Radioskolan del 1: Så funkar trådlöst

Radio började en gång i tiden som vetenskapen om trådlös telegrafi. Telegrafin var en fantastisk uppfinning när den kom. Meddelanden skickas mellan olika städer utan att man behövde vänta på budryttare. Ändå fanns uppenbara svagheter med telegrafin. Det tog tid att installera, den var sårbar och framför allt kunde inte särskilt mycket information överföras med morsesignalering i trådarna.

Marconi skickade två kilometer

Det vi har i våra smarta telefoner i dag är inget annat än en utveckling av den trådlösa telegrafin. Det är många som bidragit till radions utveckling, men man brukar säga att den första radiokommunikationen skedde 1895 då italienaren Guglielmo Marconi lyckades skicka signaler dryga två kilo­meter. Han belönades år 1909 med Nobelpris­et för sina upptäckter.

Elektromagnetiska vågor har olika egenskaper beroende på dess våglängd. Mitt i spektret ligger det för oss synliga ljuset, på våglängderna 400–700 nanometer. Under dem finns till uv-ljuset och ännu lägre ned röntgenstrålar. På längre våglängder hittar vi till exempel mikrovågor, radar och vanlig fm-radio.

Radiovågorna luften färdas med ljusets hastighet. Det avstånd i luften som en våg hinner passera under tiden vågen gör en cykel kallas våglängd.

Den som vill kunna något om radio måste först försöka förstå radiovågornas fysikaliska egenskaper. Radio är en elektromagnetisk energi som fortplantar sig i rymden och färdas i fri rymd med ljusets hastighet, alltså 300 000 000 meter per sekund i en rak linje.

Först måste vi förklara några grundläggande begrepp. Det kan underlätta om vi drar paralleller med vanligt ljus, vilket också är elektromagnetiska vågor, om än med en kortare våglängd än det vi kallar radio.

Radiovågor brukar benämnas de frekvenser som ligger mellan 30 kilohertz och 300 gigahertz.

Frekvens: Antalet svängningar som vågen gör per sekund anges i enheten hertz. Med 1 hertz svänger, eller oscillerar, vågen en cykel per sekund. Med 1 kilohertz oscillerar vågen tusen gånger på en sekund, 1 megahertz med en miljon gånger per sekund, och så vidare.

Våglängd: Sträckan som en våg hinner färdas innan den har gått en hel cykel anges med begreppet våglängd. Det måttet är viktigt när man gör antenner för en radiomottagare – med kortare våglängd kommer antennens dimensioner att minska. Våglängden anges i enheten meter och i formler används den grekiska bokstaven lambda (λ). Förhållandet mellan våglängden (λ), signalens hastighet (v) och dess frekvens (f) anges som λ = (v/f). Använder vi oss av frekvensen för wlan, alltså 2,4 gigahertz, och ljusets hastighet, alltså 300 000 000 meter per sekund, får vi en våglängd på 12,5 cm.

Amplitud: Med en signals amplitud anges hur stark den är. Vilken enhet som används beror på vilken våg man mäter. En lägre amplitud innebär en svagare signal, en högre innebär en starkare. Det finns lite olika beskrivningar av amplitud. Topp-amplitud beskriver storleken på signalen från ett nolläge. Topp-till-topp-amplituden beskriver avståndet från den positiva toppen av signalen till den nedersta negativa signalen. Amplituden varierar med tiden.

Amplituden kan relativt ett nolläge vara både vara positiv och negativ. Noll brukar anges till den nivån signalen hamnar på då ingen energi tillförs vågen.

Fas: Fasen beskriver signalens relativa läge från en nollgenomgång, alltså den nivån amplituden får när ingen energi tillförs vågen. När man anger fas delar man upp en våglängd i 360 grader, alltså ett helt varv på en cirkel. Exempelvis har en signal när den har passerat en fjärdedel en fas på 90 grader och efter en halv våglängd är fasen på den signalen 180 grader.
Jämför man två signaler kan den ena ligga en stund efter den andra.

Skillnaden mellan dessa två signaler kallas fasskillnad. Går de helt i otakt är fasskillnaden mellan dem 180 grader. Man kan också säga att den ena vågen i detta fall är 180 graders fasförskjuten jämfört med den andra.

När två vågor kommer lite förskjutna från varandra kommer de ha olika fas. Skillnaden mellan dessa faser kallas fasförskjutning.