Радиоволны и распространение радиоволн. В каком диапазоне находится радиоизлучение микрофона


Диапазон радиоволн и их распространение

В учебниках по физике приведены заумные формулы на тему диапазона радиоволн, которые порой не до конца понятны даже людям со специальным образованием и опытом работы. В статье постараемся разобраться с сутью, не прибегая к сложностям. Первым, кто обнаружил радиоволны, был Никола Тесла. В своем времени, где отсутствовало высокотехнологичное оборудование, Тесла не до конца понимал, что это за явление, которое он впоследствии назвал эфиром. Проводник с переменным электрическим током является началом радиоволны.

Источники радиоволн

К природным источникам радиоволн относятся астрономические объекты и молнии. Искусственным излучателем радиоволн является электрический проводник с движущимся внутри переменным электрическим током. Колебательная энергия высокочастотного генератора распространяется в окружающее пространство посредством радиоантенны. Первым рабочим источником радиоволн был радиопередатчик-радиоприёмник Попова. В этом устройстве функцию высокочастотного генератора выполнял высоковольтный накопитель, подключенный на антенну − вибратор Герца. Созданные искусственным способом радиоволны применяются для стационарной и мобильной радиолокации, радиовещания, радиосвязи, спутников связи, навигационных и компьютерных систем.

Диапазон радиоволн

Применяемые в радиосвязи волны находятся в диапазоне частот 30 кГц − 3000 ГГц. Исходя из длины и частоты волны, особенностей распространения, диапазон радиоволн подразделяется на 10 поддиапазонов:

  1. СДВ - сверхдлинные.
  2. ДВ - длинные.
  3. СВ - средние.
  4. КВ - короткие.
  5. УКВ - ультракороткие.
  6. МВ - метровые.
  7. ДМВ - дециметровые.
  8. СМВ - сантиметровые.
  9. ММВ - миллиметровые.
  10. СММВ - субмиллиметровые

Диапазон частот радиоволн

Спектр радиоволн условно поделен на участки. В зависимости от частоты и длины радиоволны подразделяются на 12 поддиапазонов. Диапазон частот радиоволн взаимосвязан с частотой переменного тока сигнала. Частотные диапазоны радиоволн в международном регламенте радиосвязи представлены 12 наименованиями:

  1. КНЧ − крайне низкие.
  2. СНЧ − сверхнизкие.
  3. ИНЧ − инфранизкие.
  4. ОНЧ − очень низкие.
  5. НЧ − низкие частоты.
  6. СЧ − средние частоты.
  7. ВЧ − высокие частоты.
  8. ОВЧ − очень высокие.
  9. УВЧ − ультравысокие.
  10. СВЧ − сверхвысокие.
  11. КВЧ − крайне высокие.
  12. ГВЧ − гипервысокие.

При увеличении частоты радиоволны ее длина уменьшается, при уменьшении частоты радиоволны - увеличивается. Распространение в зависимости от своей длины – это важнейшее свойство радиоволны.

Распространение радиоволн 300 МГц − 300 ГГц называют сверхвысокими СВЧ вследствие их довольно высокой частоты. Даже поддиапазоны очень обширны, поэтому они, в свою очередь, поделены на промежутки, в которые входят определенные диапазоны телевизионные и радиовещательные, для морской и космической связи, наземной и авиационной, для радиолокации и радионавигации, для передачи данных медицины и так далее. Несмотря на то что весь диапазон радиоволн разбит на области, обозначенные границы между ними являются условными. Участки следуют друг за другом непрерывно, переходя один в другой, а иногда и перекрываются.

Особенности распространения радиоволны

Распространение радиоволн – это передача энергии переменным электромагнитным полем из одного участка пространства в другой. В вакууме радиоволна распространяются со скоростью света. При воздействии окружающей среды на радиоволны распространение радиоволн может быть затруднено. Это проявляется в искажении сигналов, изменении направления распространения, замедлении фазовой и групповой скоростях.

Каждая из разновидностей волн применяется по-разному. Длинные лучше могут обходить преграды. Это означает, что диапазон радиоволн может распространяться по плоскости земли и воды. Применение длинных волн широко распространено в подводных и морских суднах, что позволяет быть на связи в любой точке местонахождения в море. На волну длиной в шестьсот метров с частотой пятьсот килогерц настроены приемники всех маяков и спасательные станций.

Распространение радиоволн в различных диапазонах зависит от их частоты. Чем меньше длина и выше частота, тем прямее будет путь волны. Соответственно, чем меньше ее частота и больше длина, тем она более способна огибать преграды. Каждый диапазон длин радиоволн обладает своими особенностями распространения, однако на границе соседних диапазонов резкого изменения отличительных признаков не наблюдается.

Характеристика распространения

Сверхдлинные и длинные волны огибают поверхность планеты, распространяясь поверхностными лучами на тысячи километров.

Средние волны подвержены более сильному поглощению, поэтому способны преодолевать расстояние лишь 500-1500 километров. При уплотнении ионосферы в данном диапазоне возможна передача сигнала пространственным лучом, который обеспечивает связь на несколько тысяч километров.

Короткие волны распространяются лишь на близкие расстояния вследствие поглощения их энергии поверхностью планеты. Пространственные же способны многократно отражаться от земной поверхности и ионосферы, преодолевать большие расстояния, осуществляя передачу информации.

Сверхкороткие способны передавать большой объем информации. Радиоволны этого диапазона проникают сквозь ионосферу в космос, поэтому для целей наземной связи практически непригодны. Поверхностные волны этих диапазонов излучаются прямолинейно, не огибая поверхность планеты.

В оптических диапазонах возможна передача гигантских объемов информации. Чаще всего для связи используется третий диапазон оптических волн. В атмосфере Земли они подвержены затуханию, поэтому в реальности передают сигнал на расстояние до 5 км. Зато использование подобных систем связи избавляет от необходимости получать разрешения от инспекций по электросвязи.

Принцип модуляции

Для того чтобы передать информацию, радиоволну нужно модулировать сигналом. Передатчик испускает модулированные радиоволны, то есть измененные. Короткие, средние и длинные волны имеют амплитудную модуляцию, поэтому они обозначаются как АМ. Перед модуляцией несущая волна движется с постоянной амплитудой. Амплитудная модуляция для передачи изменяет ее по амплитуде, соответственно напряжения сигнала. Амплитуда радиоволны изменяется прямо пропорционально напряжению сигнала. Ультракороткие волны имеют частотную модуляцию, поэтому они обозначаются как ЧМ. Частотная модуляция накладывает дополнительную частоту, которая несет информацию. Для передачи сигнала на расстояние его нужно промодулировать более высокочастотным сигналом. Для принятия сигнала нужно отделить его от поднесущей волны. При частотной модуляции помех создается меньше, однако радиостанция вынуждена вещать на УКВ.

Факторы, влияющие на качество и эффективность радиоволн

На качество и эффективность приема радиоволн влияет метод направленного излучения. Примером может послужить спутниковая антенна, которая направляет излучение в точку нахождения установленного приемного датчика. Этот метод позволил существенно продвинуться в области радиоастрономии и сделать множество открытий в науке. Он открыл возможности создания спутникового вещания, передачи данных беспроводным методом и многое другое. Выяснилось, что радиоволны способны излучать Солнце, многие планеты, находящиеся вне нашей Солнечной системы, а также космические туманности и некоторые звезды. Предполагается, что за пределами нашей галактики существуют объекты, обладающие мощными радиоизлучениями.

На дальность радиоволны, распространение радиоволн оказывают влияние не только солнечное излучение, но и метеоусловия. Так, метровые волны, по сути, не зависят от метеоусловий. А дальность распространения сантиметровых сильно зависит от метеоусловий. Происходит из-за того, что водной среде во время дождя или при повышенном уровне влажности в воздухе короткие волны рассеиваются или поглощаются.

Также на их качество влияют и препятствия, оказывающиеся на пути. В такие моменты происходит замирание сигнала, при этом значительно ухудшается слышимость или вообще пропадает на несколько мгновений и более. Примером может послужить реакция телевизора на пролетающий самолет, когда мигает изображение и появляются белые полосы. Это происходит за счет того, что волна отражается от самолета и проходит мимо антенны телевизора. Такие явления с телевизорами и радиопередатчиками чаще происходят в городах, поскольку диапазон радиоволн отражается на зданиях, высотных башнях, увеличивая путь волны.

fb.ru

Радиоизлучение - это... Что такое Радиоизлучение?

Радиоизлуче́ние (радиово́лны, радиочастоты) — электромагнитное излучение с длинами волн 5·10−5—1010метров и частотами, соответственно, от 6·1012 Гц и до нескольких Гц [1]. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.

История исследования

О радиоволнах впервые в своих работах в 1868 году рассказал Джеймс Максвелл[2]. Он предложил уравнение, которое описывает световые и радиоволны, как волны электромагнетизма. В 1887 году Генрих Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла, получив в своей лаборатории радиоволны длиной в несколько десятков сантиметров[3].

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц — 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.

Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:

  • радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;
  • радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
  • распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования.

Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.

По регламенту международного союза электросвязи радиоволны разделены на диапазоны от 0.3*10N Гц до 3*10N Гц, где N - номер диапазона. Российский ГОСТ 24375-80 почти полностью повторяет эту классификацию.

Обозн-е МСЭ Длины волн Название волн Диапазон частот Название частот Энергия фотона, эВ, Применение
ELF 100 Мм — 10 Мм Декамегаметровые 3—30 Гц Крайне низкие (КНЧ) 12.4 фэВ — 124 фэВ Связь с подводными лодками, геофизические исследования
SLF 10 Мм — 1 Мм Мегаметровые 30—300 Гц Сверхнизкие (СНЧ) 124 фэВ — 1,24 пэВ Связь с подводными лодками, геофизические исследования
ULF 1000 км — 100 км Гектокилометровые 300—3000 Гц Инфранизкие (ИНЧ) 1,24 пэВ — 12,4 пэВ Радиовещание
VLF 100 км — 10 км Мириаметровые 3—30 кГц Очень низкие (ОНЧ) 12,4 пэВ — 124 пэВ Связь с подводными лодками
LF 10 км — 1 км Километровые 30—300 кГц Низкие (НЧ) 124 пэВ — 1,24 нэВ Радиовещание, радиосвязь
MF 1000 м — 100 м Гектометровые 300—3000 кГц Средние (СЧ) 1,24 нэВ — 12,4 нэВ Радиовещание, радиосвязь
HF 100 м — 10 м Декаметровые 3—30 МГц Высокие (ВЧ) 12,4 нэВ — 124 нэВ Радиовещание, радиосвязь, рации
VHF 10 м — 1 м Метровые волны 30—300 МГц Очень высокие (ОВЧ) 124 нэВ — 1,24 мкэВ Телевидение, радиовещание, радиосвязь, рации
UHF 1000 мм — 100 мм Дециметровые 300—3000 МГц Ультравысокие (УВЧ) 1,24 мкэВ — 12,4 мкэВ Телевидение, радиосвязь, Мобильные телефоны, рации, микроволновые печи
SHF 100 мм — 10 мм Сантиметровые 3—30 ГГц Сверхвысокие (СВЧ) 12,4 мкэВ — 124 мкэВ Радиолокация, спутниковое телевидение, радиосвязь, Беспроводные компьютерные сети, спутниковая навигация
EHF 10 мм — 1 мм Миллиметровые 30—300 ГГц Крайне высокие (КВЧ) 124 мкэВ — 1,24 мэВ Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, метеорологические радиолокаторы, медицина
THF 1 мм — 0,1 мм Децимиллиметровые 300—3000 ГГц Гипервысокие частоты, длинноволновая область инфракрасного излучения 1,24 мэВ — 12,4 мэВ Экспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами). Также «применяется» для построения наукообразных гипотез про «прямое зрение», «телепатию» и прочих, построенных на недоказанном предположении о якобы существующей чувствительности человеческого мозга к ГВЧ.

Классификация ГОСТ 24375-80 не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. На практике под низкочастотным диапазоном подразумевается звуковой диапазон, а под высокочастотным — весь радиодиапазон, выше 30 кГц, в том числе сверхвысокочастотный (свыше 300 МГц).Традиционные обозначения радиочастотных диапазонов на Западе сложились в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU.

Примеры выделенных радиодиапазонов

Название Полоса частот Длины волн Энергия фотона, эВ,
Диапазон средних волн 530—1610 кГц 565,65—186,21 м 2,19—6,66 нэВ
Диапазон коротких волн 5,9—26,1 МГц 50,8—11,49 м 24,4—107,9 нэВ
Гражданский диапазон 26,965—27,405 МГц 11,118—10,940 м 111,5—113,3 нэВ
Телевизионные каналы: с 1 по 5 48—100 МГц 6,25—3,00 м 198,5—413,6 нэВ
Телевизионные каналы: с 6 по 12 174—230 МГц 1,72—1,30 м 719,6—951,2 нэВ
Телевизионные каналы: с 21 по 39 470—622 МГц 6,38—4,82 дм 1,94—2,57 мкэВ
Диапазон ультракоротких волн 62—108 МГц (кроме 76—90 МГц в Японии) 4,84—2,78 м (кроме 3,94—3,33 м) 256,42—446,65 нэВ (кроме 314,31—372,21 нэВ)
ISM-диапазон
Диапазоны военных частот
Диапазоны частот гражданской авиации
Морские и речные диапазоны

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

Название Полоса частот Описание
«11-метровый», Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон 27 МГц С разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт
«70 см», LPD, Low Power Device — маломощные устройства 433 МГц Выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,01 Вт;
PMR, Personal Mobile Radio — персональные рации 446 МГц Выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,5 Вт.

Некоторые диапазоны гражданской авиации

Полоса частот Описание
2182 кГц Аварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY)
74,8—75,2 МГц Маркерные радиомаяки
108—117,975 МГц Радиосистемы навигации и посадки.
118—135,975 МГц УКВ-радиосвязь (командная связь).
121,5 МГц Аварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY)
328,6—335,4 МГц Радиосистемы посадки (глиссадный канал)
960—1215 МГц Радионавигационные системы

Некоторые диапазоны РЛС

Полоса частот Длины волн Описание
3—30 МГц HF, 10-100 м Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
50—330 МГц VHF, 0,9—6 м Обнаружение на больших дальностях, исследования земли
1—2 ГГц L, 15—30 см Наблюдение и контроль за воздушным движением
2—4 ГГц S, 7,5—15 см Управление воздушным движением, метеорология, морские радары
12—18 ГГц Ku, 1,67—2,5 см Картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
27—40 ГГц Ka, 0,75—1,11 см Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами

Примечания

  1. ↑ Гл. редактор Прохоров А. М. Большой энциклопедический словарь/Физика
  2. ↑ Карцев Вл. Электромагнитные волны // Максвелл / Под ред. Резник С., Пекшев В.. — М.: Молодая гвардия, 1974. — Т. 5. — С. 229. — 336 с. — (Жизнь замечательных людей). — 100 000 экз. (Проверено 8 февраля 2012)
  3. ↑ Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Сов. энцикл., 1983. — С. 608.

Литература

  • Справочник по радиоэлектронным системам. Под ред. Б. Х. Кривицкого. В 2-х тт. — М.: Энергия, 1979.
  • Закон РФ «О связи».
  • Международный Регламент радиосвязи.

См. также

Ссылки

dic.academic.ru

Радиоволны и частоты

ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати, свет это тоже электромагнитные волны, обладающие схожими с радиоволнами свойствами (отражение, преломление, затухание и т.п.).

Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.

Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны в метрах рассчитывается по формуле:

 или примерно ,где f – частота электромагнитного излучения в МГц.

Из формулы видно, что, например, частоте 1 МГц соответствует длина волны ок. 300 м. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением – догадайтесь сами. В дальнейшем мы убедимся, что длина волны напрямую влияет на длину антенны для радиосвязи.

Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волн встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток. Но не вся энергия волны поглощается проводником, часть ее отражается от его поверхности и либо уходит обратно, либо рассеивается в пространстве. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации.

Еще одним полезным свойством электромагнитных волн является их способность огибать на своем пути некоторые препятствия. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры объекта меньше, чем длина волны, или сравнимы с ней. Например, чтобы обнаружить самолет, длина радиоволны локатора должна быть меньше его геометрических размеров (менее 10 м). Если же тело больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Но может и не отразить. Вспомните военную технологию снижения заметности «Stealth», в рамках которой разработаны соответствующие геометрические формы, радиопоглощающие материалы и покрытия для уменьшения заметности объектов для локаторов.

Энергия, которую несут электромагнитные волны, зависит от мощности генератора (излучателя) и расстояния до него. По научному это звучит так: поток энергии, приходящийся на единицу площади, прямо пропорционален мощности излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от мощности передатчика, но в гораздо большей степени от расстояния до него.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА

Радиоволны, используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами (по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой.

Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются.

Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:

Диапазончастот

Наименование диапазона частот

Наименованиедиапазона волн

Длина волны

3–30 кГц

Очень низкие частоты (ОНЧ)

Мириаметровые

100–10 км

30–300 кГц

Низкие частоты (НЧ)

Километровые

10–1 км

300–3000 кГц

Средние частоты (СЧ)

Гектометровые

1–0.1 км

3–30 МГц

Высокие частоты (ВЧ)

Декаметровые

100–10 м

30–300 МГц

Очень высокие частоты (ОВЧ)

Метровые

10–1 м

300–3000 МГц

Ультравысокие частоты (УВЧ)

Дециметровые

1–0.1 м

3–30 ГГц

Сверхвысокие частоты (СВЧ)

Сантиметровые

10–1 см

30–300 ГГц

Крайневысокие частоты (КВЧ)

Миллиметровые

10–1 мм

300–3000 ГГц

Гипервысокие частоты (ГВЧ)

Децимиллиметровые

1–0.1 мм

Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.

Распределение спектра между различными службами.

Эта разбивка довольно запутана, поэтому многие службы используют свою «внутреннюю» терминологию. Обычно при обозначении диапазонов выделенных для наземной подвижной связи используются следующие названия:

Термин

Диапазон частот

Пояснения

КВ

2–30 МГц

Из-за особенностей распространения в основном применяется для дальней связи.

«Си-Би»

25.6–30.1 МГц

Гражданский диапазон, в котором могут пользоваться связью частные лица. В разных странах на этом участке выделено от 40 до 80 фиксированных частот (каналов).

«Low Band»

33–50 МГц

Диапазон подвижной наземной связи. Непонятно почему, но в русском языке не нашлось термина, определяющего данный диапазон.

УКВ

136–174 МГц

Наиболее распространенный диапазон подвижной наземной связи.

ДЦВ

400–512 МГц

Диапазон подвижной наземной связи. Иногда не выделяют этот участок в отдельный диапазон, а говорят УКВ, подразумевая полосу частот от 136 до 512 МГц.

«800 МГц»

806–825 и851–870 МГц

Традиционный «американский» диапазон; широко используется подвижной связью в США. У нас не получил особого распространения.

Не надо путать официальные наименования диапазонов частот с названиями участков, выделенных для различных служб. Стоит отметить, что основные мировые производители оборудования для подвижной наземной связи выпускают модели, рассчитанные на работу в пределах именно этих участков.

В дальнейшем мы будем говорить о свойствах радиоволн применительно к их использованию в наземной подвижной радиосвязи.

КАК РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ РАДИОВОЛНЫ

Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.

Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота).

Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну.

Передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров, причем уровень сигнала уменьшается плавно, без скачков. Средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров. Что же касается коротких волн, то их энергия резко убывает по мере удаления от передатчика. Этим объясняется тот факт, что на заре развития радио для связи в основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны короче 100 метров вообще считались непригодными для дальней связи.

Однако дальнейшие исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.

Еще в 1902 английский математик Оливер Хевисайд (Oliver Heaviside) и американский инженер-электрик Артур Эдвин Кеннелли (Arthur Edwin Kennelly) практически одновременно предсказали, что над Землей существует ионизированный слой воздуха – естественное зеркало, отражающее электромагнитные волны. Этот слой был назван ионосферой.

Ионосфера Земли должна была позволить увеличить дальность распространения радиоволн на расстояния, превышающие прямую видимость. Экспериментально это предположение было доказано в 1923. Радиочастотные импульсы передавались вертикально вверх и принимались вернувшиеся сигналы. Измерения времени между посылкой и приемом импульсов позволили определить высоту и количество слоев отражения.

Распространение длинных и коротких волн.

Отразившись от ионосферы, короткие волны возвращаются к Земле, оставив под собой сотни километров «мертвой зоны». Пропутешествовав к ионосфере и обратно, волна не «успокаивается», а отражается от поверхности Земли и вновь устремляется к ионосфере, где опять отражается и т. д. Так, многократно отражаясь, радиоволна может несколько раз обогнуть земной шар.

Установлено, что высота отражения зависит в первую очередь от длины волны. Чем короче волна, тем на большей высоте происходит ее отражение и, следовательно, больше «мертвая зона». Эта зависимость верна лишь для коротковолновой части спектра (примерно до 25–30 МГц). Для более коротких волн ионосфера прозрачна. Волны пронизывают ее насквозь и уходят в космическое пространство.

Из рисунка видно, что отражение зависит не только от частоты, но и от времени суток. Это связано с тем, что ионосфера ионизируется солнечным излучением и с наступлением темноты постепенно теряет свою отражательную способность. Степень ионизации также зависит от солнечной активности, которая меняется в течение года и из года в год по семилетнему циклу.

Отражательные слои ионосферы и распространение коротких волн в зависимости от частоты и времени суток.

Радиоволны УКВ диапазона по свойствам в большей степени напоминают световые лучи. Они практически не отражаются от ионосферы, очень незначительно огибают земную поверхность и распространяются в пределах прямой видимости. Поэтому дальность действия ультракоротких волн невелика. Но в этом есть определенное преимущество для радиосвязи. Поскольку в диапазоне УКВ волны распространяются в пределах прямой видимости, то можно располагать радиостанции на расстоянии 150–200 км друг от друга без взаимного влияния. А это позволяет многократно использовать одну и ту же частоту соседним станциям.

Распространение коротких и ультракоротких волн.

Свойства радиоволн диапазонов ДЦВ и 800 МГц еще более близки к световым лучам и потому обладают еще одним интересным и важным свойством. Вспомним, как устроен фонарик. Свет от лампочки, расположенной в фокусе рефлектора, собирается в узкий пучок лучей, который можно послать в любом направлении. Примерно то же самое можно проделать и с высокочастотными радиоволнами. Можно их собирать зеркалами-антеннами и посылать узкими пучками. Для низкочастотных волн такую антенну построить невозможно, так как слишком велики были бы ее размеры (диаметр зеркала должен быть намного больше, чем длина волны).

Возможность направленного излучения волн позволяет повысить эффективность системы связи. Связано это с тем, что узкий луч обеспечивает меньшее рассеивание энергии в побочных направлениях, что позволяет применять менее мощные передатчики для достижения заданной дальности связи. Направленное излучение создает меньше помех другим системам связи, находящимся не в створе луча.

При приеме радиоволн также могут использоваться достоинства направленного излучения. Например, многие знакомы с параболическими спутниковыми антеннами, фокусирующими излучение спутникового передатчика в точку, где установлен приемный датчик. Применение направленных приемных антенн в радиоастрономии позволило сделать множество фундаментальных научных открытий. Возможность фокусирования высокочастотных радиоволн обеспечила их широкое применение в радиолокации, радиорелейной связи, спутниковом вещании, беспроводной передаче данных и т.п.

Параболическая направленная спутниковая антенна (фото с сайта ru.wikipedia.org).

Необходимо отметить, что с уменьшением длины волны возрастает затухание и поглощение энергии в атмосфере. В частности на распространение волн короче 1 см начинают влиять такие явления как туман, дождь, облака, которые могут стать серьезной помехой, ограничивающей дальность связи.

Мы выяснили, что радиоволны обладают различными свойствами распространения в зависимости от длины волны и каждый участок радиоспектра применяется там, где лучше всего используются его преимущества.

viol.uz

Радиоволны

Открытие радиоволн дало человечеству массу возможностей. Среди них: радио, телевидение, радары, радиотелескопы и беспроводные средства связи. Всё это облегчало нам жизнь. С помощью радио люди всегда могут попросить помощи у спасателей, корабли и самолёты подать сигнал бедствия, и можно узнать происходящие события в мире.

Создание электромагнитных волн опытным путём принадлежит физику Герцу. Для этого Герц использовал высокочастотный искровой разрядник (Вибратор). Произвёл этот опыт Герц в 1888 г. Состоял вибратор из двух стержней, разделённых искровым промежутком. Экспериментировал Герц с волнами частотой 100000000 Гц. Вычислив собственную частоту электромагнитных колебаний вибратора, Герц смог определить скорость электромагнитной волны по формуле υ=λν.Она оказалась приближенно равна скорости света: с=300000 км/с.

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.).Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны (в метрах) рассчитывается по формуле: или примерно где ¦ – частота электромагнитного излучения в МГц.

Самый простой случай — это распространение радиоволны в свободном пространстве. Уже на небольшом расстоянии от радиопередатчика его можно считать точкой. А если так, то фронт радиоволны можно считать сферическим. Если мы проведем мысленно несколько сфер, окружающих радиопередатчик, то ясно, что при отсутствии поглощения энергия, проходящая через сферы, будет оставаться неизменной. Ну, а поверхность сферы пропорциональна квадрату радиуса. Значит, интенсивность волны, т. е. энергия, приходящаяся на единицу площади в единицу времени, будет падать по мере удаления от источника обратно пропорционально квадрату расстояния.

Как распространяются радиоволны

Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота). Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну. Передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров, причем уровень сигнала уменьшается плавно, без скачков. Средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров. Что же касается коротких волн, то их энергия резко убывает по мере удаления от передатчика. Этим объясняется тот факт, что на заре развития радио для связи в основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны короче 100 метров вообще считались непригодными для дальней связи.Однако дальнейшие исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.

Диапазон

С учётом особенностей распространения, генерации и (отчасти) излучения весь диапазон радиоволн принято делить на ряд меньших диапазонов: сверхдлинные волны, длинные волны, средние волны, короткие волны, метровые волны, дециметровые волны, сантиметровые волны, миллиметровые волны и субмиллиметровые волны (табл. 1). Деление радиочастот на диапазоны в радиосвязи установлено международным регламентом радиосвязи (табл. 2). Все это официальные, четко отграниченные участки спектра.В то же время термин "диапазон" в зависимости от контекста может применяться для обозначения какого-то произвольного участка радиоволн/радиочастот (например - "любительский диапазон", "диапазон подвижной связи", "диапазон low band", "диапазон 2,4 ГГц" и т.п.)

Табл. 1. — Деление всего диапазона радиоволн на меньшие диапазоны.

Табл. 2.1. — Диапазон радиочастот

Табл. 2.2 . — Диапазон радиоволн

Динамический диапазон Динамический диапазон радиоприемного устройства - это отношение максимально допустимого уровня принимаемого сигнала (нормируется уровнем нелинейных искажений) к минимально возможному уровню принимаемого сигнала (определяется чувствительностью устройства) выраженное в децибелах. Другими словами - это разность между максимальным и минимальным значениями уровней сигналов, при которых еще не наблюдается искажений. Причиной этих искажений является нелинейность усилительного тракта рассматриваемого устройства. Чем шире ДД, тем более сильные сигналы способно принимать устройство без искажений. Динамический диапазон шире у дорогих приемников, хотя сравнивать их по этому параметру практически невозможно, т.к. он очень редко указывается в характеристиках.

Распределение спектра

Радиоволны (радиочастоты), используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами (по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой. Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются. Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:

Источники

Радиоизлучение Солнца. Зарегистрировано радиоизлучение Солнца с длиной волны от нескольких миллиметров до 30 м. Особенно сильно излучение в метровом диапазоне; оно рождается в верхних слоях атмосферы Солнца, в его короне, где температура порядка 1 млн. К. Коротковолновое излучение Солнца относительно слабо; оно выходит из хромосферы, расположенной над видимой поверхностью Солнца – фотосферой.

mirznanii.com

definition of РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ and synonyms of РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ (Russian)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Не путать с Радиоактивное излучение

Радиоизлуче́ние (радиово́лны, радиочастоты) — электромагнитное излучение с длинами волн 5×10−5—1010метров и частотами, соответственно, от 6×1012 Гц и до нескольких Гц[1]. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.

История исследования

В 1888 году Г.Р. Герц впервые смог получить электромагнитные волны с длиной волны в несколько десятков сантиметров[2].

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц — 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.

Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:

  • радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
  • радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;
  • распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования

Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.

  • ГОСТ 24375 даёт следующую обобщённую разбивку радиочастотного диапазона, основанную на международных стандартах:
    1. Очень низкие частоты — 3—30 кГц, соответствует сверхдлинным волнам
    2. Низкие частоты — 30—300 кГц, соответствует длинным волнам
    3. Средние частоты — 300—3000 кГц, соответствует средним волнам
    4. Высокие частоты — 3—30 МГц, соответствует коротким волнам
    5. Очень высокие частоты — 30—300 МГц, соответствует ультракоротким (или метровым волнам)
    6. Ультравысокие частоты — 300—3000 МГц, соответствует дециметровым волнам
    7. Сверхвысокие частоты — 3—30 ГГц, соответствует сантиметровым волнам
    8. Крайне высокие частоты — 30—300 ГГц, соответствует миллиметровым волнам
    9. Гипервысокие частоты — 300—3000 ГГц, соответствует субмиллиметровым волнам

Вышеприведённая классификация не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. На практике под низкочастотным диапазоном подразумевается звуковой диапазон, а под высокочастотным — весь радиодиапазон, выше 30 кГц, в том числе сверхвысокочастотный (свыше 300 МГц).

Традиционные обозначения радиочастотных диапазонов на Западе сложились в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU.

Классификация по международному регламенту радиосвязиДлины волнНазвание диапазонаПолоса частотНазвание полосыПрименение
100000 км—10 000 кмДекамегаметровые3—30 ГцКрайне низкие (КНЧ; ELF)Связь с подводными лодками, геофизические исследования
10000 км—1000 кмМегаметровые30—300 ГцСверхнизкие (СНЧ; SLF)Связь с подводными лодками, геофизические исследования
1000 км—100 кмГектокилометровые300—3000 ГцИнфранизкие (ИНЧ; ULF)
100 км—10 кмМириаметровые3—30 кГцОчень низкие (ОНЧ; VLF)Связь с подводными лодками
10 км—1 кмДлинные волны,Километровые30—300 кГцНизкие (НЧ; LF)Радиовещание, радиосвязь
1 км—100 мСредние волны,Гектометровые300—3000 кГцСредние (СЧ; MF)Радиовещание, радиосвязь
100 м—10 мКороткие волны,Декаметровые3—30 МГцВысокие (ВЧ; HF)Радиовещание, радиосвязь, рации
10 м—1 мМетровые волны30—300 МГцОчень высокие (ОВЧ; VHF)Телевидение, радиовещание, радиосвязь, рации
1 м—100 ммДециметровые300—3000 МГцУльтравысокие (УВЧ; UHF)Телевидение, радиосвязь, Мобильные телефоны, рации, микроволновые печи
100 мм—10 ммСантиметровые3—30 ГГцСверхвысокие (СВЧ; SHF)Радиолокация, спутниковое телевидение, радиосвязь, Беспроводные компьютерные сети, спутниковая навигация
10 мм—1 ммМиллиметровые30—300 ГГцКрайне высокие (КВЧ; EHF)Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, метеорологические радиолокаторы
1 мм—0,1 ммДецимиллиметровые300—3000 ГГцГипервысокие частоты, длинноволновая область инфракрасного излученияЭкспериментальная "терагерцовая камера", регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами). Также "применяется" для построения наукообразных гипотез про "прямое зрение", "телепатию" и прочих, построенных на недоказанном предположении о якобы существующей чувствительности человеческого мозга к ГВЧ.

Примеры выделенных радиодиапазонов

  • Диапазон средних волн с амплитудной модуляцией (AM волны) — 530—1610 кГц
  • разные диапазоны коротких волн — 5,9—26,1 МГц
  • Гражданский диапазон — 26,965—27,405 МГц
  • Телевизионные каналы: 1—5 размещаются в диапазоне от 48 до 100 МГц, 6—12 — от 174 до 230 МГц, 21—39 — от 470 до 622 МГц
  • Диапазон ультракоротких волн c частотной модуляцией (FM волны) — 88—108 МГц, кроме 76—90 МГц в Японии)
  • ISM-диапазон
  • Диапазоны военных частот
  • Диапазоны частот гражданской авиации
  • Морские и речные диапазоны

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

  • 27 МГц (Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт;
  • 433 МГц (LPD, Low Power Device), выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,01 Вт;
  • 446 МГц (PMR, Personal Mobile Radio), выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт.

Некоторые частоты, используемые в гражданской авиации

  • 74,8—75,2 МГц — маркерные радиомаяки
  • 108—117,975 МГц — радиосистемы навигации и посадки
  • 118—135,975 МГц — УКВ-радиосвязь (командная связь)
  • 328,6—335,4 МГц — радиосистемы посадки (глиссадный канал)
  • 960—1215 МГц — радионавигационные системы

Диапазоны РЛС

Частотные диапазоны РЛС[3]ДиапазонЭтимологияЧастотыДлина волныПримечания
HFангл. high frequency3—30 МГц10—100 мРадары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
Pангл. previous< 300 МГц> 1 мИспользовался в первых радарах
VHFангл. very high frequency50—330 МГц0,9—6 мОбнаружение на больших дальностях, исследования земли
UHFангл. ultra high frequency300—1000 MHz0,3—1 мОбнаружение на больших дальностях (например, артиллерийского обстрела), исследования поверхности земли, лесов
Lангл. Long1—2 ГГц15—30 смнаблюдение и контроль за воздушным движением
Sангл. Short2—4 ГГц7,5—15 смуправление воздушным движением, метеорология, морские радары
Cангл. Compromise4—8 ГГц3,75—7,5 смметеорология, спутниковое вещание, промежуточный диапазон между X и S
X8—12 ГГц2,5—3,75 смуправление оружием, наведение ракет, морские радары, погода, картографирование среднего разрешения; в США диапазон 10,525 ГГц ± 25 МГц используется в РЛС аэропортов.
Kuангл. under K12—18 ГГц1,67—2,5 смкартографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
Kнем. kurz — «короткий»18—27 ГГц1,11—1,67 смиспользование ограничено из-за сильного поглощения водяным паром, поэтому используются диапазоны Ku и Ka. Диапазон K используется для обнаружения облаков, в полицейских дорожных радарах (24,150 ± 0,100 ГГц).
Kaангл. above K27—40 ГГц0,75—1,11 смКартографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами (34,300 ± 0,100 ГГц)
mm40—300 ГГц1—7,5 мммиллиметровые волны, делятся на два следующих диапазона
V40—75 ГГц4,0—7,5 мммедицинские аппараты КВЧ, применяемые для физиотерапии, а также аппараты для диагностики (например, по методу Фолля)
W75—110 ГГц2,7—4,0 ммсенсоры в экспериментальных автоматических транспортных средствах, высокоточные исследования погодных явлений

См. также

Примечания

  1. ↑ Гл. редактор Прохоров А. М. Большой энциклопедический словарь/Физика
  2. ↑ Радиоволны//Физический энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. коллегия Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов и др. — М.: Сов. энцикл., 1983. — 928 с., стр. 608
  3. ↑ По материалам статьи en:Radar

Литература и документация

  • Справочник по Радиоэлектронным системам: В 2-х тт. / Под ред. Б. Х. Кривицкого — М.: Энергия, 1979
  • Закон РФ «О связи»
  • Международный Регламент радиосвязи

Ссылки

Нормативные документы

dictionary.sensagent.com

Радиоволны, распространение радиоволн

Перейти к оглавлению сайта

Теория и законы тока

Что такое электрический ток Переменный электрический ток Радиоволны, их распространение Электрический сигнал, виды сигналов Физические величины и меры тока Введение в информатику. Алгоритмы Что такое двоичный и 16-тиричный коды

Многие люди, не обладая элементарными понятиями о видах энергии, их свойствах, часто рассуждают о способах беспроводной передачи энергии на расстояния. Другие, не зная, как распространяются радиоволны, изготавливают антенны к своим радиопередатчикам и радиоприемникам, пытаясь добиться максимальных характеристик передачи и приема, но у них ничего не получается. Одни читают умные книги, а другие основываются на опыте, или совете малограмотного товарища. Для того, чтобы развеять хотя бы часть заблуждений и дать представление об электромагнитных волнах и как их виде – радиоволнах посвящена эта статья.

Как обычно, я не буду расписывать формул Максвелла, Фарадея и других известных деятелей науки. Их в огромном количестве имеется в учебниках физики, читая которые, даже я – имеющий образование и опыт работы в радиоэлектронике не понимаю, почему в этих учебниках приводятся заумные формулы, а простейшая, имеющая полезное практическое значение информация отсутствует? Ведь на следующий день, или неделю после окончания школы, ученик эти формулы не вспомнит, а простых понятий, как не знал, так и знать не будет.

Начнём с того, что великий изобретатель-практик электрических машин Никола Тесла активно использовал в своих экспериментах электромагнитные колебания, про которые раньше никто не знал, и как мы знаем теперь из учебников физики средней школы - порождают вид электромагнитных волн - радиоволны. Но повторюсь, во времена Теслы о существовании электромагнитных волн никто не знал. Интуитивно, путём наблюдений, Тесла понимал, что в результате его экспериментов в окружающем пространстве появляется какой-то вид энергии. Но в те времена не существовало такой науки и оборудования позволяющего раскрыть понятие электромагнитных волн. Поэтому, это явление рассматривалось как философская категория, которую Тесла называл - эфиром.

Нынче рассуждают, что "эфир" и электромагнитные волны это разные понятия. Они совершенно не правы лишь потому, что абсолютно все изобретения Теслы основаны на использовании обыкновенного переменного электрического тока и электромагнитных полей, которые в свою очередь и порождают не "эфир", а самые обыкновенные электромагнитные волны в радиочастотном диапазоне. Именно то, что в настоящее время называется электромагнитными волнами, в те времена Никола Тесла называл эфиром. Других вариантов объяснений быть не может. Можно долго рассуждать о том, что это разные понятия. Например, кто то с пеной у рта пытается доказать что скорость распространения эфира больше скорости света, а доказательная база отсутствует. С помощью какого эксперимента Никола Тесла мог измерить скорость эфира? Нигде такой информации нет. Вывод один, он её не измерял, а лишь предполагал. Вы скажете, что эфир несёт в себе энергию? Отвечу, любая электромагнитная волна несёт в себе энергию! Мне попадались практические схемы радиоприёмников без батареек, предназначенные не для работы на наушники или динамическую головку, а для получения постоянного электрического тока "из воздуха" теми жителями мегаполисов, которые живут рядом с мощными телерадиоцентрами.

Электромагнитная волна – синусоидальное электромагнитное колебание в пространстве. Общепринятое сокращение – ЭМВ. Электромагнитная волна – это свет, тепловые лучи невидимого инфракрасного диапазона, рентгеновские лучи и радиоволны. Разница лишь в мощности колебаний и длине волны. В частности Тесла имел дело с радиоволнами. Фактически он и является изобретателем радио, а не Маркони с Поповым. Последние смогли описать радиоволны, поэтому их и считают изобретателями радио. Тесла был первооткрывателем, но у него в те времена не было научных объяснений, которые намного позже появились у Попова и Маркони. Кроме того, они использовали радиоволны в практических полезных целях. Тесла, в своё время писал о переносе информационного сигнала с помощью передатчика и приемника, но увлёкшись молниями, дойти до изобретения их практических устройств просто не успел. Резонный вопрос, а что же колеблется в электромагнитных волнах? Отвечу, далеко не углубляясь в ядерную физику, это фотоны – сгустки энергии, обладающие электромагнитным полем, но не обладающие массой. Именно эти свойства позволяют фотонам быть переносчиками энергии. Учёные-ядерщики и дальше "раскладывают" фотоны на составляющие элементы. Мы не будем продолжать этот ход мыслей, пожелаем им успехов, потому что это не по теме статьи. Если Вы противник считать что "эфир", это – электромагнитные волны, тогда попытайтесь принять, что "эфир" это – фотоны, а электромагнитные волны, это по своей сути - направленный поток фотонов.

Источником радиоволны может быть любой электрический проводник, в котором движется переменный электрический ток. На практике, источником радиоволны является высокочастотный генератор, колебательная энергия которого, распространяется в пространство через радиоантенну. Первым действующим источником радиоколебаний, изобретённым человеком и используемым с очевидным и рациональным успехом, был радиопередатчик-радиоприёмник Маркони (или Попова), использующий в качестве высокочастотного генератора – высоковольтный накопитель с искровым разрядником, подключенным на антенну - обыкновенный вибратор Герца.

Свойства распространения электромагнитных волн

Дальность распространения электромагнитной волны зависит от частоты колебания переменного электрического тока (электромагнитного колебания). На частотах от единиц до тысяч Герц, соответствующих звуковому диапазону волн, электромагнитная волна, созданная в пространстве с помощью индуктивности, распространяется на расстояние, не превышающее одного-двух десятков метров, поэтому полезного практического применения не имеет. На частотах от сотен килогерц и выше, что соответствует диапазонам радиоволн, электромагнитная волна способна распространяться более чем на тысячи километров.

Дальность распространения электромагнитной волны так же зависит от мощности протекающего по проводнику тока. Как было указано ранее, низкочастотная электромагнитная волна полезного практического применения не имеет, но зато имеет вредное влияние. В качестве примера вредного влияния можно привести влияние высоковольтной линии электропередач (ЛЭП) с напряжением в несколько десятков тысяч вольт на радиоприёмник проезжающего мимо автомобиля. Вокруг высоковольтных проводов формируется мощное электромагнитное поле, которое значительно превосходит по амплитуде электромагнитные колебания удалённых радиостанций и в приемнике вместо радиостанции слышен низкочастотный гул сетевого напряжения. Другой случай, когда происходит "глушение" радиоприёмника вблизи силовых линий электропередач при сетевом напряжении всего в 380 вольт, но токе свыше 100 ампер. В первом случае у нас большое напряжение, а во втором - большой ток. Из учебника физики средней школы известно, что мощность электрического тока в проводнике связана с напряжением и током через выражение Р=U*I. А чем больше мощность, тем дальше распространение электромагнитного поля и как следствие – электромагнитной волны, образуемой электромагнитным полем. Этим и объясняется влияние мощности на дальность распространения.

Почему волна, про которую здесь пишется, называется электромагнитной? Потому, что она состоит из электрического и магнитного синусоидального колебания. Эти два вида колебаний ориентированы в пространстве друг относительно друга перпендикулярно – ровно на 90 градусов.       Когда электрическая волна "горизонтальна" - сориентирована параллельно линии горизонта, а магнитная волна соответственно "вертикальна" - сориентирована перпендикулярно линии горизонта, тогда говорят, что электромагнитная волна имеет линейную горизонтальную поляризацию.

Когда электрическая волна "вертикальна" - сориентирована перпендикулярно линии горизонта, а магнитная волна соответственно "горизонтальна" - сориентирована параллельно линии горизонта, тогда говорят, что электромагнитная волна имеет линейную вертикальную поляризацию.

Если электрическая волна (соответственно и магнитная волна) имеет наклон относительно линии горизонта – угол не равный нулю или 90 градусов, тогда говорят, что электромагнитная волна имеет линейную наклонную поляризацию.

Существует так же другой вид поляризации, используемый для повышения дальности передачи (приема) и лучшей помехозащищённости радиоприёмной аппаратуры – круговая поляризация – вид поляризации электромагнитной волны, при котором за один период электромагнитного колебания радиоволна делает полный оборот на 360 градусов. Один из видов круговой поляризации – эллиптическая поляризация - "приплюснутая" в одной из плоскостей круговая поляризация.

Все указанные виды поляризации определяются устройством и ориентированием радиоантенны.

Практическая важность поляризации заключается в том, что если радиопередатчик и радиоприемник настроены на одну и ту же частоту, но имеют разную поляризацию, например у передатчика вертикальная, а у приемника – горизонтальная, то радиосвязь будет плохой, или её вообще не будет.

Примером использования поляризации света – как вида электромагнитных колебаний является 3D-кинотеатр. Принцип действия систем 3D-видеоизображения основан на следующем: Фильм снимается на кинокамеры (видеокамеры) разнесённые в пространстве, как два глаза человека. При его показе в кинотеатре, два независимых проектора закрываются поляризационными светофильтрами, точно такие же светофильтры в виде плёнок стоят в очках кинозрителей. Правый проектор и правый глаз зрителя прикрыты светофильтром с вертикальной поляризацией, а левый проектор и глаз – фильтром с горизонтальной поляризацией. Таким образом, правый глаз видит картинку от правого проектора, а левый глаз от левого. В качестве фильтров могут использоваться и другие варианты разделения световых волн, но статья не об этом, поляризация света – один из способов селекции электромагнитных волн.

Электромагнитные волны (радиоволны) распространяются в разных средах с разной скоростью. Скорость распространения радиоволн в вакууме приблизительно равна скорости света 300 000 км/сек. В воздухе радиоволны распространяются с чуть меньшей скоростью, но не на много, поэтому принимается та же цифра – 300 000 км/сек. Поскольку обыкновенная вода обладает электропроводностью, то её поверхность для радиоволн является отражателем, а часть энергии радиоволн тратится на нагрев поверхностных слоев воды. Типичным примером этому является микроволновая печь, разогревающая молекулы воды, содержащиеся в подогреваемой пище. Металлы не пропускают радиоволны, отражая всю энергию электромагнитных колебаний.

Немаловажным, являются свойства радиоволн распространяться в зависимости от их длины волны. Напомню, длина электромагнитной волны связана с частотой колебаний через скорость её распространения в вакууме (скорость света):

где: f – частота, λ – длина волны, с – скорость света, равная 300 000 км/сек.

Радиоволны подразделяются на несколько диапазонов:

Сверхдлинные "СДВ" – частотой 3 – 30 кГц, с длиной волны 100 - 10 км;

Длинные "ДВ" – частотой 30 – 300 кГц, с длиной волны 10 - 1 км;

Средние "СВ" – частотой 300 – 3000 кГц, с длиной волны 1000 - 100 метров;

Короткие "КВ" – частотой 3 – 30 МГц, с длиной волны 100 - 10 метров;

Ультракороткие "УКВ", включающие:

- метровые "МВ" – частотой 30 – 300 МГц, с длиной волны 10 - 1 метра;

- дециметровые "ДМВ" – частотой 300 – 3000 МГц, с длиной волны 10 - 1 дм;

- сантиметровые "СМВ" – частотой 3 – 30 ГГц, с длиной волны 10 - 1 см;

- миллиметровые "ММВ" – частотой 30 – 300 ГГц, с длиной волны 10 - 1 мм;

- субмиллиметровые "СММВ" – частотой 300 – 6000 ГГц, с длиной волны 1 – 0,05 мм;

Диапазоны от дециметровых, до миллиметровых волн, из-за их очень высокой частоты называют сверхвысокими частотами "СВЧ".

Естественно все перечисленные диапазоны радиоволн, как отечественные, так и буржуйские могут подразделяться на поддиапазоны.

Для передачи информации радиоволну необходимо модулировать сигналом содержащим информацию. Длинные, средние и короткие волны обычно имеют амплитудную модуляцию, что на английском звучит - amplitude modulation, и у буржуев обозначаются как - "АМ". Ультракороткие волны обычно имеют частотную модуляцию, что на английском звучит - frequency modulation, и у буржуев обозначаются как - "FМ" (по нашему "ЧМ").

Кроме деления радиоволн на диапазоны необходимо добавить, что в зависимости от направления и путей распространения радиоволн, они бывают поверхностные (земные) (1) – распространяющиеся вдоль земной поверхности от радиопередатчика, до приемника, без использования верхних слоев атмосферы и пространственные (2) – распространяющиеся через верхние слои атмосферы и с отражением от ионосферы (3).

Существует понятие, чем выше длина волны (меньше частота), тем она больше способна огибать препятствия. И наоборот, чем короче длина волны (выше частота), тем прямолинейнее(лучше по прямой) радиоволна распространяется.

Длинные волны способны распространяться вдоль поверхности земли и воды, но едва достигают ионосферы. Это свойство используется для организации связи с морскими судами – связь имеется практически в любой точке моря.

Средние волны распространяются вдоль поверхности земли и воды, а также отражаются ионосферой.

Короткие волны распространяются "скачками", периодически отражаясь от ионосферы и земной поверхности.

Ультракороткие волны и более высокие частоты распространяются прямолинейно, как свет от любого источника света, они не способны изгибаться вдоль земного шара, а ионосфера для них прозрачна.

Простым примером использования длинноволнового диапазона является радиосвязь с подводными лодками. Для того, чтобы не быть замеченной противником выходя на связь с командованием флота, лодка всплывает на очень короткое время. Но если бы волны, используемые для связи с подводной лодкой распространялись бы "скачками", то не в любой точке земного шара была бы связь. А на практике, в каком бы месте земного шара лодка бы не всплыла, связь появляется сразу. Конечно в последнее время с развитием техники, подводные лодки используют различные диапазоны, в том числе космическую связь (через спутники связи) на СВЧ-диапазоне.

Примером использования радиоволн диапазонов УКВ, ДМВ и СМВ является импульсная радиолокация, где свойство прямолинейного распространения радиоволн этих диапазонов используется для точного определения пространственных координат самолётов, стай птиц и других воздушных объектов. Даже проводится разведка погоды – уровня и интенсивности облачности на больших расстояниях.

От одного и того же радиопередающего устройства радиоволны отраженные от земной поверхности могут встретиться с неотражёнными волнами, или волнами, отражёнными от другого участка земной поверхности, или верхних слоёв атмосферы. В этом случае, происходит синфазное сложение радиоволн, или противофазное вычитание. В результате, в вертикальной плоскости пространства образуется изрезанная косекансная диаграмма направленности антенны. При синфазном переотражении радиоволн от земной поверхности на этих участках образуются зоны максимального переотражения – зоны Френеля. Если радиопередатчик имеет всенаправленную антенну (например штыревую), то зоны Френеля будут представлять из себя много колец на поверхности земли различного диаметра, в центре которых находится антенна. Диаметр колец может быть от десятков метров, до нескольких километров.

Для Вашей эрудиции: До военной агрессии в Югославии, американцы придавали большое значение противорадиолокационным ракетам, как средству уничтожения радаров противника. Противорадиолокационная ракета имеет самонаводящуюся радиоголовку, которая наводит ракету на сигнал радара. Но после этой своей миротворческой операции по превращению Югославии в марионеточное государство, они стали перевооружаться на ракеты с тепловыми головками самонаведения. Оказалось, что головки самонаведения противорадиолокационных ракет наводились на зоны Френеля, которые у вращающегося радара всё время меняются, в результате чего вычислитель ракеты не правильно определял координаты радара, и в лучшем случае ракета падала в одну из зон Френеля. Так, купленный у Советского Союза ещё в 80-х годах радар метрового диапазона волн, более 50 суток войны надежно обеспечивал Югославские ПВО информацией о полётах американцев. С его помощью был сбит не один чудо-самолёт-невидимка звёздно-полосатых. А по телевизору как обычно – врали, что американцы потерь не несут.

Сильное влияние на распространение радиоволн оказывают препятствия. Как правило, препятствия обладают отражающим свойством. В качестве препятствий могут выступать различные предметы как природного, так и искусственного происхождения. Как было написано ранее, радиоволны отражаются от земной поверхности. Стоит отметить, что если грунт сильно сухой (например в пустыне), то отражение радиоволн намного хуже, чем когда земля сырая от дождя. Так, расстояние связи у одной и той же аппаратуры связи на море на 50 – 70 процентов больше, чем на суше. Отражают радиоволны деревья и облака. Перечисленные естественные препятствия являются хорошими отражателями, потому, что в их состав входит вода. К искусственным препятствиям, отражающим радиоволны относятся различные металлические конструкции, в том числе арматура зданий и сооружений.

Влияние типа используемой антенны на качество и направленность приема (излучения) радиоволн

Куда и как будет распространяться радиоволна, определяется размерами и формой антенны-излучателя радиоволн. Самой простой радиоантенной является Вибратор Герца. Это элементарный "кубик", который является основой для построения всех типов антенн.

Вибратор Герца – это два проводника, расходящиеся в противоположные стороны от "точки подключения энергии". По своей сути это "развернутый" колебательный контур. Для лучшего излучения радиосигнала, расстояние от конца одного проводника до конца другого должно быть равно половине длины волны излучаемого (или принимаемого) электромагнитного колебания. Это необходимо для того, чтобы на концах вибратора была максимальная разность потенциалов напряжения сигнала, а в центре вибратора – максимальная амплитуда тока. Правда необходимо использовать коэффициент укорочения, который учитывает скорость распространения электрического сигнала по поверхности проводников, которая намного меньше чем в вакууме. В зависимости от частоты сигнала и металла, из которого изготовлен вибратор коэффициент укорочения может быть в пределах от 0,65 до 0,85. То есть вибратор должен быть равен половине длины волны, помноженной на коэффициент укорочения.

Для уменьшения габаритов антенны иногда используется вибратор, по длине равный одной четвёртой длины волны. Могут использоваться и другие соотношения, но при этом, качество приёма (передачи) и направленные свойства антенны изменяются.

Диаграмма направленности полуволнового вибратора имеет форму тороида вращения – форму "бублика". Если вибратор расположить горизонтально относительно земли, то зоны максимального приема (передачи) будут на линии перпендикулярной вибратору, а зоны минимального приема по торцовым сторонам вибратора. Но учтите, это без учёта влияния переотражения от земли. Если учитывать влияние переотражения от земной поверхности, проекция диаграммы направленности антенны (ДНА) вибратора окажется слегка вытянутой в направлениях максимумов.       На рисунке изображены тороид вращения и проекция диаграммы направленности антенны на горизонтальую поверхность с учётом влияния земли.

      Вертикальная штыревая антенна – это видоизменённый вибратор Герца, у которого в качестве одного проводника используется сам штырь, а в качестве другого противовес – кусок свисающего вниз провода, человек, у которого в руках мобильная рация, или поверхность земли. Диаграмма направленности штыревой антенны, это тот же торроид, находящийся в горизонтальной площади, только за счёт отражения от земли торроид приплюснут снизу. Зона максимального приёма будет во все стороны, а минимального – над штыревым вибратором. Зону минимального приема, находящуюся над антенной называют – мёртвая зона, или мёртвая воронка.

В зависимости от соотношения длины штыревой антенны к длине волны, диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости так же изменяется. На рисунке схематично изображено, влияние отношения длины штыря к длине волны на формирование диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Вспомните практическую важность поляризации ЭМВ - если радиопередатчик и радиоприемник настроены на одну и ту же частоту, но имеют разную поляризацию, например у передатчика вертикальная, а у приемника – горизонтальная, то радиосвязь будет плохой. К этому стоит добавить диаграмму направленности штыревой антенны, и тогда на примере двух радиотелефонов - переносных радиостанций (1 и 2) изображённых на рисунке ниже, можно сделать логическое заключение:

Если антенны радиопередатчика и радиоприемника ориентированы в пространстве относительно горизонта одинаково и диаграммы направленности антенн максимумами направлены друг на друга, то связь будет наилучшей. Если не выполняется одно из указанных условий, то связи либо не будет, либо она будет плохой.

На дальность радиосвязи также влияет ещё один параметр – толщина элементов вибратора, чем она больше, тем антенна широкополоснее – диапазон хорошо принимаемых частот шире, но уровень сигнала практически на всех частотах уменьшается. Это связано с тем, что дипольная антенна – это тот же колебательный контур, а при расширении полосы частот АЧХ резонанса, амплитуда резонанса уменьшается. Поэтому не удивляйтесь, что телевизионная антенна, сделанная из пивных алюминиевых банок в городе, где уровень сигнала телевизионной вышки большой, принимает телевизионный сигнал разных каналов не хуже, а зачастую лучше сложной профессиональной антенны.

Хорошие профессиональные радиоантенны обладают показателем – коэффициентом усиления антенны. Ведь обычный полуволновой вибратор не усиливает сигнал, его действие избирательно – на определённой частоте, в определённых направлениях и определённой поляризации. Чтобы в приемнике было меньше помех, увеличить дальность приема-передачи, одновременно при этом сузить диаграмму направленности антенны (общепринятое название - ДНА), простой полуволновой вибратор не годится. Антенну усложняют.

Ранее, я писал о влиянии различных препятствий - их отражательном свойстве. Если препятствие по своим размерам не соизмеримо (на порядок меньше) с длиной радиоволны, тогда это не является для радиосигнала препятствием, оно никак на него не влияет. Если препятствие находится в плоскости параллельной электрической волне и больше длины волны, тогда это препятствие отражает радиоволну. Если препятствие по протяженности кратно (равно четверти, половине или целой) длине волны, сориентировано параллельно электрической волне и перпендикулярно направлению распространения волны, тогда это препятствие действует как резонансный колебательный контур на целой длине волны или её гармониках, и имеет наибольшие отражательные свойства.

Именно эти описанные выше свойства и используются в сложных антеннах. Так, один из вариантов улучшения приемных свойств антенны является установка дополнительного рефлектора (отражателя), принцип действия которого основывается на отражении радиоволны и синфазного сложения двух сигналов – от телецентра (ТЦ) и от рефлектора. Диаграмма направленности при этом сужается и вытягивается. На рисунке изображена антенна, состоящая из петлевого полуволнового вибратора(1) и рефлектора(2). Длина вибратора (А) этой телевизионной антенны выбирается равной половине длины волны среднего телевизионного канала, помноженную на коэффициент укорочения. Длина рефлектора (Б) выбирается равной половине длины волны минимального телевизионного канала (с максимальной длиной волны). Расстояние между вибратором и рефлектором (С) выбирается таким, чтобы происходило синфазное сложение прямого и отражённого сигнала – половине длины волны.

Следующий способ дальнейшего усиления приемного сигнала путём сужения и вытягивания ДНА – добавление пассивного вибратора – директора. Принцип действия всё на том же синфазном сложении. Диаграмма направленности при этом ещё сильнее сужается и вытягивается. На рисунке изображена антенна "волновой канал", состоящая из рефлектора (1), петлевого полуволнового вибратора (2) и одного директора (3). Дальнейшее добавление директоров ещё сильнее сужает и вытягивает диаграмму направленности. Длина директоров (В) выбирается чуть меньше длины активного вибратора. Для увеличения коэффициента усиления антенны и её широкополосности, перед активным вибратором добавляются директоры с постепенным уменьшением их длины. Обратите внимание, что длина активного вибратора равна половине средней длине волны принимаемого сигнала, длина рефлектора – больше половины длины волны, а длина директора – меньше половины длины волны. Расстояния между элементами выбирается также около половины длины волны.

В профессиональной технике часто применяется способ сужения ДНА и повышения усилительных свойств антенны – фазированная антенная решётка, в которой параллельно подключается несколько антенн (например простых диполей, или антенн типа "волновой канал"). В результате происходит сложение токов соседних каналов, и как результат – повышение мощности сигнала.

На сверхвысоких частотах в качестве вибратора антенны применяют волновод, а в качестве рефлектора применяют сплошное полотно, все точки которого равноудалены от плоскости вибратора (на одинаковом расстоянии) – параболоид вращения, или в простонародье – "тарелка". Такая антенна обладает очень узкой диаграммой направленности и высоким коэффициентом усиления антенны.

Выводы на основе распространения и сложности формирования радиоволн

Как и куда распространяются радиоволны можно рассчитать с помощью умных формул и преобразований только для идеальных условий – при отсутствии естественных препятствий. Для этого, элементы антенн, различные поверхности должны быть идеально ровные. На практике, из-за влияния многих факторов преломления и отражения, ещё ни один "учёный мозг" не смог с высокой достоверностью рассчитать распространение радиоволн в естественных природных условиях. Существуют области пространства уверенного приема и зоны радиотени – там, где прием вовсе отсутствует. Только в кино альпинисты не отвечают на вызов по радиосвязи потому, что у них заняты руки, или они сами заняты "спасением мира", на самом деле радиосвязь – дело не устойчивое и чаще альпинисты не отвечают потому, что связи просто нет – отсутствует прохождение радиоволн. Именно зависимость радиосвязи от природных явлений (дождь, низкая облачность, разряженность атмосферы и т.д.) привела к возникновению понятия "радиолюбитель". Это сейчас понятие "радиолюбитель" – человек, который любит паять радиосхемы. Лет двадцать назад это был "связист-коротковолновик", который на изготовленном своими руками маломощном трансивере связывался с другим радиолюбителем (или по другому - радиокорреспондентом), находящимся на другой стороне Земли, за что получал "бонусы". Раньше даже проводились соревнования по радиосвязи. Нынче тоже проводятся, но с развитием техники это стало не так актуально. Среди этих радиолюбителей-связистов есть много недовольных тем, что обыкновенные "паялы", не сидящие в наушниках в поисках радиокорреспондентов для организации радиообмена, называют себя радиолюбителями.

                                          Самое популярное на сайте за декабрь

Что такое электрический ток?

Графическое обозначение радиоэлементов на схеме. Основные элементы

Выбор сечения кабеля проводки электрической сети

Биполярный транзистор, расчёт транзисторного каскада

Простые стабилизаторы напряжения и их расчёт

Самое новое на сайте

Технический шпионаж. Часть 3.

Технический шпионаж. Часть 2.

Технический шпионаж

Отчёт о деятельности за 2017 год

www.meanders.ru

Радиосистемы. Часть 1 | Live Sound Journal

Радиосистемы. Часть 1

 

Этот материал дает простое понимание по основным вопросам, из-за которых возникают от 80 до 90% проблем с беспроводными системами, и представляет решения, подходящие для большинства этих случаев. Однако имейте в виду, лучшее решение – избегать проблем с самого начала. Конечно, это не гарантирует безотказной работы, но шансы значительно возрастают.

Данное собрание знаний о радиосистемах представлено высококвалифицированными профессионалами, список которых возглавляет Гарри Стэнфилл, работающий с радиосистемами, и смежными с ними технологиями более 40 лет. Наша искренняя благодарность Гарри и всем, кто внес свой вклад в написание этого материала, состоящего из трех частей.

Часть 1. Основы работы

Любому, кто хотя бы раз пользовался радиомикрофоном, не нужно объяснять его преимущества. Отказ от кабелей позволяет сосредоточиться на послании, которое нужно донести, вместо того, чтобы обращать внимание на механику доставки этого послания (никаких доставучих проводов под ногами). Тем не менее — беспроводные системы могут быть немного загадочными, особенно для тех пользователей, кто испытывал с ними проблемы, возникшими по неясным для него причинам.Самый простой путь к пониманию беспроводных систем – думать о них, как о маленьких теле- или радиовещательных станциях: передатчик посылает сигнал, который ловится приемником. По ряду причин (размер, вес, емкость батарей и государственное регулирование) беспроводные системы работают на довольно малой мощности и поэтому имеют ограниченную дальность действия.

Радиомикрофон (ручной, с оголовьем, или петличный) — суть передатчик, состоящий из микрофонного капсюля, электронной схемы обработки звука, и антенны, как правило, встроенной в корпус. Он отправляет радиосигнал к совместимому приемнику, у которого также есть антенна, схема выбора и обработки сигнала, с которой впоследствии сигнал отправляется по кабелю в звуковую систему.

Приемник и передатчик радиосистемы должны быть настроены на одну и ту же частоту. Все остальные радиосистемы должны быть таким же образом настроены на свои собственные частоты. Если две беспроводных системы в одном и том же месте делят одну и ту же частоту, получится ужасный шум.

То же самое случается, если на той же частоте работают и другие передатчики, особенно — телевизионные станции. Так как их передатчики излучают очень мощный сигнал, они являются распространенной причиной помех для радиосистем. Даже если нужная радиосистеме частота свободна в данном, конкретном месте, каждая частота используется много раз, если учитывать масштаб страны. Опять-таки, это всё происходит из-за малой мощности передатчика сигнала в радиосистеме.

Имейте, однако, в виду, что нет абсолютной гарантии того, что свободная в этом месте частота будет так же свободна везде, даже в пределах города. Эта черта беспроводных систем иногда озадачивает пользователей; правительство следит за проблемами с высокомощными сигналами коммерческого вещания, но пользователи маломощных беспроводных систем сами несут ответственность за предупреждение подобных проблем в своей работе.

К счастью, многие радиосистемы (разработанные в последние 15 лет или около того) предлагают некоторую степень свободы в настройке частоты (так называемый «выбор частот»). Это значит, что пользователь может выбирать рабочую частоту из числа доступных вариантов, от 4-х и, до более 1 000 частот, в зависимости от модели.

Чем больше частот беспроводная система предлагает, тем выше шансы найти свободную, которую в этом месте ещё никто не занял. Более того, в больших городах, где больше частот занято многочисленными пользователями, особенно важна возможность выбирать из как можно большего числа вариантов частот.

Наличие множества свободных частот также помогает пользователям радиосистем избежать другой потенциальной проблемы: пассивной интермодуляции. Она возникает, когда частоты двух передатчиков (любого типа) «объединяются» в приемнике, производя дополнительные шум и помехи на соседних частотах. Чаще всего интермодуляция вызывается сочетанием частот двух телевизионных передатчиков, или телепередатчика и трансмиттера радиосистемы.

Так как источник интермодуляции находится вне контроля пользователя беспроводной системы, выбор сужается до смены рабочей частоты радиосистемы. Это ещё одна причина выбрать беспроводную систему, оснащенную возможностью выбора большого количества частот.

По закону (в США) радиосистемы могут работать в диапазонах телевизионных каналов, которые не используются в данном регионе. Если беспроводная система вызывает помехи у телезрителей в этой местности, (что может случиться при низком уровне телевизионного сигнала), на эти помехи, скорее всего, пожалуются, привлекая к пользователю радиомикрофонов нежелательное внимание со стороны правоохранительных органов.

Значит, для использующего радиосистемы человека жизненно необходимо иметь на руках список частот телеканалов, вещающих в месте его работы, чтобы не пересекаться с ними. Несмотря на то, что многие беспроводные системы могут «автоматически» выбирать частоту или сканировать локальную активность в радиоэфире, всё-таки возможно попасть в частоту телеканала и заработать неприятности на свою голову.

Радиосистемы доступны в диапазонах “VHF” и “UHF” (соответственно — метровый и дециметровый диапазоны) строго соответствующие частотам телеканалов с 7 по 13 в метровом и с 14 по 69 в дециметровом диапазонах. Вопрос — какой диапазон лучше, в достаточной степени решен производителями беспроводных систем, которые в основном, предлагают системы UHF-диапазона (дециметрового).

Дополнительные диапазоны, в которых работают радиомикрофоны, включают в себя: «диапазон 944 МГц» — от 944 до 952 МГц. Этот диапазон зарезервирован исключительно для радиовещателей. Некоторые радиомикрофоны используют диапазон промышленной, научной и медицинской радиосвязи (от 902 до 928 МГц), который не требует лицензирования. Ну и наконец — 2,4 ГГц, ещё один нелицензированный диапазон, используемый производителями беспроводных систем.

Хотя классический дециметровый диапазон для телевещания занимает все каналы вплоть до 69-го, каналы с 52 по 69 (от 698 до 806 МГц) были переведены на нетелевизионное использование – федеральная комиссия связи при правительстве США разделила этот диапазон и распродала на торгах различным компаниям под беспроводные устройства для потребительского рынка. Таким образом, отныне использовать радиомикрофоны в этой полосе частот противозаконно. Даже если радиосистема многие годы беспроблемно работала в этом диапазоне, теперь это нелегально.

Из-за всех этих соперничающих в эфире сигналов в обоих, VHF и UHF-диапазонах, даже высококачественные беспроводные системы попадают в неприятности, когда рабочее расстояние составляет около 100 футов (30 метров) от передатчика до приемника. Проблемы дальности приема проявляются в шипении и шуршании, за которыми следует полная потеря звукового сигнала (выпадение).

В дополнение к низкой мощности передатчика рабочую дистанцию беспроводных систем ограничивают две другие проблемы. Первая – это поглощение радиосигнала конструкциями здания, оборудованием, или экранирование сигнала металлическими объектами вроде электропроводки, воздуховодов, железных шкафчиков, и т.п. находящимися между трансмиттером и ресивером.

Часто применяется идея «прямой видимости», согласно которой путь сигнала от передатчика к приемнику должен быть открыт и свободен от препятствий. Если проще, то это значит, что поглощение радиосигнала, скорее всего, будет небольшим, если человек с радиомикрофоном в руке может видеть антенны приемника.

Вторая проблема, называемая multipath — явление, в результате которого появляются многочисленные зоны сложения и вычитания сигнала. Это происходит из-за отражений радиосигнала от препятствий и фазовой нейтрализации, часто возникающих на довольно коротких расстояниях между трансмиттером и ресивером.

Чтобы преодолеть эту проблему, большинство современных беспроводных приемников использует технику разнесенного приема (diversity). Эта технология использует две немного разнесенные в пространстве антенны, что делает маловероятной ситуацию, когда обе антенны одновременно окажутся в зоне слабого сигнала.

Приёмник автоматически выбирает антенну с наиболее сильным сигналом, не только решая проблему пространственной интерференции, но и увеличивая дистанцию уверенного приема радиосистемы.

Заключительное замечание: многие пользователи были удивлены (вопреки россказням об обратном), узнав, что правительство США предписывает лицензировать радиосистемы перед вводом в эксплуатацию. К сожалению, реформы в федеральной комиссии связи, выпускающей эти лицензии, осложняют стремление добросовестных пользователей соответствовать требованиям законодательства.

В итоге, конечно, подавляющее большинство пользователей не попадают в неприятности. Но имейте в виду — нелицензированная беспроводная система это нарушение правил федеральной комиссии связи, следовательно – теоретически, это может повлечь за собой штрафы. На практике, у ФКС нет ни ресурсов, ни намерения гоняться за «среднестатистическим» пользователем радиомикрофонов, так что риск невелик. Но, он не нулевой. В связи с недавними изменениями в распределении частот этот вопрос вновь пересматривается.

Похоже, что ФКС собирается упростить процедуру регистрации радиосистем для таких пользователей, как церкви, театры, музыканты и др. Это полезно, особенно в том случае, когда в том же частотном диапазоне, который мы используем в данный момент, появляются все новые и новые устройства бытовой электроники.

Продолжение следует.

По материалам профессиональной прессы. Перевод Игорь Бурлак.

Часть 2.Часть 3.

livesoundjournal.ru


Смотрите также