Малко за радиовълните
Формулата показва, че например честота от 1 MHz съответства на дължина на вълната от прибл. 300 м. С увеличаване на честотата дължината на вълната намалява, с намаляване - познайте сами. В бъдеще ще видим, че познаването на дължината на вълната е много важно при избора на антена за радиосистема, тъй като дължината зависи пряко от нея.антени. Електромагнитните вълни свободно преминават през въздуха или космическото пространство (вакуум). Но ако по пътя на вълната се срещне метална жица, антена или друго проводящо тяло, тогава те предават енергията си на нея, като по този начин предизвикват променлив електрически ток в този проводник. Но не цялата вълнова енергия се абсорбира от проводника, част от нея се отразява от повърхността. Между другото, използването на електромагнитни вълни в радара се основава на това. Друго полезно свойство на електромагнитните вълни (въпреки това, както на всички други вълни) е способността им да се огъват около телата по пътя си. Но това е възможно само ако размерите на тялото са по-малки от дължината на вълната или сравними с нея. Например, за да се открие самолет, дължината на радиовълната на локатора трябва да бъде по-малка от неговите геометрични размери (под 10 m). Ако тялото е по-дълго от дължината на вълната, то може да я отрази. Но може и да не отразява - спомнете си американския стелт самолет "Стелт". Енергията, пренасяна от електромагнитните вълни, зависи от мощността на генератора (излъчвателя) и разстоянието до него. Научно това звучи така: енергийният поток на единица площ е право пропорционален на мощността на излъчване и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието до излъчвателя. Това означава, че комуникационният обхват зависи от мощността на предавателя, но в много по-голяма степен от разстоянието до него. Например, енергийният поток на електромагнитното излъчване от Слънцето към земната повърхност достига 1 киловат на квадратен метър, а енергийният поток на средновълнова радиостанция е само хилядни и дори милионни от вата на квадратен метър.
Радиовълните (радиочестотите), използвани в радиотехниката, заемат област или по-научно - спектър от 10 000 m (30 kHz) до 0,1 mm (3 000 GHz). Това е само част от широкия спектърелектромагнитни вълни. Радиовълните (в низходяща дължина) са последвани от топлинни или инфрачервени лъчи. След тях идва тесен участък от видими светлинни вълни, след това спектър от ултравиолетови, рентгенови и гама лъчи - всички те са електромагнитни трептения от едно и също естество, различаващи се само по дължина на вълната и следователно по честота. Въпреки че целият спектър е разделен на региони, границите между тях са очертани условно. Регионите следват непрекъснато един след друг, преминават един в друг и в някои случаи се припокриват. С международни споразумения целият спектър от радиовълни, използвани в радиокомуникациите, е разделен на диапазони:
Но тези обхвати са много обширни и от своя страна са разделени на секции, които включват така наречените радиоразпръскващи и телевизионни обхвати, обхвати за наземни и авиационни, космически и морски комуникации, за предаване на данни и медицина, за радар и радионавигация и др. Всяка радио услуга има своя собствена част от обхвата или фиксирани честоти. Пример за разпределение на спектъра между различни услуги [1]. Тази разбивка е доста объркваща, поради което много услуги използват своя собствена „вътрешна“ терминология. Обикновено се използват следните имена, когато се обозначават обхватите, разпределени за наземни мобилни комуникации:
Не бъркайте официалните имена на честотните ленти с имената на секциите, предназначени за различни услуги. Трябва да се отбележи, че големите световни производители на оборудване за мобилни наземни комуникации произвеждат модели, предназначени да работят в тези области. По-долу ще говорим за свойствата на радиовълните във връзка с използването им в наземни мобилни радиокомуникации.
Как се разпространяват радиовълните
Радиовълните се излъчват през антена в космоса и се разпространяват като енергияелектромагнитно поле. И въпреки че естеството на радиовълните е същото, способността им да се разпространяват силно зависи от дължината на вълната. Заземяването на радиовълните представлява проводник на електричество (макар и не много добър). Преминавайки над повърхността на земята, радиовълните постепенно отслабват. Това се дължи на факта, че електромагнитните вълни възбуждат електрически токове в повърхността на земята, за които се изразходва част от енергията. Тези. енергията се абсорбира от земята и колкото повече, толкова по-къса е дължината на вълната (колкото по-висока е честотата). В допълнение, енергията на вълната отслабва и поради това, че радиацията се разпространява във всички посоки на пространството и следователно, колкото по-далеч е приемникът от предавателя, толкова по-малко енергия на единица площ и толкова по-малко навлиза в антената. Предаването на дълговълнови радиостанции може да се приема на разстояние до няколко хиляди километра, а нивото на сигнала намалява плавно, без скокове. Станциите със средни вълни се чуват в рамките на хиляда километра. Що се отнася до късите вълни, тяхната енергия рязко намалява с отдалечаване от предавателя. Това обяснява факта, че в зората на развитието на радиото за комуникация се използват предимно вълни от 1 до 30 км. Вълните, по-къси от 100 метра, обикновено се считат за неподходящи за комуникация на дълги разстояния. По-нататъшни изследвания на къси и ултракъси вълни обаче показаха, че те бързо се разпадат, когато пътуват близо до повърхността на Земята. Когато радиацията е насочена нагоре, късите вълни се връщат обратно. Още през 1902 г. английският математик Оливър Хевисайд и американският електроинженер Артър Едуин Кенели почти едновременно предсказаха, че над Земята съществува йонизиран слой въздух - естествено огледало, което отразява електромагнитните вълни. Този слой беше наречен йоносфера.Йоносферата на Земята трябваше да направи възможно увеличаването на обхвата на разпространение на радиовълните до разстояния, надвишаващи линията на видимост. Експериментално това предположение е доказано през 1923 г. Радиочестотните импулси се предават вертикално нагоре и се приемат върнати сигнали. Измерванията на времето между изпращане и получаване на импулси позволиха да се определи височината и броя на отразяващите слоеве. Разпространение на дълги и къси вълни [2]. Отразени от йоносферата, късите вълни се връщат към Земята, оставяйки стотици километри от "мъртвата зона" под тях. Пътувайки до йоносферата и обратно, вълната не се „успокоява“, а се отразява от повърхността на Земята и отново се втурва към йоносферата, където отново се отразява и т.н. Така, многократно отразена, радиовълната може да обиколи земното кълбо няколко пъти. Установено е, че височината на отражение зависи основно от дължината на вълната. Колкото по-къса е вълната, толкова по-високо е нейното отражение и следователно толкова по-голяма е „мъртвата зона“. Тази зависимост е вярна само за късовълновата част от спектъра (приблизително до 25–30 MHz). За по-къси дължини на вълните йоносферата е прозрачна. Вълните го проникват през него и отиват в открития космос. Фигурата показва, че отражението зависи не само от честотата, но и от времето на деня. Това се дължи на факта, че йоносферата се йонизира от слънчевата радиация и постепенно губи своята отразяваща способност с настъпването на тъмнината. Степента на йонизация зависи и от слънчевата активност, която варира през годината и от година на година в седемгодишен цикъл. Отразяващи слоеве на йоносферата и разпространението на къси вълни в зависимост от честотата и времето на деня [1]. Разпространение на къси и ултракъси вълни [2]. Свойствата на VHF радиовълните са по-скоро като светлинни лъчи. Тепрактически не се отразяват от йоносферата, много леко се огъват около земната повърхност и се разпространяват в рамките на линията на видимост. Следователно диапазонът на действие на ултракъсите вълни е малък. Но това има известно предимство за радиокомуникациите. Тъй като в диапазона VHF вълните се разпространяват в рамките на линията на видимост, е възможно да се локализират радиостанции на разстояние 150–200 km една от друга без взаимно влияние. И това ви позволява многократно да използвате същата честота към съседни станции. Свойствата на радиовълните в обхватите DTSV и 800 MHz са дори по-близки до светлинните лъчи и следователно имат друго интересно и важно свойство. Нека си припомним как е подредено фенерче. Светлината от крушка, разположена във фокуса на рефлектора, се събира в тесен сноп от лъчи, които могат да бъдат изпратени във всяка посока. Приблизително същото може да се направи с високочестотни радиовълни. Можете да ги съберете с антенни огледала и да ги изпратите в тесни лъчи. Невъзможно е да се изгради такава антена за нискочестотни вълни, тъй като нейните размери биха били твърде големи (диаметърът на огледалото трябва да бъде много по-голям от дължината на вълната). Възможността за насочено излъчване на вълни позволява да се повиши ефективността на комуникационната система. Това се дължи на факта, че тесният лъч осигурява по-малко разсейване на енергия в странични посоки, което позволява използването на по-малко мощни предаватели за постигане на даден комуникационен обхват. Насоченото излъчване създава по-малко смущения с други комуникационни системи, които не са в мястото на лъча. Предимствата на насоченото излъчване могат да се използват и при получаване на радиовълни. Например, много хора са запознати с параболични сателитни антени, които фокусират излъчването на сателитен предавател към точката, където е инсталиран приемният сензор. Приложение на насочени приемни антени в радиоастрономиятапозволи да се направят много фундаментални научни открития. Възможността за фокусиране на високочестотни радиовълни е осигурила широкото им приложение в радари, радиорелейни комуникации, сателитно излъчване, безжично предаване на данни и др. Параболично насочени антени [1]. Трябва да се отбележи, че с намаляването на дължината на вълната се увеличава тяхното затихване и поглъщане в атмосферата. По-специално, разпространението на вълни, по-къси от 1 см, започва да се влияе от такива явления като мъгла, дъжд, облаци, които могат да се превърнат в сериозна пречка, значително ограничавайки обхвата на комуникация. Открихме, че радиовълните имат различни свойства на разпространение и всяка секция от тази лента се използва там, където нейните предимства могат да се използват най-добре.