Виды радиоволн и их применение

Применение радиоволн в повседневной жизни

В настоящее время, когда прогресс не стоит на месте, постоянно усовершенствуется бытовая техника и вместе с этим в нашу жизнь входят новые бытовые приборы. К таким приборам можно отнести сотовые телефоны, спутниковое телевидение, микроволновые печи, лечебная аппаратура, а вместе с ними в нашу жизнь вошли радиоволны.

Радиоволнам было найдено разное применение во многих сферах жизнедеятельности. Хотя мы их и не видим, но они могут видеть очень многое. Например, радиоволны применяют в радиолокации. Благодаря подобным устройствам мы можем наблюдать предметы на большом расстоянии, их ещё называют гидролокаторы. В повседневной жизни мы также часто встречаемся с такими устройствами. Например, радар у милиционера, который направляет его на машины, чтобы измерить её скорость. Вообще во многих сферах деятельности можно встретить приборы, работающие на радиоволнах, но имеющие разные названия и применение. Например, у строителя или геодезиста прибор может называться «дальномер», у рыбака называется «эхолатор». Сразу возникает вопрос, «что же лежит в основе работы этих устройств?» А принцип работы заключается в том, что когда волна встречает препятствие, то она отражается. Антенны с большой скоростью в виде импульса излучают сигнал. Этот сигнал рассеивается и на пути своем встречает различные преграды, от которых он частично отражается и возвращается обратно. Специальный прибор подсчитывает вернувшуюся энергию и по её характеристиках выдает точную информацию об объекте.

Радиоволны открыты ещё в 19 веке, их наблюдал Герц в своих экспериментах, первые испытания прошли уже в 20 веке в Ленинграде. В зависимости от назначения, подобное оборудование можно применять в разных целях, например – радары применяют как в военных, так и в гражданских целях. Исследование радиоволн в различных диапазонах проводилось и проводится до сих пор, изобретения в сфере беспроводной передачи данных на большие дистанции позволили адаптировать радиоволны для домашнего использования. В данный момент спутниковое телевидение с успехом использует беспроводную передачу радиосигнала в KU-диапазоне. В обычном, гражданском использовании, радиочастоты встречаются везде, очень большое применение радарам нашли в аэрофлоте. Наверняка все видели крутящуюся тарелку в аэропортах, она и является помощником для диспетчера, который дает указания пилотам. Ведь благодаря ей диспетчер видит, с какой скоростью движется самолет, на какой высоте и с какой стороны. В настоящее время многие летательные, плавающие и ездящие аппараты имеют такое устройство, ведь это его глаза и уши. С развитием техники радиолокаторы тоже не стоят на месте, они видоизменяются, приобретают новые возможности, короче они усовершенствуются. Обработка сигнала и управление также усовершенствуются, что позволяет получать данные с высокой точностью. Да и изображение на экран со спутниковой картой местности стало возможно наблюдения и сопровождения конкретного объекта. Единственное, что не изменилось, это принцип работы радиолокации.

Виды радиоволн и их распространение

Мы уже рассмотрели основные свойства электромагнитных волн, их применение в радио, образование радиоволн. Теперь познакомимся с видами радиоволн и их распространением.

Форма и физи­ческие свойства земной поверхно­сти, а также состояние атмосферы сильно влияют на распространение радиоволн.

Особенно существенное влияние на распространение радиоволн ока­зывают слои ионизированного газа в верхних частях атмосферы на вы­соте 100—300 км над поверхностью Земли. Эти слои называют ионосфе­рой. Ионизация воздуха верхних слоев атмосферы вызывается элек­тромагнитным излучением Солнца и потоком заряженных частиц, излу­чаемых им.

Проводящая электрический ток, ионосфера отражает радиоволны с длиной волны > 10 м, как обычная металлический пластина. Но способ­ность ионосферы отражать и поглощать радиоволны существенно меняется в зависимости от времени су­ток и времен года.

Устойчивая радиосвязь между удаленными пунктами на земной поверхности вне прямой видимости оказывается возможной благодаря отражению волн от ионосферы и способности радиоволн огибать выпуклую земную поверхность. Это огибание выражено тем сильнее, чем больше длина волны. Поэтому радиосвязь на больших расстояниях за счет огибания волнами Земли оказывается возможна лишь при длине волн, значительно превышающей 100 м (средние и длинные волны)

Короткие волны (диапазон длин волн от 10 до 100 м) распространя­ются на большие расстояния только за счет многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли. Именно с помощью корот­ких волн можно осуществить радиосвязь на любых расстояниях между радиостанциями на Земле.

Ультракороткие радиоволны (λ Земли. Поэтому они используются для радиосвязи между пунктами в пределах прямой видимости, а также для связи с космическими кораб­лями.

Теперь рассмотрим еще одно применение радиоволн. Это радиолокация.

Обнаружение и точное определе­ние местонахождения объектов с по­мощью радиоволн называют радио­локацией. Радиолокационная уста­новка —радиолокатор (или ра­дар) — состоит из передающей и приемной частей. В радиолокации используют электрические колебания сверхвысокой частоты. Мощный генератор СВЧ связан с антенной, которая излучает остро­направленную волну. Острая направленность излуче­ния получается вследствие сложения волн. Антенна устроена так, что вол­ны, посланные каждым из вибрато­ров, при сложении взаимно усили­вают друг друга лишь в заданном направлении. В остальных направле­ниях при сложении волн происхо­дит полное или частичное их взаим­ное гашение.

Отраженная волна улавливается той же излучающей антенной либо другой, тоже остронаправленной приемной антенной.

Для определения расстояния до цели применяют импульсный режим излучения. Передатчик излучает вол­ны кратковременными импульсами. Длительность каждого импульса со­ставляет миллионные доли секунды, а промежуток между импульсами примерно в 1000 раз больше. Во вре­мя пауз принимаются отраженные волны.

Определение расстояния произ­водится путем измерения общего времени прохождения радиоволн до цели и обратно. Так как скорость радиоволн с=3*10 8 м/с в атмосфе­ре практически постоянна, то R = ct/2.

Для фиксации посланного и отра­женного сигналов используют электронно-лучевую трубку.

Радиоволны используются не то­лько для передачи звука, но и для передачи изображения (телевиде­ние). Принцип передачи изображений на расстояние состоит в следующем. На передающей станции произво­дится преобразование изображения в последовательность электрических сигналов. Этими сигналами моду­лируют затем колебания, вырабаты­ваемые генератором высокой часто­ты. Модулированная электромагнит­ная волна переносит информацию на большие расстояния. В приемнике производится обратное преобразо­вание. Высокочастотные модулиро­ванные колебания детектируются, а полученный сигнал преобразуется в видимое изображение. Для передачи движения используют принцип кино: немного отличающиеся друг от друга изображения движущегося объекта (кадры) передают десятки раз в се­кунду (в нашем телевидении 50 раз).

Изображение кадра преобразует­ся с помощью передающей вакуум­ной электронной трубки — иконо­скопа в серию электриче­ских сигналов. Кроме иконоскопа, существуют и другие передающие устройства. Внутри иконоскопа рас­положен мозаичный экран, на кото­рый с помощью оптической системы проецируется изображение объекта. Каждая ячейка мозаики заряжает­ся, причем ее заряд зависит от интен­сивности падающего на ячейку све­та. Этот заряд меняется при попада­нии на ячейку электронного пучка, создаваемого электронной пушкой. Электронный пучок последовательно попадает, на все элементы сначала одной строчки мозаики, затем дру­гой строчки и т. д. (всего 625 строк).

От того насколько сильно меняется заряд ячейки, зависит сила тока в резисторе R. Поэтому напряжение на резисторе изменяется пропорционально изменению освещенности вдоль строк кадра.

Такой же сигнал получается в телевизионном приемнике после де­тектирования. Это видеосигнал.

Виды радиоволн и их применение

ОСНОВЫ РАДИОСВЯЗИ

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.).

Читайте также:  Что такое эдс в электротехнике

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:

Наименование диапазона частот

Наименование
диапазона волн

Очень низкие частоты (ОНЧ)

Низкие частоты (НЧ)

Средние частоты (СЧ)

Высокие частоты (ВЧ)

Очень высокие частоты (ОВЧ)

Ультравысокие частоты (УВЧ)

Сверхвысокие частоты (СВЧ)

Крайневысокие частоты (КВЧ)

Гипервысокие частоты (ГВЧ)

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:

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

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

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

Наиболее распространенный диапазон подвижной наземной связи.

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

806–825 и
851–870 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.

Читайте также:  К видам дезинфекции относят


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.

Радиосвязь

Что такое радиоволны

ЛикБез > О Радиосвязи

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.
Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волны 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 поверхности. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации.
Еще одним полезным свойством электромагнитных волн (впрочем, как и всяких других волн) является их способность огибать тела на своем пути. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры тела 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 американский самолет-невидимку «Stealth».
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.
Например, поток энергии электромагнитного излучения Солнца на поверхность Земли достигает 1 киловатта на квадратный метр, а поток энергии средневолновой вещательной радиостанции – всего тысячные и даже миллионные доли ватта на квадратный метр.

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:

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.

Читайте также:  Что проверяет МЧС при плановой проверке

Пример распределения спектра между различными службами [1].

Классификация радиоволн по диапазонам и способу распространения

При создании конкретных радиолиний, радиоэлектронных средств или радиолокационных станций разработчик имеет возможность задавать параметры как передающей, так и приемной их части, но никакому управлению (кроме специальных случаев) не поддается среда, в которой свободно распространяются радиоволны. Между тем ее физические свойства подвержены непрерывному, часто случайному изменению из-за естественных явлений в природе. Для объяснения и учета этих явлений, оказывающих влияние на распространение радиоволн, необходимо иметь достаточно полные данные о физических свойствах земной атмосферы, поверхности суши, моря, знать, как изменяется среда, где распространяются радиоволны, в течение суток, времени года, солнечной активности.

Замечено, что радиоволны различных диапазонов распространяются по-разному. Именно длина волны определяет особенности распространения энергии радиоволн. Поэтому приведем их классификацию по диапазонам частот (табл. 5.1).

По рекомендациям Международного консультативного комитета по радио (МККР) диапазоны электромагнитных волн в герцах определяются выражением (0,3 – 3) 10 N ,где N– порядковый номер диапазона.

В 1992 году МККР (CCIR:- Comiteconsultatifinternationalpourlaradio) был преобразован в InternationalTelecommunicationUnion – RadiocommunicationSector (ITU-R): Сектор радиосвязи Международного Союза Электросвязи (МСЭ).

Принято относить к радиоволнам электромагнитные колебания, длина которых лежит в диапазоне от 10000 км до 0,1 мм, что соответствует частотам колебаний от 30Гц до 3000 ГГц (табл. 5.1). Вплотную к крайне высокой части радиодиапазона примыкают инфракрасный и оптический диапазоны, в которых работают тепловизоры, системы наведения, оптические квантовые генераторы и приемники, инфракрасные и оптические локационные системы, нашедшиеширокое применение в ВМФ.

Таблица 5.1 Классификация диапазонов частот электромагнитных волн

Номер диапазонаДиапазон частотНаименование, частотаДиапазон волн (длинаволны)НаименованиеволнИспользуемые терминыОбласть применения
РАДИОВОЛНЫ
0,03 … 30 кГцОНЧ (VLF) Очень низкиечастоты10000. 10 кмМириаметровыеСверхдлинные волныРадиосвязь с подводными лодками в подводном положении, радионавигация.
30 … 300 кГцНЧ (LF) Низкие частоты10 … 1 кмКилометровыеДлинные волныРадионавигация, передача сигналов точного времени кораблям и судам в море, различного вида оповещений, включая навигационные.
300 …3000 кГцСЧ (MF ) Средние частоты1000 – 100 мГектометровыеСредние волныРадионавигация, радиосвязь с судами, радиовещание, передача прогнозов погоды, навигационных оповещений.
3 … 30 МГцВЧ (HF) Высокие частоты100 … 10 мДекаметровыеКороткие волныРадиосвязь, загоризонтная радиолокация.
30 … 300 МГцОВЧ (VHF) Очень высокие частоты10 … 1 мМетровыеУльтракороткиеволныРадиосвязь, телевидение, радионавигация.
300 …3000 МГцУВЧ (UHF) Ультравысокие частоты100 … 10 смДециметровые волныУльтракороткиеволныРадиосвязь, радиолокация, телевидение, спутниковая, тропосферная радиосвязь, сотовые системы связи.
3 …30 ГГцСВЧ ( SHF ) Сверхвысокиечастоты10 … 1 смСантиметровые волныУльтракороткие волныРадиолокация, спутниковая и радиорелейная связь, спутниковое телевидение, промышленный нагрев материалов, медицина.
30 … 300 ГГцКВЧ (EHF) Крайне высокие частоты10 … 1 ммМиллиметровые волныУльтракороткиеволныРадиосвязь за пределами атмосферы,радиолокация, радиорелейная связь.
300 … 3000 ГГцГВЧ (HHF)Гипервысокие частоты1 … 0, 1 ммДецимиллиметровые волныПерспективный диапазон.

ИЗЛУЧЕНИЯ
310 12 ..3,8 10 14 ГцИнфракрасное излучение100 … 0.78 мкмТепловое излучениеПассивная локация, устройства самонаведения, волоконно-оптические системы связи, лазеры, охранные системы.
3,8 10 14 …7,8 10 14 ГцОптическое излучение0,78 … 0,38 мкмВидимый светОптическая локация, лазерные гироскопы и дальномеры, космические и лазерные системы связи, промышленная резка металла, медицинские лазеры, лазерное оружие, др.
7,8 10 14 …3 10 16 ГцУльтрафиолетовое излучение0,38 … 0,01 мкмУльтрафиолетовое излучениесолнцаОхранные системы, медицина.
3 10 16 … 3 10 19 ГцРентгеновское излучение0,01 мкм … 0,00001 мкмРентгеновское излучение солнца, радиоактивных материаловПриборы дефектовки металлов, медицина, рентгеновские приборы и др.

В основу деления радиоволн на указанные диапазоны положен десятичный принцип, учитывающий в то же время различия в способах их генерации, приема и особенности распространения волн каждого диапазона.

В оптическом диапазоне по мере уменьшения длины волны все в большей степени проявляется квантовый характер электромагнитного излучения и все меньше его волновые свойства. Поэтому при наименовании диапазонов обычно говорят о сантиметровых, миллиметровых волнах, но об инфракрасном и оптическомизлучении.

Вспомним, чем же характеризуются радиоволны?

Такие характеристики радиоволны, как амплитуда, Нм, Ем, ее длина λ видны из рисунка 5.2.

Рисунок 5.2 – Вид электромагнитной волны в среде без потерь

в фиксированный момент времени

Длина волны связана с ее частотой простым соотношением

(5.1)

где с=3∙10 8 м/с – скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве;

f– частота радиоволны, Гц.

Иначе, длина волны – это путь, проходимый волной за период ее колебания. Скорость распространения радиоволны зависит от свойств среды, в которой распространяется волна, т. е. ее диэлектрической Ɛ и магнитной µ проницаемостей:

.(5.2)

Если распространение волны происходит в среде с потерями, то амплитуда ее убывает по закону

.

где z – путь, пройденный волной в среде с потерями;

α–икоэффициент затухания волны в конкретной среде.

Уравнение волны для среды с потерями запишется

. (5.3)

где к=/ λ – волновое число.

Другие параметры волны, например, ее поляризация, постоянная распространения, фаза, фронт и луч волны были подробно рассмотрены в части 1 главы 3 данного пособия.

Говоря о свободно распространяющихся радиоволнах, отметим, что распределение поля в пространстве определяется только диаграммами направленности антенн, параметрами суши или моря и атмосферы Земли.

Рисунок 5.3 – Способы (механизмы) распространения радиоволн

В большинстве практических случаев передающий и приемный пункты радиолинии располагаются либо на Земле, либо близко от ее поверхности. Электромагнитные волны, излучаемые передающей антенной, приходят в приемный пункт разными путями, т. е. Земля и окружающая ее атмосфера существенно влияют на характер распространения радиоволн.

Приведем классификацию способов (механизмов) распространения радиоволн в окружающем пространстве.

Волны, распространяющиеся между передающим и приемным пунктами по прямолинейной траектории, называются прямыми, а распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции получили название поверхностных или земных волн.

Например, радиосвязь между космическими объектами, высоколетящими самолетами, радиолокационное наблюдение за целями осуществляются прямыми радиоволнами (рис. 5.3, а). Распространение электромагнитной энергии прямыми волнами характерно для радиоволн всех диапазонов.

Поверхностные волны также имеют место при распространении радиоволн всех диапазонов. Однако практическое значение поверхностные волны приобретают для длинноволновой части радиодиапазона (рис. 5.3, б).

Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния (несколько тысяч километров) и способные огибать земной шар в результате отражений от ионизированных слоев атмосферы и поверхности Земли, называются пространственными волнами
(
рис. 5.3, в).

Кроме того, к приемному пункту радиолинии могут приходить радиоволны (в диапазоне дециметровых, метровых волн) с расстояний примерно 1 000 км за счет рассеяния в нижнем слое атмосферы, называемом тропосферой. Такие волны получили название тропосферных волн(рис.5.3, г).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9009 – | 7278 – или читать все.

134.249.83.1 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Оцените статью
Добавить комментарий