คลื่นวิทยุ คืออะไร จำแนกได้กี่ประเภท และสามารถนำมาประยุกต์ใช้อย่างไร

ในช่วงหนึ่งของกระแสความบันเทิงในประเทศไทย การจัดรายการวิทยุ เป็นหนึ่งในช่องทางที่ได้รับความนิยมมาก โดยส่งสัญญาณ คลื่นวิทยุ จากห้องจัดรายการไปยังเครื่องรับวิทยุที่อยู่ในบ้านของผู้ฟัง

คลื่นวิทยุ (Radio Wave) คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ซึ่งสามารถเดินทางในสภาวะสุญญากาศด้วยความเร็วเทียบเท่าความเร็วแสงที่ราว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที คลื่นวิทยุเป็นคลื่นความถี่สูงที่มีคุณสมบัติในการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางชนิดต่าง ๆ ในระยะไกลได้ดี

คุณสมบัติของคลื่นวิทยุ

ในทางวิทยาศาสตร์ คลื่นวิทยุ คือ “คลื่นพาหะ” (Carrier Wave) ที่นำส่งคลื่นเสียง (Audio Frequency) จากแหล่งกำเนิดหรือเครื่องส่งวิทยุให้เดินทางไปพร้อมกัน ทำให้คลื่นเสียงที่มีความถี่ค่อนข้างต่ำสามารถเดินทางไปได้ไกลจนถึงจุดหมายหรือเครื่องรับวิทยุที่ทำหน้าที่รับสัญญาณและแยกคลื่นเสียงออกจากคลื่นวิทยุให้ผู้ฟังสามารถได้ยินเสียงตามปกติ

เนื่องจากคลื่นวิทยุ คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงความถี่ตั้งแต่ 3 กิโลเฮิรตซ์ (Kilohertz: kHz) ไปจนถึง 300 กิกะเฮิรตซ์ (Gigahertz: GHz) ในขณะที่ช่วงความถี่ของคลื่นเสียงที่มนุษย์สามารถได้ยินคือ 20 เฮิรตซ์ ไปจนถึง 20 กิโลเฮิรตซ์เท่านั้น

คลื่นวิทยุ, วิทยุ, สัญญาณวิทยุ, การสื่อสารทางไกล, ทางวิทยุ — เสาส่งสัญญาณคลื่นวิทยุ, ภาพถ่าย Republica / Pixabay

ดังนั้น คลื่นวิทยุจึงถูกนำไปใช้ในการสื่อสารทางไกลหรือโทรคมนาคมได้ดี โดยเฉพาะจากคุณสมบัติในการสะท้อนกลับลงสู่พื้นโลก เมื่อคลื่นวิทยุเดินทางไปปะทะชนกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจำนวนมากในบรรยากาศโลก โดยเฉพาะในชั้นไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere) ที่อยู่สูงจากพื้นดินตั้งแต่ 80 ถึง 500 กิโลเมตร

คลื่นวิทยุสามารถจำแนกออกได้ 8 ย่านความถี่ (Radio Frequency) และมีลักษณะการใช้งานที่แตกต่างกัน ตามตารางดังต่อไปนี้

อักษรย่อ	ย่านความถี่	ช่วงความถี่*	ลักษณะการใช้งาน
VLF	ย่านความถี่ต่ำมาก Very low Frequency	3 kHz – 30 kHz	การสื่อสารในการเดินเรือ การสื่อสารใต้ทะเล ธรณีฟิสิกส์
LF	ย่านความถี่ต่ำ Low Frequency	30 kHz – 300 kHz	ระบบนำร่อง วิทยุกระจายเสียงระบบเอเอ็มและระบบสมัครเล่น
MF	ย่านความถี่ปานกลาง Medium Frequency	300 kHz – 30 MHz	วิทยุกระจายเสียงระบบเอเอ็มและสัญญาณแจ้งเตือนภัยพิบัติต่าง ๆ
HF	ย่านความถี่สูง High Frequency	3 MHz – 30 MHz	การสื่อสารในอุตสาหกรรมการบิน การแพทย์และหน่วยกู้ภัย
VHF	ย่านความถี่สูงมาก Very High Frequency	30 MHz – 300 MHz	การสื่อสารในอุตสาหกรรมการบินและการรายงานสภาพอากาศ วิทยุเอฟเอ็ม
UHF	ย่านความถี่สูงพิเศษ Ultra High Frequency	300 MHz – 3 GHz	โทรทัศน์ เรดาร์ ไมโครเวฟ จีพีเอส โทรศัพท์ และวิทยุดาราศาสตร์
SHF	ย่านความถี่สูงสุด Super High Frequency	3 GHz – 30 GHz	เรดาร์ ไมโครเวฟ ระบบแลนไร้สายและวิทยุดาวเทียม
EHF	ย่านความถี่สูงยิ่งยวด Extremely High Frequency	30 GHz – 300 GHz	วิทยุดาราศาสตร์ สถานีทวนสัญญาณไมโครเวฟต่าง ๆ

*หน่วย : KHz = กิโลเฮิรตซ์, MHz = เมกะเฮิรตซ์ และ GHz = กิกะเฮิรตซ์

การแผ่กระจายของคลื่นวิทยุสามารถจำแนกออกเป็น 3 ลักษณะ คือ

1. คลื่นตรง (Direct Wave) หมายถึง คลื่นที่เดินทางเป็นแนวเส้นตรงระหว่างสายอากาศของสถานีที่ส่งต่อไปยังสายอากาศของสถานีรับหรือที่เรียกว่า “การแผ่กระจายในแนวสายตา” (Line of Sight) ซึ่งการกระจายคลื่นในลักษณะนี้ ไม่สามารถรับส่งในระยะไกล เนื่องจากถูกบดบังโดยส่วนโค้งของพื้นผิวโลก

2. คลื่นฟ้า (Sky Wave) หมายถึง คลื่นที่เดินทางจากสายอากาศของสถานีขึ้นไปยังชั้นบรรยากาศของโลกจนถึงชั้นไอโอโนสเฟียร์ที่สะท้อนคลื่นกลับมายังสายอากาศสถานีรับบนภาคพื้นดิน

โดยคุณสมบัติการสะท้อนของคลื่นมักแปรเปลี่ยนไปตามปริมาณประจุที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศและอาจส่งผลกระทบต่อการรับช่วงสัญญาณ เมื่อเกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สามารถรบกวนการสะท้อนกลับของคลื่น เช่น การเกิดปรากฏการณ์ลมสุริยะ (Solar Wind) หรือฟ้าแลบฟ้าผ่า

อย่างไรก็ตาม คลื่นฟ้าสามารถแก้ปัญหาเรื่องการถูกบดบังจากความโค้งของพื้นผิวโลก จึงถูกนำมาใช้ในการกระจายเสียงข้ามประเทศที่สามารถส่งสัญญาณไปยังผู้รับในสถานที่ห่างไกล

3.คลื่นดิน (Ground Wave) หมายถึง คลื่นที่เดินทางไปตามแนวราบระดับพื้นดินจากสายอากาศของสถานีส่งตามความโค้งของพื้นผิวโลกไปยังสายอากาศของสถานีรับ ทำให้คลื่นดินสามารถเดินทางได้ไกล อีกทั้ง ยังไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศอีกด้วย

ปัจจุบัน ในกลุ่มประชาชนทั่วไปมีการส่งสัญญาณวิทยุกระจายเสียงอยู่ 2 ระบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย คือ

ระบบเอเอ็ม (Amplitude Modulation: A.M.) คือ การสื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงร่วมไปกับคลื่นวิทยุหรือที่เรียกว่าคลื่นพาหะ โดยแอมพลิจูดของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณคลื่นเสียง ซึ่งในระบบเอเอ็มส่วนใหญ่จะมีคลื่นความถี่อยู่ในช่วง 535 ถึง 1705 กิโลเฮิรตซ์ ซึ่งระบบเอเอ็มสามารถจำแนกออกเป็น 2 ส่วน คือ

คลื่นวิทยุย่านความถี่ปานกลาง (Medium Frequency: MF) อยู่ในย่านความถี่ประมาณ 550 ถึง 1600 กิโลเฮิรตซ์หรือที่เรียกว่า “คลื่นยาว” สามารถกระจายเสียงโดยอาศัยทั้งคลื่นดินที่ส่งไปได้ไกลถึง 100 กิโลเมตรและคลื่นฟ้าที่รับสัญญาณได้ไกลกว่า 100 กิโลเมตร
คลื่นวิทยุย่านความถี่สูง (High Frequency: HF) อยู่ในย่านความถี่ตั้งแต่ 3 ถึง 12 เมกะเฮิรตซ์หรือที่เรียกว่า “คลื่นสั้น” สามารถรับสัญญาณจากคลื่นดินในระยะ 15 กิโลเมตร เท่านั้น แต่สามารถรับสัญญาณจากคลื่นฟ้าได้ไกลนับพันกิโลเมตร

ระบบเอฟเอ็ม (Frequency Modulation: F.M.) คือ ระบบการสื่อสารที่มีการส่งสัญญาณเสียงไปกับคลื่นพาหะเช่นเดียวกัน แต่ในขณะที่ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณเสียง แอมพลิจูดของคลื่นในระบบนี้จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย

การส่งวิทยุระบบเอฟเอ็มมีความถี่สูงกว่าระบบเอเอ็มอยู่ที่ 88 ถึง 108 เมกะเฮิรตซ์และสามารถส่งได้เฉพาะคลื่นดินที่กระจายคลื่นสัญญาณในแนวระดับ ดังนั้น จึงทำให้การรับสัญญาณในระยะไกลเกินกว่า 80 กิโลเมตร จำเป็นต้องติดตั้งเสาอากาศรับสัญญาณเพิ่มเติม

คลื่นวิทยุถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะในการติดต่อสื่อสารและโทรคมนาคมที่ได้กลายมาเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตผู้คนในสังคมปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม ประชาชนส่วนน้อยจะตระหนักถึงภัยอันตรายจากคลื่นวิทยุที่มองไม่เห็นเหล่านี้ จากคุณสมบัติในการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง รวมถึงการทะลุผ่านร่างกายของสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะคลื่นวิทยุความถี่สูง คลื่นเหล่านี้สามารถทะลุผ่านเข้าไปในร่างกายของมนุษย์ได้ลึกราว 1 ใน 10 ส่วนของความยาวคลื่นที่ตกกระทบ

ถึงแม้ในปัจจุบัน คลื่นวิทยุที่เราใช้ในการสื่อสารจะมีระดับความเข้มที่ไม่มากพอจะก่อภัยอันตรายใด ๆ แต่สำหรับบุคคลที่ทำงานใกล้ชิดหรือได้สัมผัสกับคลื่นวิทยุที่มีความเข้มสูงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานต่างมีโอกาสได้รับอันตรายร้ายแรงจากคลื่นเหล่านี้

สืบค้นและเรียบเรียง คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ และณภัทรดนัย

ข้อมูลอ้างอิง

https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/outreach/funfacts/txt_radio_spectrum.html

https://edu.prd.go.th/nakhonsawan/download/KM/Knowledge%20Technician_Radio.pdf

https://www.tnuda.org.il/en/table-use-frequencies

http://www.nayoktech.ac.th/webnew/attachments/article/932/2%20ใบเนื้อหาการสอนหน่วยที่81.pdf