radiokommunikation

Et radiokommunikationssystem består af en eller flere sendere og modtagere. Senderen frembringer med en oscillator en højfrekvent svingning, bærebølgen, ved den frekvens, radiotransmissionen skal foregå på. Et lavfrekvent elektrisk signal, som indeholder den information, der skal transmitteres, tilføres af en modulator, som dermed overfører informationsindholdet til bærebølgen. Modulationen kan være analog, fx amplitudemodulation (AM) eller frekvensmodulation (FM). I mange moderne systemer, fx GSM, anvendes digital modulation. Herefter forstærkes den modulerede bærebølge til det ønskede effektniveau og føres til en antenne, hvorfra signalet udbreder sig i form af en radiobølge, som kan opfanges af en antenne på en radiomodtager. I modtageren forstærkes signalet, hvorefter det blandes med et signal fra en lokaloscillator. Derved omsættes det til en lavere, såkaldt mellemfrekvens, hvorefter det forstærkes og demoduleres. Demodulationen genskaber den information, der blev tilført modulatoren i senderen. Ved mange anvendelser er sendere og modtagere særskilte enheder; det gælder bl.a. for radiofoni. I andre er de to funktioner bygget sammen i én enhed, fx i mobiltelefoner.

Det er lokaloscillatorfrekvensen, der bestemmer, hvilken frekvens modtageren er indstillet til, idet forskellen mellem sendefrekvensen og lokaloscillatorfrekvensen skal være lig med den mellemfrekvens, modtageren er bygget til. Når man indstiller en radiomodtager på en bestemt sendestation, er det således lokaloscillatorfrekvensen, man justerer.

I moderne udstyr opnår man stor frekvensstabilitet og betjeningsvenlighed ved at frembringe de højfrekvente svingninger i både sendere og modtagere vha. frekvenssyntese. Det foregår med en stabil krystaloscillator med en fast frekvens, som styrer de højfrekvente oscillatorers frekvens. Lignende krystaloscillatorer anvendes i kvartsure.

Den kommercielt udnyttede del af radiospektret går fra 3 kHz til 300 GHz svarende til bølgelængder mellem 100 km og 1 mm. Sammenhængen mellem bølgelængden λ og frekvensen ν er givet ved λ∙ν = c, hvor c er lyshastigheden (ca. 300.000 km/s).

Langbølgeområdet (VLF: 3-30 kHz og LF: 30-300 kHz) og mellembølgeområdet (MF: 300 kHz til 3 MHz) anvendes til AM-radiofoni og radionavigation over lange afstande. Radiobølgerne i disse frekvensområder følger Jordens overflade, og for de langbølgede kan rækkevidden over hav være mange tusinde kilometer; i mellembølgeområdet og over land er rækkevidden kortere.

Kortbølgeområdet (HF: 3-30 MHz) benyttes til radiotelefoni og international kortbølgeradiofoni. Her virker ionosfæren som et reflekterende lag, der gør det muligt at kommunikere over meget store afstande.

En moduleret bærebølge fylder et frekvensområde, hvis bredde (båndbredden) vokser med informationsindholdet. Under 30 MHz er det vanskeligt at opnå tilstrækkelig båndbredde til at håndtere de store informationsmængder, der kræves til fx FM-radiofoni og tv-udsendelser. Disse anvendelser finder man i VHF-området (30-300 MHz) og UHF-området (300 MHz til 3 GHz). For at opnå pålidelig kommunikation ved disse frekvenser er det nødvendigt, at der er frit sigt mellem sende- og modtageantennerne. Man kan opnå forbindelse over lange afstande til fx satellitter og rumsonder, men på Jorden begrænses rækkevidden af jordoverfladens krumning. Foruden FM-radiofoni og tv benyttes disse frekvensområder bl.a. til mobilkommunikation (fx GSM på 900 MHz og 1,800 GHz), punkt-til-punkt mikrobølgekommunikation (radiokæder), satellitbaseret navigation (GPS på 1,575 GHz og 1,227 GHz) og instrumentlandingssystemer for fly.

SHF-området (3-30 GHz) og EHF-området (30-300 GHz) benyttes i radarsystemer og til kommunikationstjenester med store båndbredder, for eksempel højhastigheds-digital-kommunikation i satellit- og jordbaserede mikrobølgeradiosystemer. I EHF-området dæmpes radiobølger kraftigt i Jordens atmosfære, især i tilfælde af regnvejr, og området benyttes derfor kun til specielle formål. Fx arbejdes der på at etablere mobiltelefoni ved 40 og 60GHz. Her er der ledige frekvensbånd og mulighed for meget stor båndbredde, og mobiltelefoni har ikke behov for stor rækkevidde.

Teorien for elektromagnetiske bølger blev fremsat af J.C. Maxwell i 1864, og i årene 1886-89 udførte H. Hertz en række eksperimenter, der verificerede Maxwells teori. G. Marconi begyndte forsøg med radiobølger i 1894, og fra 1902 kom Danmark ind i billedet gennem V. Poulsens og P.O. Pedersens arbejde med Poulsen-buen, som bl.a. førte til oprettelse af Lyngby Radio i 1904.

Radiotelegrafiforbindelser med skibe på frekvenser i 500-kHz-området var den første betydningsfulde kommercielle anvendelse af radiokommunikation. Værdien af denne teknik blev demonstreret i 1909, da det synkende passagerskib Republic tilkaldte hjælp over radioen, og igen i 1912 ved Titanics forlis.

G. Marconi demonstrerede radiotelegrafi over Atlanten i 1901, men det var først i begyndelsen af 1920'erne, at oversøisk radiokommunikation for alvor blev taget i brug. Det skete efter opdagelsen af, at radiobølger i kortbølgeområdet reflekteres af ionosfæren. Regelmæssig radiotelefoni mellem Europa og USA blev etableret i langbølgeområdet i 1927. Transatlantiske telegrafkabler havde været i brug siden 1866, men de kunne ikke bruges til telefoni, og et transatlantisk telefonkabel blev først lagt i 1956.

I 1950 etablerede man radiokæder til kommunikation over lange afstande på landjorden. En radiokæde består af en række mikrobølgemodtagere og -sendere med antenner placeret på master, således at der er frit sigte fra mast til mast. Afstanden mellem masterne afhænger af terrænforholdene, men er normalt 40-50 km. Tidlige radiokæder brugte analog modulation og havde en kapacitet på 2400 tovejstelefonkanaler, som efterhånden blev udvidet til 61.800 kanaler. Fra omkring 1980 blev digitale mikrobølgesystemer almindelige.

I 1962 blev den første kommunikationssatellit (Telstar) opsendt. Den modtog radiobølger fra Jorden i 6-GHz-området og retransmitterede til Jorden i 4-GHz-området. Med sin 32-MHz båndbredde kunne den klare én envejs tv-transmission eller et antal tovejs telefonforbindelser. Telstar benyttede en lav elliptisk bane og var ikke altid synlig fra jordstationerne. Det problem blev løst ved opsendelsen af den geosynkrone satellit Syncom 2 i 1963. Syncom 3 i 1964 nåede en geostationær bane, og den blev fulgt af flere geostationære kommunikationssatellitter, hver generation med større kapacitet end den foregående. Intelsat VI-serien, som blev taget i brug 1989, kunne fx håndtere 35.000 tovejs digitale telefonforbindelser samtidig med to tv-kanaler.

Mobilkommunikation er siden introduktionen af GSM i 1992 vokset eksplosivt. Et verdensomspændende tredjegenerations-mobilkommunikationssystem er ved at vinde indpas i begyndelsen af 2000-t. Det vil stille personlig mobilkommunikation til rådighed overalt på Jorden og vil kunne benyttes til telefoni, telefax, Internetforbindelse, videokonferencer og andre bredbåndstjenester. Systemet kaldes UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) og udvikles inden for rammerne af ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Parallelt hermed arbejder ITU (International Telecommunications Union) med IMT 2000-systemet (International Mobile Telecommunications 2000), som er en familie af systemer, der omfatter UMTS. IMT 2000 vil tillade brugere at benytte samme mobiltelefon overalt på Jorden.