Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Радиоволны - это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Колебательный контур используют как источник электромагнитных волн. Для эффективного излучения контур "открывают", т.е. создают условия для того, чтобы поле "уходило" в пространство. Это устройство называется открытым колебательным контуром - антенной.

Радиосвязью называется передача информации с помощью электромагнитных волн, частоты которых находятся в диапазоне от

до

Гц.

4.1. Понятиеорадиотракте,егоосновныесвойства

Для передачи по радиотрактусообщение преобразовывается в первичныйэлектрический сигнал.Взависимостиотхарактерасообщения первичныесигналымогутбытьнепрерывнымиилидискретными.

Непрерывные сигналыпринимаютлюбыезначенияпосостояниямв некотороминтервале.Типичнымпримеромнепрерывных сигналовявляются аудио-ивидеосигналытелевидения:ихамплитуданепрерывноменяетсяво временивпределах±Umах.

Дискретныесигналыпринимаютконечноечисловполнеопределенных

значенийпосостоянию.Наиболееобщимпримеромдискретных сигналов могутслужитьприменяемыевцифровойтехникесигналысдвумяуровнями- логическаяединицаи логическийноль.

Первичныйэлектрическийсигналимеетнизкочастотныйхарактер:онможет бытьнепосредственнопереданнымпо проводнымлиниямсвязи,ноне может эффективноизлучатьвсредураспространениерадиоволн,посколькуочень сложносоздатьизлучатели,соизмеримые сдлинойволнысигнала. Следовательно, дляпередачипорадиопервичныйсигналдолженбыть преобразованввысокочастотный. Сэтойцельюиспользуются высокочастотныегармонические колебания,одинилинесколькопараметров которых (амплитуда,частотаилифаза)подвергаются модуляции,т.е. изменению,прямопропорциональному значениямпервичногосигнала. Модуляциювысокочастотных колебанийдискретнымисигналамиобычно называютманипуляцией.

Радиотрактобразуетсясовокупностьютехнических средствисреды распространениярадиоволн,покоторойобеспечивается передача радиосигналанарасстояние.Радиотрактхарактеризуется некоторыми особенностями.

Во-первых, он может обладать очень большим затуханием, достигающим нередко140-160дБ.Приемнаяаппаратурадолжнаиметь коэффициентусилениянеменьше1010~~1014 помощностии105~107 по напряжению.

Во-вторых,затуханиерадиотрактаоказывается переменнымвшироких пределах.Напряженность поляэлектромагнитнойволнывточкеприема обратнопропорциональна квадратудлиныпути,совершенногоею.Поэтому изменение уровня сигнала на входе приемной части радиотракта в результатеизменениярасстоянияведениярадиосвязиможетдостигать100-

120дБ.Большиеизмененияуровнясигналанаблюдаются приведении радиосвязи междуподвижнымиобъектами,еслииспользуются ультракороткиеволны,распространение которыхсущественнозависитот рельефаместности.

В-третьих,затуханиерадиотрактаоказывается переменным всилу изменчивости параметровземнойатмосферы.Этоизменениенаблюдаетсяв большей степени в диапазоне коротких волн при ведении связи отраженнымиотионосферыволнами.

В-четвертых,средараспространениярадиоволнявляетсяобщейдлявсех существующихсредстврадиосвязи, телерадиовещания,радионавигациии т.д.Иэтообстоятельство приводитктому,чтопотребностьвнекоторых участках превышаетихфизическую емкость.Отсюдалегкосделатьвыводо неизбежности взаимных помех,источникикоторыхмогутбытьприродного илиискусственного происхождения. Искусственныепомехимогутбытьи преднамеренногохарактера,особеннопри ведениивоенныхдействий.

В-пятых,радиотрактвноситискажениявпередаваемый сигнализ-за ограниченияегоспектрачастот.

Итак,радиотракт(вотличиеотпроводногоканала)характеризуется,с однойстороны,широкимдиапазономмедленныхибыстрых изменений затухания,сдругой-действием большогоколичествапомехотвнешних источников.

Длятого,чтобыограничитьискажениесигналов,передаваемых по радиотракту, последнийдолженобладатьопределенными техническими характеристиками,связаннымисвидамипередаваемыхсигналов.

Необходимаяполосачастот -этоминимальнаяполосачастотданного классарадиоизлучения, достаточнаядляпередачисигналастребуемой скоростьюикачеством.Ширинаэтойполосыопределяетсяширинойспектра передаваемого радиосигналаиучитываетвозможнуючастотную нестабильностьаппаратуры.

Амплитудно-частотная характеристика(АЧХ) -этозависимость амплитудыилиуровнясигналанавыходерадиотракта отчастотывходного синусоидального сигналапостояннойамплитудыилиуровня.Эта характеристика отражаетстепеньвлияниярадиотрактанаамплитудные соотношениясоставляющихспектрарадиосигнала.

Фазочастотнаяхарактеристика(ФЧХ)- этозависимостьсдвигапо фаземеждугармоническимиколебаниями навыходеивходерадиотрактаот частотыгармонических колебанийнаеговходе.Искаженияотсутствуют, когдавсесоставляющиеспектрасигналанавыходерадиотрактазапаздывают на одинаковоевремя.

Амплитудная характеристика(АХ)— этозависимость амплитуды (уровня)сигналанавыходерадиотрактаотамплитуды(уровня)сигналана его входепринеизменнойчастотевходногосигнала.

Всеперечисленныехарактеристики определяютсякакаппаратурной частьюрадиотракта,такичастью,определяемой средойраспространения радиоволн.

4.2. Техникарадиотрактаиобщиепринципыегопостроения

Дляпередачирадиосигналов порадиотрактувпунктепередачи необходимоиметьрадиопередающееустройство, авпунктеприема- радиоприемноеустройство.

Радиопередающее устройство -этотехническоеустройство,состоящее израдиопередатчикаиантенно-фидернойсистемыипредназначенноедля передачисигнала.

Аналогичноеопределениеможнодатьи радиоприемномуустройству. Передатчиквыполняеттриосновныефункции:во-первых,преобразует

первичныйэлектрическийсигналввысокочастотныйсигналзаданноговида, во-вторых, формируетчастотныйдиапазон сзаданнымчисломрабочих частот,и,в-третьих,сообщаетрадиосигналу заданнуюмощностьзасчет местногоисточникаэнергии.

Фидерантенно-фидерногоустройства обеспечиваетпередачуэнергии сигналав антенну, излучающуюеевзаданномнаправлении.

Радиоприемное устройство включаетвсебяантенно-фидер-ноеустройствои радиоприемник.

Приемнаяантеннапринимаетэнергиюэлектромагнитныхволн,которая спомощьюфидераподводитсяковходуприемника.

Вприемнике полезный сигналотделяется отпомех,усиливается, преобразуетсявпервичныйэлектрический сигнал,необходимыйдля обеспеченияработыоконечнойаппаратуры.

Комплекс аппаратуры, предназначенный для ведения радиосвязи из

одногопункта,обычноназываютрадиостанцией(рис.В.1).

Рис.4.1.Комплекстехническихсредстврадиотракта

Дляудобстварассмотренияэксплуатационныхвозможностейипринципов построения техникирадиосвязиприбегаюткклассификационномуделениюих понаиболеехарактернымпризнакам.

1.Назначение - определяет область их возможного применения по дальностидействия(ближняя-дальность связисоставляет десятки километров,дальняя-от10и болеекилометров).

2.Принцип использования - автономные и централизованные радиостанции.

3.Мобильность-определяетстепеньподвижностисредстврадиосвязи. Радиостанциимогутбытьстационарными, т.е.являтьсяоборудованием стационарных приемныхипередающихрадиоцентров,иподвижными- носимымии возимыми,смонтированнымивподвижныхобъектах.

4.Диапазон частот - в зависимости от используемого частотного диапазонарадиостанции могутбытьультракоротковолновыми, коротковолновыми,средневолновымии т.д.

5.Видырадиосигналов-телеграфсразличнымивидамиманипуляции, телефонсразличнымивидамимодуляции, сигналырадиоителевизионного вещания,данныеи др.

6.Режим работы - симплексный и дуплексный (симплексный режим предполагает поочередную работурадиостанциинаприемипередачу, дуплексный-одновременную(независимую)).

7.Мощность передатчика - один из параметров радиостанции, обеспечивающий определенную степеньнадежностиведениярадиосвязи. Мощностьпередатчикавыделяетсяизостальныхпараметроввсилутого,что онаопределяет,восновном,мощность итиппервичного источникатока, габариты радиостанции и еемобильность. Приемо-передающие радиостанциибываютмалой,среднейибольшой мощности.Условнок маломощным радиостанциямотносятрадиостанциисмощностью передатчикадо100Вт,крадиостанциямсреднеймощностиот100Втдо1

кВти крадиостанциямбольшоймощности-свыше1кВт.

8.Степень автоматизации - радиостанции могут быть неавто-матизированнымииавтоматизированными. Некоторыесовременные радиостанциимогутавтоматическиперестраиваться назаранее подготовленные частоты,другие-налюбуючастотубезпредварительной подготовки,т.е. иметьразличныестепениавтоматизации.

4.З. Распространениерадиоволнразличныхчастотных диапазонов

Радиоволны,излучаемыеизточкипередачи,могутраспространятьсяв атмосфере,вдольповерхности земли,втолщеземлиивкосмосе.Приэтом различаютследующиеспособыраспространениярадиоволн.

Воднороднойилислабонеоднородной средерадиоволныпопадаютв пунктприемапопрямолинейным илиблизкимкнимтраекториям.Такие волныбудутназыватьсяпрямыми.Радиосвязь прямойволной(илипрямым лучом)можетосуществляться лишьприналичиипрямой(или геометрической) видимостимеждуантеннамикорреспондентов.При расположении антенн корреспондентов вблизи земной поверхности дальностьпрямойвидимостиограниченасферичностью инеровностями рельефаземнойповерхностиисоставляет несколько десятковкилометров. Прирадиосвязи наболеезначительныерасстояниярадиоволныпопадаютв пунктприемавследствие дифракции, рефракции,отраженияирассеяния радиоволн.Поддифракциейпонимаютспособность волнискривлять свой путь и огибать препятствие. Дифракция волн наблюдается только тогда, когдаразмерыпрепятствийодногопорядкас длиной волны. Подрефракцией понимают искривление радиолуча в тропосфере (одной из частей атмосферы) иотклонениеегокземле,чтоведеткувеличению дальности связи.

Еслирадиоволныраспространяютсявдольземнойповерхности,тонавсем путидвиженияпроисходитпоглощениеэнергиивполупроводящей земле.К этомудобавляетсяослаблениеволныиз-задифракциинавыпуклости земли. Радиоволны,распространяющиеся вблизиземнойповерхностиичастично огибающиееезасчетдифракции,будемназыватьземными радиоволнами. Дальность связиземнойволнойизмеряетсясотнямикилометровизависитот длиныволны,мощностирадиопередающегоустройства,поляризацииволныи электрическихпараметровповерхностиземли.

Радиосвязь,осуществляемая нарасстояниядоиболее1000км,может происходить приотраженииволныотионосферы(такжесоставнойчасти атмосферы) иземли.Ионосфераспособнаотражатьрадиоволны длиннее примерно10м.Радиоволны,распространяющиеся приотраженииот ионосферыилирассеяниивней,будемназыватьионосфернымиволнами.

Нараспространение радиоволнкороче10мсущественноевлияние оказываеттропосфера.Радиоволны,распространяющиеся нарасстояния значительно большейдальностипрямойвидимостизасчетрассеянияв тропосфереиеенаправляющего действия,называютсятропосферными. Практическое значениеимеетраспространениетропосфернойволнына расстояния600-1000км.

Частотыэлектромагнитных колебаний,применяемыхвсовременных устройствах радиосвязи,занимаютстольобширнуюобласть,чтоусловияих распространения существенноразличаются.Поэтомурадиоволныделятна ряддиапазоновпочастотамтак,чтовнутрикаждогодиапазонаприродные условияраспространенияостаютсяотносительнооднообразными(табл. В.1). Мириаметровыеикилометровыеволны(СДВиДВ) могутраспространяться икакземные,икакионосферные. Наличиеземнойволны, распространяющейся насотниидажетысячикилометров,объясняетсятем, чтонапряженностьполяэтихволнубывает срасстояниеммедленно,таккак поглощениеихэнергииземнойиливоднойповерхностью невелико. Глобальные связи на СДВ и ДВ осуществляются ионосферой и земной

поверхностью.СДВиДВобладаютсвойствомпроникатьвтолщуводы,а такжесвойствомраспространениявнекоторыхструктурах почвы.Исполь-зованиеэтихволндляведениясвязинесколько затруднено.Во-первых, геометрическиеразмерыантенны должныбытьсоизмеримысдлинойволны, чтоневсегдавыполнимо.Низкуюэффективность антеннкомпенсируют мощностью передатчика(до100кВтиболее).Во-вторых,рассматриваемые участкидиапазонаобладают самойнизкойчастотной емкостью. Практическиеобластиприменения СДВиДВ-этосвязьсподводными объектами,связьпоглобальныммагистральнымлиниямиподземнаясвязь.

Помехи,существенновлияющиена связь,отсутствуют.

Гектометровые или средние волны (СВ) испытывают большее поглощениеприраспространениивдольземнойповерхности,чемСДВиДВ. ПоэтомудальностьсвязинаСВвдневное времялетомвсегдаограничена,так каконавозможна лишьземнойволной.Вночноевремялетомивтечение большейчастисутокзимойдальностьсвязи,обеспечиваемой ионосферной волной,резко увеличивается.АнтенныеустройствадляСВимеютприемлемые габариты.Частотнаяемкостьэтогоучасткадиапазоназначительновыше,чем

СДВиДВ.Средневолновые радиостанциичащевсегоприменяютсяв арктическихрайонахкакрезервныевслучае потерисвязинакоротковолновом диапазоне.УчастокСВширокоиспользуетсядляработырадиовещательных станций.

Декаметровыеволны(KB)занимают особоеположение.Онимогут распространятьсяи какземные,икакионосферныеволны.Земныеволныпри относительнонебольшихмощностяхпередатчиковмобильныхрадиостанций распространяются нарасстояния,непревышающиенесколькихдесятков километров,таккаконииспытываютзначительное поглощениевземле. Ионосферныеволныиз-замногократного отраженияотионосферыпри благоприятныхусловияхмогутраспространятьсянаскольугоднобольшие расстояния.Частотнаявместимость КВ-диапазоназначительнобольше,чем предшествующихдиапазонов, чтообеспечиваетвозможностьодновременной работыбольшогочисларадиостанций.АнтенныKBрадиостанций при относительнонебольших габаритахдостаточноэффективны.Существенное снижениекачестваКВ-радиосвязи ионосферными волнамипроисходитиз-за замираниясигналов.Природазамираний восновномсводитсяк интерференции несколькихприходящихкместуприемапоразным траекториямлучей.Существуютидругиепричиныпоявлениянесколькихлучей вточкеприема.

Многолучевость всочетаниисфлуктуациямипараметров ионосферы приводитктому,чтохарактеристикирезультирующегополясигналавместе приеманепрерывно меняютсяиприемкороткихволнсопровождается быстрыми(0,1-1с)имедленнымиизменениямиуровнясигналанавходе приемника-замираниями.

Несмотрянацелыйрядпричин,приводящихкнеустойчивостирадиосвязи, онанаходитширокоеприменениеиз-завозможностиорганизациипрямойсвязи натрассахразличнойпротяженностипрималыхэнергетическихзатратах.

Ультракороткие волнывключаютвсебярядучастковчастотного диапазона,обладающихогромнойчастотнойемкостью.ЭнергияУКВсильно

поглощаетсяземлей,поэтомуземнаяволнадовольнобыстрозатухает.Для УКВнесвойственно регулярноеотражениеотионосферы,следовательно, можнорассчитывать наиспользованиеземнойволныиволны, распространяющейся всвободномпространстве.Дальностьсвязи поверхностными волнамиУКВдиапазонаневеликанетольковсилу большогопоглощения ихэнергии,ноипотому чтоэтиволнынеобладают выраженными свойствамидифракции,т.е.свойствамиогибатьнеровности рельефаместности.

ПоглощениеэнергииУКВвземлекомпенсируется повышением эффективности антенн,таккакихразмерыстановятсятогожепорядка,чтои длинаволны.Поэтомуприналичиигеометрической видимостимежду пунктамисвязьможетподдерживатьсяприотносительно малоймощности радиостанций.УКВ-диапазонобладаетнаибольшей частотнойемкостьюи можетиспользоватьсяодновременнооченьбольшимчисломрадиостанций, темболеечтодальностьвзаимноговлияниямеждуниминевелика.

ПониженныйуровеньпомехвУКВ-диапазонепозволяет иметь высококачественныеканалыпередачиинформации.Исключительное значение приобретают ультракороткие волныдлясвязивсвободномпространстве междуподвижнымиобъектамиивсистемах

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: