Lähdekoodi sivulle Radioaallot

{{Tämä artikkeli|kertoo [[Sähkömagneettinen säteily|sähkömagneettisen säteilyn]] spektrin osasta, radioaalloista. Radiotaajuuksien tarkemmasta osioinnista, kertoo artikkeli [[Radiotaajuusalueet]].}}

[[File:Radio transmition diagram en.png|thumb|Äänen välittäminen radioaaltojen avulla analogisessa tiedonvälityksessä. Kuvan keskellä olevat "[[Amplitudimodulaatio|amplitude-]]" ja "[[Taajuusmodulaatio|frequency modulation]]" ovat vaihtoehtoja: yleensä vain jompikumpi on käytössä yhdellä siirtotiellä. Modulointi tapahtuu lähetysasemassa ja demodulointi vastaanottimessa. Kuva visualisoi sitä, miltä radioaallot "näyttävät" eri modulaatioilla.]]

'''Radioaallot''' ovat [[Sähkömagneettinen aalto|sähkömagneettisia aaltoja]], joiden [[Sähkömagneettinen spektri|taajuus]]spektri on määrittelijästä riippuen 30&ndash;{{Luku|3000||}} [[hertsi]]stä noin 300–3&nbsp;000 [[Hertsi#Kerrannaisyksiköt|gigahertsiin]] (GHz) ja [[aallonpituus]] millimetreistä kymmeniin tuhansiin kilometreihin.<ref name="stuk" /> Periaatteessa radioaaltoja ovat kaikki tätäkin pidemmät (pienitaajuisemmat) sähkömagneettiset aallot.<ref name="mpkk" />

Radioaallot eivät ole vain ihmisen tuottamia radiolähetysten lähetysaaltoja, sillä radioaaltoja on ympärillämme myös luonnostaan: kaikki kappaleet, joiden lämpötila on [[Absoluuttinen nollapiste|absoluuttista nollapistettä]] korkeampi, emittoivat radioaaltoja.<ref name="mpkk" />

Luonnolliset säteilylähteet, kuten [[salamat]], [[Aurinko]] ja [[pulsari]]t – kuten myös ihmiskeho – tuottavat radiotaajuusalueen sähkömagneettista säteilyä.<ref name="mpkk" /><ref name="eb.astro" /><ref name="stuk" />

== Sähkömagneettinen säteily yleisesti ==

{{Pääartikkeli|[[Sähkömagneettinen säteily]]}}

Sähkömagneettisen säteilyn yksittäisen kvantin eli [[Fotoni|fotonin]] energia on suoraan verrannollinen säteilyn taajuuteen ja kääntäen verrannollinen aallonpituuteen.  
Kuiva ilma on radioaalloille käytännössä [[tyhjiö]]ön verrattava [[väliaine]]. Tyhjiössä [[Sähkömagneettinen kenttä|sähkömagneettisen kentän]] energia jakautuu tasan magneetti- ja sähkökentän kesken. Se mikä ei ole vakio, on säteilyn [[intensiteetti]], eli pinta-alayksikölle osuvan säteilynergian määrä aikayksikössä. Intensiteetti määritellään yleensä watteina yhden neliömetrin alalle.
<ref name="mpkk" />{{rp|42}}

Fotonin energia ''E'' määräytyy taajuudesta: <math>E=hf</math>, jossa ''h'' on [[Planckin vakio]] 6,626196 '''&middot;''' 10<sup>-34</sup> [[Joulesekunti|Js]], ja ''f'' on [[taajuus]]. Fotonilla on myös [[liikemäärämomentti]] ''p'', suuruudeltaan <math>p=h/\lambda</math>, missä ''λ'' on aallonpituus.<ref name="mpkk" />{{rp|42, 45}}

Sähkömagneettinen aalto hidastuu väliaineessa, jolloin sen aallonpituus lyhenee, mutta taajuus ja kvantin energia eivät muutu. Sähkömagneettisen aallon nopeus väliaineessa riippuu väliaineen suhteellisesta [[Permeabiliteetti|permeabiliteetista]] ja suhteellisesta [[Permittiivisyys|permittiivisyydestä]]. [[Koaksiaalikaapeli]]ssa nopeus hidastuu noin 2/3:aan verrattuna valon nopeuteen tyhjiössä.<ref name="mpkk" />{{rp|43}}

Sähkömagneettisen aallon nopeus tyhjiössä on [[valonnopeus]], eli {{nowrap|299 792 458 m/s}}. Likiarvo {{nowrap|300 000 000 m/s}} on usein riittävän tarkka moniin käytännön laskuihin. Aallonpituus saadaan jakamalla nopeus taajuudella. 300&nbsp;MHz:n taajuudella aallonpituus on yksi metri: 300 10<sup>6</sup> m/s ÷ 300 10<sup>6</sup> Hz = 1 m. (Taajuuden yksikkö [[Hertsi|Hz]] = 1/s). <ref name="mpkk" />{{rp|43}}

== Radioaaltojen historiaa ==

{{Pääartikkeli|[[Radio#historia]]}}

Radioaaltojen olemassaolon ennusti skotlantilainen matemaattinen fyysikko [[James Clerk Maxwell]] vuonna 1867. Katso [[Maxwellin yhtälöt]].

Maxwellin teorian todisti oikeaksi [[Heinrich Hertz]],  joka ei kuitenkaan nähnyt radioaalloilla mitään hyötypotentiaalia.

Italialainen keksijä [[Guglielmo Marconi]] kehitti ensimmäiset käytännön [[Radiolähetin|radiolähettimet]] ja -[[Radiovastaanotin|vastaanottimet]] noin v. 1894–1895.

Pitkiä ja matalataajuisia 30–300 kilohertsin radioaaltoja käytettiin 1920- ja 1930-lukujen varhaisissa yleisradiolähetyksissä. Yleisradion radiolähetykset alkoivat 
vuonna 1926 ja TV-lähetykset 
vuonna 1955<ref name="stuk" />. Nykyisin [[Yleisradiotoiminta|yleisradiotoiminnassa]] käytetään yleisesti 87–108 megahertsin taajuisia radioaaltoja (Suomessa ja Länsi-Euroopassa 87,5–108&nbsp;MHz<ref name="pulkkinen" />).

== Hyödyntäminen ==

{{Pääartikkeli|[[Radio]]}}

Lähes kaikki langattomat yhteydet{{efn|name="langaton yhteys"}} perustuu radioaaltojen käyttöön. Radioaaltoja hyödyntäviä laitteita ovat muun muassa televisio, radio, WLAN- ja muut langattomat tiedonsiirtolaitteet, bluetooth-laitteet, langattomat kuulokkeet ja matkapuhelimet.<ref name="stuk" /> Sen sijaan television kaukosäädin toimii pääsääntöisesti [[Infrapunasäteily|infrapuna-aaltoalue]]ella.

Radioaalloilla voidaan välittää signaaleja radioaaltoa [[Modulaatio (elektroniikka)|moduloimalla]]. Yksinkertaisin radiotoiminnassa käytettävä modulaatio on [[amplitudimodulaatio]] (AM) ja yleisin [[taajuusmodulaatio]] (FM).

[[Kuva:Amfm3-en-de.gif|thumb|Radiolähetyksissä käytettäviä amplitudimoduloituja (AM) ja taajuusmoduloituja (FM) radioaaltoja.]]

[[Radiovastaanotin|Radiovastaanottimen]] pitää tukea lähetyksessä käytettyä modulaatiota kyetäkseen vastaanottamaan lähetystä.

{{Pääartikkeli|[[Radio]]}}

== Tuottaminen ==

Katso: [[Radiolähetin]]

[[File:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif|thumb|Radioaaltojen eteneminen lähetysantennista (puoliaalto[[dipoliantenni]]sta). Sähkökenttä on suorassa kulmassa etenemissuuntaan nähden. Magneettikenttää ei näytetä, mutta se olisi suorassa kulmassa etenemissuuntaan ja sähkökenttään nähden.]]

[[Kuva:Radio waves.svg|thumb|Kuvaaja [[maatasoantenni]]n säyeilykuviosta. Antenni on musta pystyviiva keskellä kuvaa. Vaihekaavio alhaalla oikealla; kentät ([[sähkökenttä]] (E), [[magneettikenttä]] (H)) ovat suorassa kulmassa toisiaan ja etenemissuuntaa vasten.]]

[[Radiolähetin|Radio(aalto)lähetin]] muodostaa käyttötarkoituksensa mukaisen (määrätaajuinen radioaalto ([[kantoaalto]]), mahdolliset apukantoaallot, informaatio, modulaatio ja teho) [[sähkömagneettinen kenttä|sähkömagneettisen kentän]], jonka piirissä radioaallot ovat [[radiovastaanotin|vastaanotettavissa]].

Radioaaltoja voidaan lähettää eri [[Antenni#Polarisaatio|polarisaatio]]illa, kuten esimerkiksi vaaka-, pysty- ja ympyräpolarisaatiolla<ref name="pulkkinen" />. Lähetysantenni määrittää polarisaation. Vastaanottimen antenni pitää sovittaa lähetyksen polarisaatioon radioaaltojen mahdollisimman hyvän vastaanottamisen tukemiseksi.

Käytännössä radioaalto synnytetään johtamalla määrätaajuinen [[vaihtojännite]] [[antenni]]in, joka siirtää energian radioaaltoina etenevään [[sähkömagneettinen kenttä|sähkömagneettiseen kenttään]].<ref name="mpkk" />

== Radioaaltojen eteneminen ==

Radioaaltojen liikettä lähettimestä eteenpäin kutsutaan etenemiseksi. Tyhjiössä, johon mittatarkkuuden puitteissa voidaan lukea maan ilmakehä, ympärisäteilevän lähetysantennin kentän signaalin tehotiheys vaimenee verrannollisena [[käänteisen neliön laki|etäisyyden neliöön]] lähetysantennista loitonnuttaessa, kun aallot leviävät yhä laajemmalle alueelle.<ref name="mpkk" /><ref name="stuk" /> Hukkatehoa voidaan minimoida [[suunta-antenni]]lla.

Radioaaltojen etenemisnopeus riippuu väliaineesta. Tyhjiössä radioaallot etenevät [[valonnopeus|valonnopeudella]]. Radioaallon [[aallonpituus]] saadaan jakamalla radioaallon etenemisnopeus sen [[taajuus|taajuudella]]:

:<math>\lambda\,=\frac{v}{f}\,</math>
missä:
:*''v'' on radioaallon etenemisnopeus (m/s) (tyhjiössä 299 792 458 m/s),
:*''f'' on radioaallon [[taajuus]] ([[Hertsi|Hz]]).

Aallonpituus muutetaan taajuudeksi vastaavasti jakamalla etenemisnopeus aallonpituudella:

:<math>
f = \frac{v}{\lambda}
</math>

Radioaaltojen etenemisessä on kyse energian siirtymisestä paikasta toiseen sähkömagneettisen kentän värähtelyinä.<ref name="pulkkinen" />

Kaikki radioaallot eivät etene samalla tavalla. Eritaajuisilla radioaalloilla on erilaiset etenemisominaisuudet maan ilmakehässä: [[LW (taajuusalue)|pitkät aallot]] ({{k-en|long wave}}, LW, 148,5–283,5&nbsp;kHz) voivat hajaantua esteiden, kuten vuorten, ympäri ja seurata maan muotoa (maa-aallot). [[MW (taajuusalue)|Keskipitkät aallot]] ({{k-en|medium wave}}, MW, 526,5–1&nbsp;606,5&nbsp;kHz) voivat heijastua [[ionosfääri]]stä ja palata maahan horisontin ulkopuolelle (taivasallot), jopa toiselle puolelle maapalloa, kun taas [[SW (taajuusalue)|lyhyet aallot]] ({{k-en|short wave}}, SW, 2&nbsp;300–26&nbsp;100&nbsp;kHz) taipuvat tai hajautuvat hyvin vähän ja kulkevat suoraviivaisesti, joten niiden etenemisetäisyydet rajoittuvat horisonttiin.<ref name="mpkk" />

Ilmakehä on lähes läpinäkymätön radioaalloille noin 30&nbsp;GHz:stä (10&nbsp;mm) noin 20 terahertsiin (15&nbsp;um) asti. Tämä johtuu radioaaltojen absorboitumisesta ilmakehän vesihöyryyn<ref name="mpkk" />{{rp|56}}

Paikallisesti radioaaltojen etenemiseen vaikuttaa ilmasto, vuodenaika, vuorokaudenaika ja säätila kuten lämpötila, sade, kosteus, sumu, utu, tuuli ja pilvipeite. Vaikutus ei välttämättä ole negatiivinen. Niin sanotulla hyvällä radiokelillä{{efn|name="radiokeli"}} kantamat voivat moninkertaistua. Myös keinovalaistuksella, pölyllä, kuin pilvikorkeudellakin voi tajuusalueesta riippuen olla etenemistä heikentävä vaikutus.<ref name="mpkk" />{{rp|56-57}}

== Vastaanottaminen ==

Katso: [[Radiovastaanotin]]

Vastaanotossa otetaan vastaan radioaallon energiaa. Antenni on sovitin sähkömagneettisten aaltojen ja radiovastaanottimen virtapiirien välillä.

[[File:Dipole receiving antenna animation 6 800x394x150ms.gif |thumb |Vaakapolarisaatioisen radioaallon vastaanottoanimaatio. E = sähkökenttä ja V = antenniin indusoituva jännite.]]

Radiovastaanottimen pitää tukea lähetystaajuutta ja lähetyksessä käytettyä modulaatiota kyetäkseen vastaanottamaan lähetyksiä.

Vastaanotossa saattaa olla tarpeen ottaa huomioon myös lähetetyn radioaallon [[Antenni#Polarisaatio|polarisaatio]] vastaanoton varmistamiseksi. Tämä on lähes välttämätöntä maanpäällisiä TV-lähetyksiä vastaanotettaessa.

== Termistöä ==
{{Huomiolista|viitteet=

{{efn|name="langaton yhteys"|'''''langaton yhteys''''': kiinteän yhteyden (langallisen yhteyden) vastakohta. Langattomassa yhteydessä [[informaatio]] ei kulje [[Sähköjohdin|sähköjohtimessa]], [[Aaltoputki|aaltoputkessa]] tai muussa vastaavassa, vaan informaatio kulkee radioaallossa, [[Laser|lasersäteessä]], [[Infrapunasäteily|infrapuna-aallossa]] tai muussa johdottomassa [[siirtotie]]ssä}}

{{efn|name="radiokeli"|'''''radiokeli''''': "ilmiö johtuu [[ilmakehä]]n yläosiin kesäaikaan syntyvästä heijastavasta kerroksesta, jonka myötä radioasemia voi kuulua parin tuhannen kilometrin päästä". [http://areena.yle.fi/1-50590873 Yle Areena: Mitä tarkoitetaan hyvällä radiokelillä?]}}

}}

'''Termistön lähteet'''
* radiokeli<ref name="areena.radiokeli" /><ref name="ttp.radiokeli" />

== Katso myös ==
* [[Aallonpituus]]
* [[Aalto (fysiikka)]]
* [[Absorptio (sähkömagneettinen säteily)]]
* [[Albedo]] (heijastuskyky)
* [[Amplitudi]]
* [[Emissiivisyys]]
* [[Fotoni]] (sähkömagneettisen säteilyn välittäjähiukkanen)
* [[Gaussin laki sähkökentille]]
* [[Gravitaatiosäteily]]
*[[Heinrich Hertz|Hertz, Heinrich]]
* [[Infrapunasäteily]]
* [[Intensiteetti]]
* [[Koherenssi]] (Koherentit aallot)
* [[Lorentzin voima]] (voima, jonka sähkömagneettinen kenttä aiheuttaa varattuun hiukkaseen)
* [[Lämpösäteily]]
* [[Guglielmo Marconi|Marconi, Guglielmo]]
* [[Maxwellin yhtälöt]] (sähkömagneettisen kentän malli makroskooppisessa mittakaavassa)
* [[Maxwellin yhtälöt#Kenttien riippuvuudet väliaineissa]]
* [[Magneettikentän voimakkuus]]
* [[Magneettivuo]]
* [[Magneettivuon tiheys]]
* [[Magnetismi]]
* [[Mikroaallot]]
* [[Musta kappale]]
* [[Mustan kappaleen säteily]]
* [[Lämpösäteily#Säteilyn teho|Mustan kappaleen lämpösäteilyn teho]]
* [[Nikola Tesla|Tesla, Nikola]]
* [[Näkyvän valon spektri]]
* [[Optinen datansiirto vapaassa tilassa]]
* [[Permeabiliteetti]] (aineen (sähkö)magneettista käyttäytymistä kuvaava suure)
* [[Permittiivisyys]] (suure, joka kuvaa, miten sähkökenttä vaikuttaa väliaineeseen)
* [[Planckin laki]]
* [[Planckin vakio]]
* [[Polarisaatio]] (aaltoliikkeen värähtelysuuntien samankaltaisuus)
* [[Rayleigh’n–Jeansin laki]]
* [[Röntgensäteily]]
* [[Spektri]]
* [[Stefanin–Boltzmannin laki]]
* [[Sähkö]] (sähkövaraukseen liittyvä luonnonilmiö)
* [[Sähkökentän voimakkuus]]
* [[Sähkömagneettinen vuorovaikutus]]
* [[Fotoni#Säteilyn ja aineen vuorovaikutus|Sähkömagneettisen säteilyn ja aineen vuorovaikutus]]
* [[Sähkömagnetismi]]
* [[Sähkönjohtavuus]] (väliaineen johtavuus)
* [[Sähkövaraus]]
* [[Sähkövuo]]
* [[Sähkövuon tiheys]]
* [[Säätutka]]
* [[kulmataajuus|Säteilyn kulmataajuus]]
* [[Säteily]] (aallon eteneminen avaruudessa)
* [[Tutka]]
* [[Tšerenkovin säteily]]
* [[Ultraviolettisäteily]]
* [[Valo]]
* [[Wienin siirtymälaki]]
* [[Värähtely]]

==Lähteet==
{{Viitteet|viitteet=

<ref name="stuk">{{Verkkoviite
|Osoite= http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014120249574
|Nimike= Radioaallot ympäristössämme
|Julkaisija= Säteilyturvakeskus
|Julkaistu= 2009
|Viitattu= 1.10.2021
}}</ref>

<ref name="pulkkinen">
<!-- kelvoton lähde. Sekoittaa termejä pahasti -->{{Verkkoviite
|Osoite= http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201904155032
|Nimike= Radioaaltojen etenemismuodot Suomen kolmella kansainvälisellä yleisradioalueella Pulkkinen, Lauri-Pekka Johannes (2019)
|Viitattu= 2.10.2021
}}{{Parempi lähde}}
</ref>

<ref name="mpkk">{{Verkkoviite
|osoite= https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-25-2503-4
|nimike= DIGITAALINEN TAISTELUKENTTÄ
- informaatioajan sotakoneen tekniikka, kolmas uusittu laitos
|tekijät= Jyri Kosola, Tero Solante
|viitattu= 14.10.2021
}}</ref>

<ref name="eb.astro">{{Verkkoviite
|osoite= https://www.britannica.com/science/radio-source
|nimeke= Radio source
|selite= astronomy
|julkaisija= Encyclopedia Britannica
|viitattu= 15.11.2018
|kieli= {{en}}
}}</ref>

<ref name="areena.radiokeli">{{Verkkoviite
|Osoite= http://areena.yle.fi/1-50590873
|Nimike= Mitä tarkoitetaan hyvällä radiokelillä?
|Julkaistu=  27.7.2020
|Arkisto= https://web.archive.org/web/20200813210235/https://areena.yle.fi/audio/1-50590873
|Arkistoitu= 13.8.2020
|Viitattu= 18.10.2021
}}</ref>

<ref name="ttp.radiokeli">{{Verkkoviite
|Osoite= https://tieteentermipankki.fi/wiki/Geofysiikka:radiokeli
|Nimike= Radiokeli
|Viitattu= 18.10.2021
}}</ref>

}}

==Kirjallisuutta==
* {{Kirjaviite | Tekijä=Lehto, Arto | Nimeke=Radioaaltojen maailma | Selite= | Julkaisija=Otatieto | Julkaisupaikka=Helsinki | Vuosi=2006 | Tunniste = | Isbn = 951-672-350-0}}
* {{Kirjaviite | Tekijä=Lindell, Ismo | Nimeke=Radioaaltojen eteneminen | Selite= | Julkaisija=Otatieto | Julkaisupaikka=Helsinki | Vuosi=2000 (1985) | Tunniste = | Isbn = 951-672-227-X}}
* {{Kirjaviite | Tekijä=Granlund, Kai | Nimeke=Langaton tiedonsiirto | Selite= | Julkaisija=Docundo Finland | Julkaisupaikka=Jyväskylä | Vuosi=2001 | Tunniste = | Isbn = 951-846-091-4}}

== Aiheesta muualla ==
{{Commonscat-rivi}}
* [http://www.metsahovi.fi/edu/radast2011/sm-sateily.html Metsähovi : Sähkömagneettinen säteily]

* [http://areena.yle.fi/1-50590873 Yle Areena : Mitä tarkoitetaan hyvällä radiokelillä?]

{{KMradiotaajuusalueet}}
{{SMsäteily}}
[[Luokka:Radioaallot| ]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]

[[es:Radiofrecuencia]]