คุณสมบัติของคลื่นวิทยุ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือคลื่นวิทยุจะมีย่านความถี่กว้างแต่ทุกความถี่จะมีคุณสมบัติบางอย่างที่คล้ายคลึงกัน เช่น คลื่นวิทยุมีคุณสมบัติในการสะท้อนกลับ การหักเห และการเบี่ยงเบน เป็นต้น

เราสามารถเปรียบเทียบคลื่นวิทยุกับแสงไฟหน้ารถ เมื่อแสงส่องไปกระทบกับวัสดุต่าง ๆ ในรูปแบบที่แตกต่างกัน

• R คือ Reflection
• S คือ Scattering
• D คือ Diffraction

รูปแสดงการแพร่กระจายคลื่นวิทยุระหว่างคอมพิวเตอร์ 2 ตัว ในรูปแบบต่าง ๆ

การสะท้อนกลับ (Reflection)

การสะท้อนกลับของคลื่นวิทยุ หมายถึง การเปลี่ยนทิศการเดินทางของคลื่นโดยทันทีทันใด เมื่อคลื่นนั้นเดินทางไปตกกระทบที่ผิวของตัวกลางขนาดใหญ่ (large objects) นั่นคือ คลื่นจะกระดอนออกจากผิวของสะท้อนของตัวกลางในลักษณะเช่นเดียวกับการสะท้อนกับกระจกเงา แต่ประสิทธิภาพนั้นจะขึ้นอยู่กับตัวกลาง วัสดุที่มีขนาดใหญ่ สามารถเป็นตัวนำได้ดี เช่น ทองแดง จะทำการสะท้อนกลับคลื่นวิทยุได้ดีมาก

การหักเห (Refraction หรือ bent)

การหักเหของคลื่นวิทยุเกิดขึ้น เมื่อคลื่นวิทยุเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าไม่เหมือนกัน (traveling from one medium to another) เช่นถ้าเราใช้ไฟฉายส่องลำแสงไปที่ผิวน้ำที่ราบเรียบจะมีแสงบางส่วนสะท้อนกลับมา และมีบางส่วนทะลุไปใต้น้ำ ดังรูป

การสะท้อนกลับและการหักเหของลำแสง
คลื่นที่ลงไปใต้น้ำจะมีการหักเห ส่วนการหักเหของคลื่นวิทยุมาจากความจริงที่ว่า ความเร็วของคลื่นวิทยุจะเดินทางด้วยความเร็วไม่เท่ากัน ถ้าตัวกลางต่างกัน เช่น คลื่นวิทยุเดินทางในน้ำบริสุทธิ์ จะช้ากว่าเดินทางในอากาศถึง 9 เท่า

การหักเหของคลื่นวิทยุ

ถ้าเอาปากกามาจุ่มลงในน้ำ เราจะเห็นว่าปากกามันโค้งงอ
รูปแสดงการหักเหของคลื่นวิทยุที่เดินทางไปยังน้ำ จะเห็นได้ว่าเมื่อหน้าคลื่นเดินทางไปตกกระทบผิวระหว่างตัวกลางทั้งสอง ส่วนที่สำผัสกับผิวน้ำก็จะเริ่มเดินทางช้าลง ในขณะที่อีกส่วนของหน้าคลื่นยังคงอยู่ในอากาศจะเดินทางได้เร็วกว่า
ถ้าพิจารณารูปจะเห็นได้ว่า หน้าคลื่น A -A1 จะตกกระทบผิวน้ำในเวลาที่แตกต่างกัน และความเร็วที่เดินทางผ่านน้ำจะช้ากว่าเดินทางในอากาศ จุด A สามารถเดินทางไปได้ในระยะ d1 ในขณะที่จุด A1 เดินทางมาถึงจุด d2 จึงจะกระทบกับผิวน้ำ ระยะทางทั้งสองใช้เวลาเดินทางเท่ากัน แต่ระยะ d2 จะมีมากกว่า d1 จึงทำให้หน้าคลื่นหักเหไปในแนวใหม่ ตัวอย่างของการสื่อสารแบบนี้คือ ในย่านความถี่ HF อาศัยชั้น ionosphere ที่ทำให้คลื่นค่อย ๆ หักเหลงมายังพื้นโลก

การเบี่ยงเบน (Diffraction)

การเบี่ยงเบนของคลื่นวิทยุเกิดจาก เมื่อคลื่นวิทยุเดินทางผ่านมุมหรือขอบของตัวกลางที่คลื่นไม่สามารถผ่านไปได้ เช่นความถี่ย่าน VHF เดินทางผ่านยอดเขา ความถี่ย่านนี้มีคุณสมบัติเดินทางเป็นเส้นตรง ถ้าเราลากเส้นตรงจากสายอากาศไปยังยอดเขา ส่วนที่อยู่หลังเขาหรือต่ำกว่าเส้นนี้ลงมา น่าจะรับสัญญาณไม่ได้ แต่กลับปรากฏว่ามีบางส่วนที่อยู่หลังเขาและบางส่วนที่พื้นดินซึ่งอยู่ห่างออกไป แต่สัญญาณที่ได้อาจจะไม่แรงมากนัก

knife-edge diffraction

เมื่อความถี่สูงขึ้นการเบี่ยงเบนของคลื่นก็จะยิ่งลดลงกล่าวคือคลื่นจะเดินทางเป็นเส้นตรง (Line of Sight) มากขึ้น จากรูป เขตเบี่ยงเบนจะสามารถติดต่อสื่อสารกันได้ ส่วนเขตเงาจะไม่สามารถติดต่อสื่อสารได้เลย

ความถี่ต่ำ ๆ จะเบี่ยงเบนได้มากกว่าความถี่สูง ๆ คลื่นวิทยุสามารถเบี่ยงเบนได้มากกว่าแสง และคลื่นเสียงจะเบี่ยงเบนได้มากกว่าคลื่นวิทยุ สังเกตได้จากเราสามารถรับสัญญาณข้างหลังภูเขาได้ เราสามารถได้ยินความถี่เสียงบริเวณมุมตึกได้