Częstotliwości

Słowo to zrobiło niebywałą karierę i zdominowało liczbę pojedynczą – liczbą mnogą. Dawniej, w publicznym obiegu była tylko częstotliwość, niekiedy nazywana też częstością. Fizycy jednak nadali temu słowu, zwłaszcza w wersji pierwszej, znaczenie konkretne. Oznaczające jak częste są zaburzenia okresowe, czyli powtarzające się równomiernie w czasie. Okres, oznaczany zwykle T, to czas miedzy kolejnymi zaburzeniami, jest matematycznie odwrotnością częstotliwości f.
Te zaburzenia okresowe, czyli drgania nie przenoszą materii. Są tylko zaburzeniami, czyli falą właśnie. Mogą one jednak wędrować, niektóre nawet szybko.  Mogą być też zasadniczo dwóch rodzajów, nazwałbym ludzkie i nieludzkie. Te pierwsze widzimy (ruchy mechaniczne, np. wody) lub słyszymy (dźwiękowe, głos czy muzyka). Te drugie, na przykład światło i ciepło, też nie są obce naszym zmysłom, choć nie rozumiemy ich natury.

FalaElektromagnetycznaRefleksy
Widmo promieniowania elektromagnetycznego. Czerwone kwadraciki to zakresy komórkowe

Pierwsze, do częstotliwości przekraczającej nieco 300 GHz, to fale radiowe. Ich nie widać, ale są podstawą zastosowań łączności, choć tych ponad ponad kilka GHz jeszcze nie opanowaliśmy technologicznie. Dalej to podczerwień, czyli ciepło. Potrafimy ją wykorzystać (np. piecyki jakiekolwiek i noktowizory), ale nie zobaczymy ich bez sprzętu., Dalej pasmo widzialne, naszymi oczyma. Potem nadfiolet, który jest dla człowieka szkodliwy, ale jednocześnie bardzo użyteczny, na przykład w medycynie (sterylizacja) i szeroko w kryminalistyce (badanie śladów i fałszerstw). Jeszcze dalej to zasłużone dla diagnostyki promieniowanie rentgenowskie, a na końcu wypełniające wszechświat, a zabójcze dla przy ekspozycji bezpośredniej promieniowanie gamma.
Te prostokąciki na rysunku – czerwony i biały w czerwonej ramce są dziś w centrum uwagi radiokomunikacji komórkowej. To zakres częstotliwości, w którym zezwala się działać operatorom komórkowym. Ale jak? Wszystkim na raz? I tu dochodzimy do sedna sprawy: to są przedziały częstotliwości, które dzieli się na kawałki, czyli pasma, i sprzedaje (za duże pieniądze). By jednak to zrozumieć, musimy zrozumieć jak zawartość pasma jest dzielona i sprzedawana po trochu. Czyli zrozumieć co to jest modulacja.

Refleksy2
Sygnał radiowy niezmodulowany to tzw. fala nośna. Modulacją nanosimy nań zmiany, tu amplitudy. Nasza fala niesie już informację. W skali częstotliwości jej obraz to trzy prążki: nośna i dwa sygnału użytecznego. Najważniejsze są obrazki dolne. Po lewej na dole widzimy, że zwiększając częstotliwość nośnej uzyskujemy miejsce na nowe kanały. W kółeczku pokazano zaś, że w jednym kanale, miedzy krańcami mieści się całe akustyczne pasmo użyteczne, czyli to, co chcemy przesłać – głos, muzykę lub obraz.
To cała zasada, na najprostszym przykładzie modulacji amplitudowej. Nowoczesna technika wykorzystuje głównie nie modulację amplitudy, ale innych cech sygnału. Zasada jednak pozostaje taka sama

Powyższy rysunek pokazuje, choć bardzo z grubsza jak nakłada się informację na falę nośną. Pokazuje też co to są w potocznym języku te częstotliwości. To są kawałki pasma sygnału, w których kupujący ma prawo umieścić swoje prążki, czyli zmodulowane sygnały. Na przykład rozmowy telefoniczne lub treści obrazowe. Im wyższa częstotliwość nośna, to tych kanałów jest więcej. Tyle, że w wysokich częstotliwości (biały prostokącik na rysunku pierwszym) nie umiemy jeszcze modulować, a więc wykorzystywać pasmo. Ale sprzedawać odpowiedni minister może na przetargu sprzedawać już, A na razie możemy je wykorzystywać w kuchenkach mikrofalowych, przekształcając w ciepło.