ماهیت امواج رادیویی
بطور کلی فیزیک امواج ، از جمله فیزیک امواج الکترومغناطیسی دارای فرکانس هستند. در اینجا فرکانس به معنی تعداد نوسانهای میدان الکتریکی یا مغناطیسی در واحد زمان از هر نقطه از فضا است. اگر نیروی محرکی را با فرکانس یکسان با فرکانس طبیعی نوسانگر بکار ببریم دامنه حرکت نوسانی یعنی حداکثر فاصلهای تا نقطهای از موج از مرکز تعادل میگیرد افزایش مییابد، که این پدیده را تشدید میگویند. امواج رادیو نوعی از تشعشعات الکترومغناطیسی هستند و هنگامی بوجود میآیند که یک شی باردار شده با فرکانسی که در بخش فرکانس رادیویی (RF) طیف الکترومغناطیسی قرار دارد شتاب بگیرد. این محدوده فرکانس از ده ها هرتز تا چند گیگا هرتز تغییر میکند. تشعشعات الکترومغناطیسی توسط نوسانات میدانهای الکتریکی و مغناطیسی انتشار مییابند و از طریق هوا و نیز خلا به همان خوبی عبور میکنند و نیازی به واسطه انتقال ندارند. در مقابل، دیگر انواع تشعشعات الکترومغناطیسی با فرکانس هایی بالای محدوده RF به این شرح اند: اشعه گاما، اشعه X و مادون قرمز، ماوراء بنفش و نور مرئی.
وقتی که امواج رادیویی از یک سیم عبور میکنند، میدان الکتریکی و مغناطیسی متغیر آنها (بر حسب شکل سیم) جریان و ولتاژی متناوب در سیم القا میکنند. این جریان و ولتاژ را میتوان به سیگنالهای صوتی و دیگر انواع سیگنال تبدیل کرد که اطلاعات را انتقال دهند. با وجودی که واژه رادیو برای توصیف این پدیده به کار میرود، ارسال دادههایی که ما به عنوان تلویزیون ، رادیو ، رادار و تلفن میشناسیم، همگی در کلاس انتشار فرکانس رادیویی هستند.
تصویر
نحوه برخورد امواج رادیویی با بافتها
در بیشتر اجسام مانند بافت نرم هستهها دارای راستای دوقطبی تصادفی هستند، در نتیجه برآیند کلی موجها به دلیل اینکه همدیگر را خنثی میکنند صفر است. ولی اگر میدان مغناطیسی در اطراف نمونه ایجاد کنیم، بخشی از اتمهای H که انرژی کمتری دارند در راستای میدان و عدهای دیگر که انرژی بیشتر دارند، در خلاف راستای میدان قرار میگیرند. در اثر ایجاد این میدان H یا هر هسته فعال تشدید مغناطیسی دارای حرکت انتقالی نیز میشود و در راستای یک دایره با زاویه نسبت به خط عمود چرخش میکند. بسامد این حرکت برای اتمها متفاوت است و به نوع هسته و بزرگی میدان بستگی دارد.
هرچقدر میدان مغناطیسی قویتر باشد، بسامد چرخش انتقالی افزایش مییابد. بسامد چرخش هسته دارای حرکت اسپینی را حول میدان بزرگتر ، بسامد لارمور میگویند. با محاسبه فرکانس لارمو ، میتوان نسبتی به نام نسبت ژیرومغناطیسی را محاسبه کرد. که آنرا با «γ» نشان میدهند. هر هسته دارای نسبت ژیرومغناطیسی ویژه خود است و با کمک آن میتوان نوع هسته را تعیین کرد. این نسبت برای اتم H وقتی در میدان مغناطیسی یک تسلا قرار میگیرد. برابر 42.57 است.
امواج RF در امواج رادیویی
با ایجاد یک میدان مغناطیسی رادیو فرکانسی (امواج RF در گستره فیزیک امواج الکترومغناطیسی است) قوی تمام هستهها را در راستای آن قرار دهیم. در RF برای ایجاد تصویر مطلوب باید به گونهای باشد که زاویه انحراف راستای حرکت از حالت و پایه برابر 90 درجه شود. اگر فرکانس میدان با فرکانس لارمور هسته یکی باشد پدیده تشدید رخ میدهد. این حالت را برانگیختگی هسته میگویند. وقتی که میدان قطع می شود پروتونها که انرژی دریافت کرده به تراز انرژی بالاتر رفته بوده ، انرژی خود را به صورت فیزیک امواج RF و به مقدار ناچیزی هم به صورت گرما از دست میدهند.
آسایش فیزیک امواج RF
میزان انرژی جذب شده توسط هسته به شدت RF در مدت زمان اعمال موج RF بستگی دارد. و میزان انرژی که پروتون به اطراف میفرستد به هسته و ترکیبات شیمیایی مواد اطراف مربوط میشود. این پدیده از دست دادن انرژی و بازگشت به حالت پایه را آسایش و زمان لازم برای رسیدن به حالت پایه را زمان آسایش میگویند. پدیده آسایش یا از دست دادن انرژی به صورت فیزیک امواج RF به دو صورت روی میدهد. یا موج روی بافت اثر میگذارد، که به آن آسایش اسپین شبکه یا آسایش طولی میگویند و با T2 نشان میدهند و T1 اسپین خود مولکول یا مولکولهای دیگر اثر میگذارد. که به آن آسایش اسپین شبکه یا آسایش عرضی میگویند و با T2 نشان میدهند. و به عبارت دیگر T1 مدت زمانی است که طول میکشد تا پروتون به انرژی اولیهاش برسد. و T2 مدت زمانی است که طول می کشد تا دامنه موج RF ضعیف شود و از بین برود.
تصویر
پیشرفتهای قرن بیستم
هواپیماها از ایستگاههای رادیویی AM برای جهت یابی استفاده کردند. این کار تا اوایل دهه 1960م ادامه داشت تا زمانی که در نهایت سیستمهای VOR متداول شدند (اگر چه ایستگاههای AM هنوز روی جداول هوانوردی مشخص شده هستند).
در اوایل دهه 1930م تک باند جانبی و مدولاسیون فرکانس توسط اپراتورهای آماتور رادیو ابداع شد. در انتهای دهه استفاده از این حالتها متداول شده بود.
در دهه 1920م از رادیو برای ارسال تصاویر تلویزیون استفاده شد. ارسال آنالوگ استاندارد در آمریکای شمالی و اروپا در دهه 1940م آغاز شد.
در سال 1960م، سونی اولین رادیوی ترانزیستوری را ارائه کرد، این رادیو آنقدر کوچک بود که در جیب جلیقه جا میشد و با یک باتری کوچک کار میکرد. این دستگاه برای مدت طولانی کار میکرد، چرا که دیگر تیوبی نداشت که بسوزد. در طول 20 سال بعد ترانزیستورها کاملاً جای تیوبها را گرفتند مگر در جاهایی که توانها و فرکانسهای بسیار بالا نیاز بود.
در سال 1963م تصاویر تلویزیون رنگی به صورت تجاری ارسال شدند و اولین (رادیو) ماهواره مخابراتی ، TELSTAR به مدار فرستاده شد.
در اواخر دهه 1960م ، شبکه تلفن راه دور ایالات متحده با بکار گیری رادیوهای دیجیتال در بسیاری از لینکهایش، شروع به دیجیتال کردن شبکه کرد.
در دهه 1970م ، LORAN تبدیل به اولین سیستم جهت یابی رادیویی شد. پس از مدت کمی نیروی دریایی ایلات متحده شروع به انجام آزمایشاتی با جهت یابی ماهواره ای کرد که منجر به ساخت و ارسال گروه GPS در سال 1987م شد.
در اوایل 1990م آزمایشگرهای رادیوی آماتور شروع کردند به استفاده از رایانههای شخصی با کارتهای صوتی تا بتوانند سیگنالها را پردازش کنند. در سال 1994م ارتش آمریکا و DARPA پروژهای جسورانه و موفق را برای ساخت یک رادیوی نرم افزاری به انجام رساندند که توانست با تغییر نرم افزار در پرواز تبدیل به رادیویی متفاوت شود.
در اواخر دهه 1990م ارسال دیجیتال برای پخش مورد استفاده قرار گرفت.








