Miten puhelin toimii?

Kännykän toiminta perustuu korkeataajuuksisten radioaaltojen hyödyntämiseen. Matkapuhelin on radioaaltojen välityksellä yhteydessä matkapuhelinverkon tukiasemaan, joka välittää tietoliikenteen eteenpäin muualle puhelinverkkoon.

Radioaallot ovat sähkömagneettisia aaltoja. Skotlantilainen fyysikko James Clerk Maxwell esitti vuonna 1864 jälkipuoliskolla sähködynamiikan lait kuuluisalla yhtälöjoukolla, joka kuuluu tieteen suursaavutuksiin. Yhtälöt osoittivat, että sähkökenttä ja magneettikenttä ovat saman asian kaksi puolta. Yhtälöt osoittivat myös, että valo on sähkömagneettinen aalto, jonka nopeus on vakio 300000 km/s. Yhtälöt paljastivat myös, että voi olla olemassa sähkömagneettisia aaltoja, jotka värähtelevät sekä hitaammin että nopeammin kuin näkyvä valo. Saksalainen fyysikko Heinrich Hertz todisti vuonna 1888 niiden olemassaolon. Hän lähetti kipinän avulla sähkömagneettisen aallon, joka kulki laboratorion halki ja sai aikaan käämiin mitattavissa olevan sähkövirran. Näin hän keksi radioaallon ja loi perustan radio- ja televisiotoiminnalle. Hertzin jälkeen tarvittiin sitten vielä jonkin verran lisää insinöörityötä, ennenkuin nykyinen kännykkätekniikka tuli mahdolliseksi. Kaiken perustana olivat kuitenkin Maxwellin ja Hertzin kaltaisten 1800-luvun tiedemiesten läpimurrot.

Radioaallot eivät varastoi ääntä vaan kuljettavat sitä. Radioaallot ovat samanlaista sähkömagneettista säteilyä kuin valokin. Aallonpituus on vain pidempi, jonka takia ne läpäisevät esimerkiksi seiniä. Kun näet jotain tapahtuvan vaikka kilometrin päässä, näet sen heti. Samalla tavalla puhelimessa ääni tulee heti. Toiminta on samanalinen kuin normaalissakin radiossa tai televisiossa. Signaalin koodauksessa toki on eroja. Normaali radio on analoginen, kun kännykkäliikenne tai televisio ovat digitaalisia.

Matkapuhelinverkossa on useita tuliasemia ja puhelu välittyy mihin tahansa tuliasemaan jopa maailmanlaajuisesti, koska operaattori tietää missä puhelin on ja osaa ohjata puhelun perille. Vanhemmissa systeemeissä , kuten 1970-luvulla käytetyssä ARP:ssa soittajan piti tietää missä puhelun vastaanottava auto liikkui ja puhelu välitettiin käsivälitteisesti perille.

Tietoahan voi välittää myös pullopostilla. Radioaaltojen sijaan kuljettajana toimii veden aallot. Ja mitä tiheämpi aallokko, niin sitä parempi tiedonvälityskyky.

vastaakaan = vastaajaan

Kiitos vastauksista, lisääkin saa antaa.

Etenkin eka vastaus oli aika valaiseva.

Silti, tuntuu hän se vähän oudolta, tämä nykytegnologia.

Perustuuko kaikki tällaiset muuten jotenkin esim? Suhteellisuusteoriaan, atomeihin ja näihin. Joku ns. Punainen lanka näissä kai pitää olla, eihän esim hajanaista voi ruohonleikkurian tehdä (ellei ole MacGyver, kevennys) - oli millainen nero vain...

Eli Et tiedä perusperiaatteita 😁

Aloitetaan perusteista:

Kun soitat jollekkin, laitteesi ottaa radiollaan yhteyttä lähimpään tukiasemaan, josta puhelu jatkaa matkaansa kaapelia pitkin vastaanottajan lähistöllä olevaan tukiasemaan, josta puhelu siirtyy radioteitse vastaanottajan kännykkään. Jokaisella tukiasemalla on vain tietty kuuluvuusalue ja kapasiteetti, joten kaikki maalman puhelut eivät todellakaan kuulu samassa paikassa yhtä aikaa. Esim, festarit voivat ruuhkauttaa tietyn alueen tukiasemat pahasti, jolloin mobiililiikenne häiriintyy.

Itse laitteen toiminnan ymmärtäminen vaatii syvällisempää matematiikan, tietotekniikan ja fysikkan ymmärtämistä. Puhelin on itseasiassa niin monimutkainen laite, että maailmassa ei ole ainuttakaan ihmistä, joka todella kykenisi ymmärätämään sen toiminnan täydellisesti. Puhelimessasi voi olla enemmän komponentteja kuin maailmassa on ihmisiä, niitä on siis aivan käsittämättömän paljon.

Radioaaltojen perusteista taidettiinkin jo jotain selittää edellä. Siinä osuit oikeaan, että myös suhteellisuusteorialla on oma roolisa puhelimen toiminnassa.

Mahdollisimman lyhyesti: Radiaallot ovat samankaltainen ilmiö kuin valo, mutta ne ovat näkymättömiä. Lisäksi pitää muistaa, että myös ääni on aaltoliikettä, vaikkakin hivenen erillaista.

Todella perusteita: https://opetus.tv/fysiikka/sahkomagnetismi/

Lisää simppeliä luettavaa radion toiminnasta:
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjw5tLQy8neAhVDiSwKHXc9BgIQFjAAegQIBxAB&url=https://fi.wikipedia.org/wiki/Radiotekniikka&usg=AOvVaw1o8N-HhiHzLB4iu1MLx0IO

Digitaalitekniikan perusteista, eli elektronisten piirien toiminnasta löytyy tietoa tuolta:
https://fi.wikibooks.org/wiki/Digitaalipiirit

(Perusteiden ymmärtäminen avaa paljon, kun opit ymmärtämään esimerkiksi sen, että miten ALU-yksikkö toimii.)