Запись звука в радиоволне с помощью амплитудной модуляции. Берется несущая волна определенной частоты (зеленая линия), затем ее амплитуда делается то больше, то меньше, в соответствии с записываемым сигналом (красная линия), и получается амплитудно-модулированная волна на выходе (синяя линия). Изображение с сайта almico.com
Радиоволны нам нужны не просто сами по себе, а для передачи информации. В принципе, более длинные волны, скажем в килогерцевом диапазоне, тоже подойдут для этих целей; они, собственно, и используются в некоторых технических приложениях. Но у них есть своя слабость — у них маленькая информационная емкость.
Цифровой сигнал, закодированный в волне с помощью частотной манипуляции. Изображение с сайта ru.wikipedia.org
Подсчет тут простой. Радиоволна в виде идеального гармонического колебания не представляет для нас никакой ценности, потому что она не несет никакой информации. Закодировать информацию — хоть аналоговую, в виде плавного сигнала, хоть цифровую, в виде последовательности битов, — в радиоволну можно, лишь модулируя ее характеристики (т. е. регулярно изменяя их то так, то этак). Есть разные способы модуляции: амплитудная (AM), частотная (FM) и другие, более сложные. Но все их объединяет фундаментальное ограничение: закодированный сигнал меняется медленнее несущей частоты. Грубо говоря, на каждый бит информации вам нужно выделить одно или несколько колебаний; вы не сможете в одно колебание уместить несколько битов. Так что если вы возьмете радиоволну с частотой 10 кГц, то аудиосигнал (звук с частотой до нескольких кГц) в ней уместится, но вот телевизионный сигнал — уже нет. Цифровой сигнал передавать по ней можно, но скорость не будет превышать скромного килобайта в секунду.
Теперь мы видим еще одну причину, по которой наносекундный диапазон столь важен для нас. Передавая информацию по беспроводным каналам, мы привыкли оперировать с потоками порядка мегабайтов в секунду. Получается, на каждый бит выделяется не более нескольких наносекунд. А значит, несущая волна должна колебаться еще быстрее, чтобы вместить в себя такой поток информации.
Пикосекунды. Атомное движение Электромагнитные колебания