電波とは？

電波は、テレビ、携帯電話、ラジオなどの通信技術での使用が最もよく知られている電磁波の一種です。これらのデバイスは電波を受信し、それらをスピーカーで機械的な振動に変換して音波を作成します。

無線周波数スペクトルは、電磁（EM）スペクトルの比較的小さな部分です。ロチェスター大学によると、EMスペクトルは一般に、波長の減少、エネルギーと周波数の増加の順に7つの領域に分割されます。一般的な名称は、電波、マイクロ波、赤外線（IR）、可視光線、紫外線（UV）、X線、およびガンマ線です。

NASAによると、電波の波長はEMスペクトルの中で最も長く、約0.04インチ（1ミリメートル）から62マイル（100キロメートル）以上の範囲です。また、周波数は最も低く、毎秒約3,000サイクル（3キロヘルツ）から最大約3,000億ヘルツ（300ギガヘルツ）です。

無線スペクトルは限られたリソースであり、農地と比較されることがよくあります。 British Broadcasting Corp.（BBC）によれば、農民が土地を編成して量と種類に関して最良の収穫を達成する必要があるのと同様に、無線スペクトルはユーザー間で最も効率的な方法で分割する必要があります。米国では、米国商務省内のNational Telecommunications and Information Administrationが、無線スペクトルに沿った周波数割り当てを管理しています。

発見

スコットランド国立図書館によると、1870年代に電磁気学の統一理論を開発したスコットランドの物理学者ジェームズクラークマックスウェルは、電波の存在を予測しました。 1886年、ドイツの物理学者であるハインリッヒヘルツはマックスウェルの理論を電波の生成と受信に適用しました。ハーツは、誘導コイルやライデンジャー（内側と外側の両方にホイルレイヤーが付いたガラスジャーで構成される初期のタイプのコンデンサー）などの簡単な自家製のツールを使用して電磁波を作成しました。ハーツは、制御された電波を送受信する最初の人物になりました。米国科学振興協会によると、EM波の周波数の単位-1秒あたり1サイクル-は、彼の名誉においてヘルツと呼ばれています。

電波の帯

National Telecommunications and Information Administrationは、通常、無線スペクトルを9つの帯域に分割します。

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低〜中周波数

ELF電波は、すべての無線周波数の中で最も低く、距離が長く、潜水艦や鉱山や洞窟の内部と通信するために水や岩石を貫通するのに役立ちます。スタンフォードVLFグループによると、ELF / VLF波の最も強力な自然発生源は雷です。 Phys.orgによると、落雷によって生成された波は、地球と電離層（イオンと自由電子の濃度が高い大気層）の間を行き来することができます。これらの雷障害は、衛星に伝わる重要な無線信号を歪ませる可能性があります。

RF Pageによると、LFおよびMF無線帯域には、船舶用および航空用無線、さらに商用AM（振幅変調）無線が含まれます。 AM無線周波数帯域は、How Stuff Worksによると、535キロヘルツから1.7メガヘルツの範囲です。 AMラジオは、特に電離層が波を地球に向けて屈折させるのに優れている夜間は長距離ですが、音質に影響を与える干渉を受けます。信号が部分的にブロックされている場合-たとえば、超高層ビルなどの金属壁の建物によって-音の音量はそれに応じて減少します。

より高い周波数

HF、VHF、UHF帯域には、FMラジオ、放送テレビ音声、公共サービスラジオ、携帯電話、GPS（全地球測位システム）が含まれます。これらのバンドは、通常、「周波数変調」（FM）を使用して、オーディオ信号またはデータ信号を搬送波にエンコード、つまり印象付けます。周波数変調では、信号の振幅（最大範囲）は一定のままですが、周波数は、オーディオまたはデータ信号に対応する速度と大きさで上下に変化します。

FMはAMよりも信号品質が高くなります。これは、環境要因が振幅に影響を与える方法で周波数に影響を与えず、信号が最小しきい値を超えている限り、レシーバーは振幅の変動を無視するためです。 How Stuff Worksによると、FMラジオ周波数は88メガヘルツから108メガヘルツの範囲です。

短波ラジオ

全米短波放送協会（NASB）によると、短波ラジオは約1.7メガヘルツから30メガヘルツのHF帯域の周波数を使用します。その範囲内で、短波スペクトルはいくつかのセグメントに分割され、その一部は、ボイスオブアメリカ、ブリティッシュブロードキャストコーポレーション、ボイスオブロシアなどの通常の放送局専用です。 NASBによると、世界中に何百もの短波ステーションがあります。信号が電離層で跳ね返り、起点から数百マイルまたは数千マイル戻るため、短波ステーションは数千マイルも聞こえます。

最高周波数

SHFおよびEHFは、無線帯域の最高周波数を表し、マイクロ波帯域の一部と見なされることもあります。空気中の分子はこれらの周波数を吸収する傾向があり、その範囲と用途が制限されます。ただし、波長が短いため、パラボラパラボラアンテナ（衛星パラボラアンテナ）によって信号を狭いビームに向けることができます。これにより、固定された場所間で短距離高帯域幅通信を行うことができます。

EHFよりも空気による影響が少ないSHFは、Wi-Fi、Bluetooth、ワイヤレスUSB（ユニバーサルシリアルバス）などの短距離アプリケーションに使用されます。 RF Pageによると、波は車、船、航空機などの物体から跳ね返る傾向があるため、SHFは見通し内の経路でのみ機能します。また、波は物体から跳ね返るので、SHFはレーダーにも使用できます。

天文源

惑星、星、ガスや塵の雲、銀河、パルサー、さらにはブラックホールなど、宇宙には電波の発生源がたくさんあります。これらを研究することで、天文学者はこれらの宇宙線源の動きと化学組成、およびこれらの放出を引き起こすプロセスについて学ぶことができます。

電波望遠鏡は、可視光で見えるのとは非常に異なる方法で空を「見る」。点のような星を見る代わりに、電波望遠鏡は遠いパルサー、星形成領域、超新星残骸を拾います。電波望遠鏡は、準星の電波源の略であるクエーサーを検出することもできます。クエーサーは、超大質量ブラックホールを搭載した非常に明るい銀河コアです。クエーサーはEMスペクトル全体に広くエネルギーを放射しますが、その名前は、最初に特定されたクエーサーが主に無線エネルギーを放出するという事実に由来しています。クエーサーは非常にエネルギッシュです。天の川全体の1,000倍のエネルギーを放出するものもあります。

ウィーン大学によれば、電波天文学者は、より鮮明な、またはより高解像度の無線画像を作成するために、いくつかの小さな望遠鏡または受信皿を組み合わせてアレイにすることがよくあります。たとえば、ニューメキシコの超大型アレイ（VLA）電波望遠鏡は、22マイル（36キロメートル）の巨大な「Y」パターンに配置された27個のアンテナで構成されています。

この記事は、2019年2月27日にLive Scienceの寄稿者Traci Pedersenによって更新されました。