ultraviolettisäteitä eli UV-säteitä, joilta Maan ilmakehän otsonikerros kuitenkin suojaa. Ultravioletti jaetaan lähiultraviolettiin ja kaukoultraviolettiin (Exterme Ulraviolet, EUV). Ihmiskehon kannalta (lähi)ultravioletti jaetaan UVA- ja UVB-säteisiin.
[muokkaa] Röntgen
-
Pääartikkeli: Röntgensäteily
Röntgensäteilyä, joka jaetaan pehmeisin ja koviin röntgensäteisiin, käytetään röntgenkuvauksessa. Avaruudessa miljoonien asteen lämpöiset kohteet säteilevät röntgensäteilyä. Ydinräjähdys tuottaa röntgensäteilyä, joka on suurina annoksina ihmiskeholle vaarallista.
[muokkaa] Gammasäteily
-
Pääartikkeli: Gammasäteily
Gammasäteilyä (γ-säteilyä) syntyy ydinräjähdyksissä. Myös kosmisessa säteilyssä on gammasäteilyä. Läpitunkevuutensa ja kudoksia vaurioittavan vaikutuksensa takia gammasäteily on erittäin vaarallista suojaamattomalle ihmiselle suurina annoksina.
[muokkaa] Käyttöä kaikilla sähkömagneettisen spektrin alueilla
Voidaan siis todeta, että kaikille sähkömagneettisen spektrin alueille on käyttöä. Yksi kehityssuunta on jatkuva siirtyminen yhä suurempien taajuuksien käyttöön, jotta yhä suurempien tietomäärien siirtäminen olisi mahdollista. Korkeammat taajuudet mahdollistavat mm. sotilaallisesti elektronisen sodankäynnin kannalta vaikeasti havaittavat, kuunneltavat ja häirittävät viestijärjestelmät (vertaa 60 GHz:n alue).
[muokkaa] Sähkömagneettisen spektrin käytöstä
Eri sähkömagneettisen spektrin alueiden käyttöön vaikuttaa muun muassa kyseisen alueen etenemismekanismi ja haluttu kantama, käytössä oleva teho, haluttu tiedonsiirron kaistaleveys (sähkötys, puhe, liikuva kuva), sään vaikutus ja se, minne laitteet voidaan sijoittaa (maan tai meren pinnalle, korkeaan mastoon, lentokoneeseen, avaruuteen).
Yhteydet sukellusveneisiin ovat hankalia, koska radioaallot tunkeutuvat huonosti meriveteen. Mitä suurempi taajuus, sitä heikommin se tunkeutuu. Tällöin joudutaan käyttämään erittäin pieniä taajuuksia, jolloin antennirakenteet kasvavat suuriksi (1 000 Hz:n taajuudella aallonpituus on 300 kilometriä, eli tehokkaan antennin on oltava kymmeniä kilometrejä pitkä). ELF-alueen (30—300 Hz) radioaallot vaimenevat 2,72-osaan 14 metrissä.
Esimerkki sähkömagneettisen spektrin käytön ongelmista: haluttaessa siirtää laajakaistaista signaalia (TV-kuva, 5 MHz/kanava) HF-alueelle näitä kanavia mahtuisi vain noin 5—6. SHF-alueelle niitä mahtuisi sen sijaan 5 700 kappaletta.
Toisaalta ilmakehän vaimennus alkaa vaikuttaa EHF-alueella ja siitä ylöspäin aina infrapuna-alueelle asti. Sumu ja sade vaimentavat radioaaltojen etenemistä merkittävästi noin 100—1 000 GHz:stä aina näkyvän valon alueelle asti. Vaimennuksen ollessa 1—10 desibeliä per kilometri "normaali" yhteys tulee mahdottomaksi. Näin syntyy tiettyjä estoalueita (suuri ilmakehän vaimennus), joilla yhteydet eivät ole mahdollisia ja niin sanottuja ikkunoita, joilla radioaaltoja voidaan käyttää (pieni ilmakehän vaimennus). Ikkunoita ovat muun muassa 0—55 GHz, 94 GHz, ja seuraavat infrapuna-alueella ja näkyvän valon alueella.
Aallonpituus on tärkeä radioaaltoja luonnehtiva seikka. Muun muassa lankamaiset tai piiskamaiset antennit ovat suurin piirtein aallonpituusluokkaa (1/8 osa aallonpituutta tai suurempi) ollakseen tehokkaita. Tällöin esim. 1 MHz:n taajuudella (sähkötysradiot) antennin on oltava noin 12,5 metrin pituinen (100/8) tai suurempi. Vastaavasti 900 Mhz:n alueella (NMT-900) antennin on oltava noin 4 senttimetriä (0,33/8) tai pidempi.
Maastoesteiden vaikutus on myös suoraan verrannollinen aallonpituuteen. Sama mäki tai talo on sitä suurempi este, mitä suurempaa taajuutta käytetään.
Sähkömagneettinen spektri on rajallinen luonnonvara. Siksi sen siviili- ja sotilaskäytössä törmätään taajuushallinnan ongelmiin. Taajuuksia jaetaan maailmanlaajuisesti ja kunkin maan sisällä. Taajuuksien, siis sähkömagneettisen spektrin, käyttö on voimakkaasti säännösteltyä.
[muokkaa] Katso myös
[muokkaa] Aiheesta muualla
Radioaallot | Mikroaallot | Infrapunasäteily | Valo | Ultraviolettisäteily | Röntgensäteily | Gammasäteily
Valo: Punainen | Oranssi | Keltainen | Vihreä | Syaani | Sininen | Magenta | Violetti
