تفاوت بین پهنای باند و طیف ، رابطه فرکانس وطول موج

تفاوت بین پهنای باند و طیف ، رابطه فرکانس وطول موج : پهنای باند و طیف دو اصطلاح رایج در زمینه مخابرات و شبکه هستند. تفاوت اصلی بین پهنای باند و طیف در این است که پهنای باند نشان دهنده حداکثر نرخ تبادل داده در یک بازه زمانی مشخص است، در حالی که طیف مجموعه‌ای از امواج با فرکانس‌های مشخص است که به ترتیب مرتب شده است.

پهنای باند (Bandwidth):

پهنای باند به حداکثر میزان داده‌ای اشاره دارد که یک وسیله می‌تواند در یک واحد زمانی منتقل کند. هر چه پهنای باند بیشتر باشد داده‌های بیشتری را می‌توان ارسال کرد. روش دیگر برای توضیح پهنای باند به محدوده‌ای از سیگنال بین بالاترین (حداکثر) و پایین‌ترین (حداقل) فرکانسی گفته می‌شود که یک سیگنال می‌تواند داشته باشد. پهنای باند مشخص کننده گستره فرکانس هایی است که به یک سیگنال یا به یک کانال مخابراتی ، تخصیص یافته است و این پهنا معمولا بر حسب واحد هرتز بیان می شود. در واقع این کمیت مبین ظرفیت رسانه، دستگاه یا سیستم مورد نظر در هدایت امواج الکترومغناطیس است.

فرکانس (f) تعداد نوساناتی است که در یک سیگنال در هر ثانیه اتفاق می‌افتد. واحد اندازه گیری فرکانس هرتز (Hz) است. دوره یا پریود نیز مدت زمانی است که طول می‌کشد تا یک نوسان کامل شود (T= 1/f). اگر حداکثر فرکانس را (fmax) و حداقل فرکانس را (fmin) در نظر بگیریم، فرمول محاسبه پهنای باند به شکل زیر خواهد بود. در اینجا B نمایانگر Bandwidth یا پهنای باند است:
B = [f(max) – f(min)] bits/sec

تفاوت بین پهنای باند و طیف ، رابطه فرکانس وطول موج

طیف (Spectrum):

یکی از معروفترین طیف‌ها، طیف الکترومغناطیسی است که شامل تمام امواج الکترومغناطیسی (EM) می‌شود. بنابراین، ارتعاش بین یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی می‌تواند یک موج الکترومغناطیسی یا موج EM ایجاد کند. علاوه بر این، طیف الکترومغناطیسی حاصل مجموعه‌ای از تمام امواج الکترومغناطیسی پس از مرتب کردن آنها بر اساس طول موج و یا فرکانس آنها است.

طیف الکترومغناطیسی شامل بسیاری از امواج مانند امواج رادیویی، مایکروویو، پرتوهای مادون قرمز، نور مرئی، پرتوهای ماورای بنفش، اشعه ایکس، اشعه گاما و غیره است. موج رادیویی دارای طول موج بالاتر و فرکانس پایین‌تر است.

تفاوت بین پهنای باند و طیف:

پهنای باند نشان دهنده حداکثر نرخ تبادل داده در یک بازه زمانی مشخص است در حالی که طیف مجموعه‌ای از امواج با فرکانس‌های مشخص است که به ترتیب مرتب شده است.
از پهنای باند برای کمک به اندازه گیری مقدار داده‌ای که یک وسیله می‌تواند در یک واحد زمانی منتقل کند استفاده می‌شود. در الکترومغناطیس، طیف کمک می‌کند تا طول موج و فرکانس امواج الکترومغناطیسی شناسایی شوند.
واحد اندازه گیری پهنای باند بیت در ثانیه (bits/sec) است و طیف واحد اندازه گیری ندارد.

رابطه فرکانس وطول موج

رابطه ای میان فرکانس سیگنال رادیویی و طول موج آن وجود دارد. چون امواج رادیویی در فضا تقریبا با سرعت نور حرکت می کنند، مسافت طی شده توسط امواج رادیویی در یک سیکل کامل، با فرکانس موج نسبت عکس دارد. از این رو فرکانس های بالاتر:

1) نسبت به فرکانس های بالاتر دارای طول موج کوتاه تری هستند.

2) دارای تضعیف یا اتلاف انرژی بیشتری هستند.

3) f(فرکانس)= 1/T و بر حسب سیکل بر ثانیه بیان می شود.

4) پریود زمانی T، مدت زمانی است که یک موج، 360 درجه یا یک سیکل کامل را طی کند.

تفاوت بین پهنای باند و طیف ، رابطه فرکانس وطول موج

مشخصات انتشار امواج رادیویی:

سیگنال های رادیویی، بسته به طول موج آنها دارای مشخصات انتشار متفاوتی هستند. هر چه فرکانس بالاتر باشد، سیگنال مسافت کوتاه تری را طی خواهد کرد و تضعیف فرکانس زودتر رخ می دهد.

فرکانس های پایین تر با طول موج های بلند تر، تمایل دارند که انحنای کره زمین را تعقیب کنند. به این نوع سیگنال ها، امواج زمینی[1][1] اطلاق می شود. به این ترتیب می توان فهمید که چرا باندهایی با فرکانس های خیلی پایین [2][2](VLF) و یا فرکانس های پایین [3][3](LF) به خصوص برای ارسال غیر محلی و ناوبری دور برد[4][4] مناسب هستند.

سیگنال های با فرکانس کمتر از 30 مگاهرتز، به خصوص آنهایی که در باند فرکانس های متوسط[5][5](MF) قرار دارند، به طرف آسمان انتشار می یابند ولی بخشی از انرژی آنها به سمت پایین منعکس شده و از این رو سبب پرش می شوند. این امواج ، امواج آسمانی[6][6] نام دارند. این ویژگی پرشی، امکان ارتباط دور برد را می دهد اما چندان قابل اعتماد نمی باشد. با تغییر شرایط جوی، سطحی که سیگنال پرشی را دریافت می دارد نیز تغییر می کند.

در باند فرکانسی VHF یا بالاتر، سیگنال های رادیویی منحرف نمی شوند و آنهایی که به سمت آسمان انتشار یافته اند، منعکس نمی گردند. به این امواج، امواج فضایی[7][7] می گویند. این فرکانس ها برای ارتباط برد کوتاه مناسب هستند. اگر قرار باشد از آنها برای ارتباط در فواصل بیش از 64 کیلومتر(40mil) استفاده شود، لازم است که از ماهواره برای ارسال مجدد سیگنال ها از آسمان به سمت زمین بهره گیری شود. هر چه فرکانس بالاتر رود، این فاصله کمتر می شود. حدود 50 کیلومتر(35mil) در فرکانس 6 گیگا هرتز و 8 کیلومتر(5 mil) در فرکانس 38 گیگا هرتز.

گسترده فرکانس:

1 hertz (Hz)= 1 cycle/sec

1 kilohertz (KHz)= 1000 Hz

1 megahertz (MHz)= 1000000(106) Hz

1 gigahertz (GHz)= 1000000000(109) Hz

1 terahertz (THz)= 1000000000000(1012) Hz

1 megaterahertz (MTHz) = 1000000000000000000(1018) Hz

طول موج و فرکانس امواج رادیویی

فاصله ابتدا تا انتهای یک موج را، طول موج می گویند.

و هر چه تعداد موج ها در یک ثانیه (فرکانس موج) بیشتر باشد طول موج کوچکتر می شود.

قراردادهای متریک برای واحد فرکانس (هرتز) به صورت زیر می باشد:

kilohertz (kHz): 1,000 hertz

megahertz (MHz): 1,000,000 hertz

gigahertz (GHz): 1,000,000,000 hertz

terahertz (THz): 1,000,000,000,000 hertz

رابطه ی بین فرکانس و طول موج به شکل زیر می باشد:

wavelength = 300,000,000 / frequency

با استفاده از رابطه فوق طول موج بر حسب متر به دست می آید. به عنوان مثال :

1 kHz = 300 kilometers

3 kHz = 100 kilometers

10 kHz = 30 kilometers

30 kHz = 10 kilometers

100 kHz = 3 kilometers

300 kHz = 1 kilometer

1 MHz = 300 meters

3 MHz = 100 meters

10 MHz = 30 meters

30 MHz = 10 meters

100 MHz = 3 meters

300 MHz = 1 meter

1 GHz = 300 millimeters = 30 centimeters

3 GHz = 100 millimeters = 10 centimeters

10 GHz = 30 millimeters = ? centimeters

30 GHz = 10 millimeters = ? centimeter

100 GHz = 3 millimeters

300 GHz = 1 millimeter