Діапазон радіохвиль та їх розповсюдження

У підручниках з фізики наведені заумні формули на тему діапазону радіохвиль, які часом не до кінця зрозумілі навіть людям зі спеціальною освітою та досвідом роботи. У статті постараємося розібратися з суттю, не вдаючись до складнощів. Першим, хто виявив радіохвилі, був Нікола Тесла. У своєму часі, де було відсутнє високотехнологічне обладнання, Тесла не до кінця розумів, що це за явище, яке він згодом назвав ефіром. Провідник з змінним електричним струмом є початком радіохвилі.

Джерела радіохвиль

До природних джерел радіохвиль відносяться астрономічні об`єкти і блискавки. Штучним випромінювачем радіохвиль є електричний провідник з рухомим всередині змінним електричним струмом. Коливальна енергія високочастотного генератора поширюється в навколишній простір за допомогою радіоантени. Першим робочим джерелом радіохвиль був радіопередавач-радіоприймач Попова. У цьому пристрої функцію високочастотного генератора виконував високовольтний накопичувач, підключений на антену - вібратор Герца. Створені штучним способом радіохвилі застосовуються для стаціонарного та мобільного радіолокації, радіомовлення, радіозв`язку, супутників зв`язку, навігаційних та комп`ютерних систем.

Діапазон радіохвиль

Застосовувані в радіозв`язку хвилі знаходяться в діапазоні частот 30 кГц - 3000 ГГц. Виходячи з довжини і частоти хвилі, особливостей поширення, діапазон радіохвиль підрозділяється на 10 піддіапазонів:

1. СДВ - наддовгі.
2. ДВ - довгі.
3. СВ - середні.
4. КВ - короткі.
5. УКХ - ультракороткі.
6. МВ - метрові.
7. ДМВ - дециметрові.
8. СМВ - сантиметрові.
9. ММВ - міліметрові.
10. СММВ - субміліметрові

Діапазон частот радіохвиль

Спектр радіохвиль умовно поділений на ділянки. Залежно від частоти і довжини радіохвилі поділяються на 12 піддіапазонів. Діапазон частот радіохвиль взаємопов`язаний з частотою змінного струму сигналу. Частотні діапазони радіохвиль в міжнародному регламенті радіозв`язку представлені 12 найменуваннями:

1. КНЧ - вкрай низькі.
2. СНЧ - наднизькі.
3. ІНЧ - інфранизьких.
4. ОНЧ - дуже низькі.
5. НЧ - низькі частоти.
6. СЧ - середні частоти.
7. ВЧ - високі частоти.
8. ДВЧ - дуже високі.
9. УВЧ - ультрависокі.
10. СВЧ - надвисокі.
11. КВЧ - вкрай високі.
12. ГВЧ - гіпервисокі.

При збільшенні частоти радіохвилі її довжина зменшується, при зменшенні частоти радіохвилі - збільшується. Поширення залежно від своєї довжини - це найважливіша властивість радіохвилі.

Поширення радіохвиль 300 МГц - 300 ГГц називають надвисокими СВЧ внаслідок їх досить високої частоти. Навіть піддіапазони дуже великі, тому вони, в свою чергу, поділені на проміжки, в які входять певні діапазони телевізійні і радіомовні, для морської та космічної зв`язку, наземної та авіаційної, для радіолокації і радіонавігації, для передачі даних медицини і так далі. Незважаючи на те що весь діапазон радіохвиль розбитий на області, позначені кордони між ними є умовними. Ділянки слідують один за одним безперервно, переходячи один в інший, а іноді і перекриваються.

Особливості поширення радіохвилі

Поширення радіохвиль - це передача енергії змінним електромагнітним полем з однієї ділянки простору в інший. У вакуумі радіохвиля поширюються зі швидкістю світла. При впливі навколишнього середовища на радіохвилі поширення радіохвиль може бути ускладнене. Це проявляється у спотворенні сигналів, зміні напрямку поширення, уповільненні фазової і групової швидкостях.

Кожна з різновидів хвиль застосовується по-різному. Довгі краще можуть обходити перешкоди. Це означає, що діапазон радіохвиль може поширюватися по площині землі і води. Застосування довгих хвиль широко поширене в підводних і морських суднах, що дозволяє бути на зв`язку в будь-якій точці місцезнаходження в море. На хвилю довжиною в шістсот метрів з частотою п`ятсот кілогерц налаштовані приймачі всіх маяків та рятувальні станцій.

Поширення радіохвиль в різних діапазонах залежить від їх частоти. Чим менше довжина і вище частота, тим пряміше буде шлях хвилі. Відповідно, чим менше її частота і більше довжина, тим вона більш здатна огинати перешкоди. Кожен діапазон довжин радіохвиль володіє своїми особливостями поширення, однак на кордоні сусідніх діапазонів різкої зміни відмінних ознак не спостерігається.

Характеристика поширення

Наддовгі і довгі хвилі огинають поверхню планети, поширюючись поверхневими променями на тисячі кілометрів.

Середні хвилі схильні більш сильному поглинанню, тому здатні долати відстань лише 500-1500 кілометрів. При ущільненні іоносфери в даному діапазоні можлива передача сигналу просторовим променем, який забезпечує зв`язок на кілька тисяч кілометрів.

Короткі хвилі поширюються лише на близькі відстані внаслідок поглинання їх енергії поверхнею планети. Просторові ж здатні багаторазово відбиватися від земної поверхні та іоносфери, долати великі відстані, здійснюючи передачу інформації.

Надкороткі здатні передавати великий обсяг інформації. Радіохвилі цього діапазону проникають крізь іоносферу в космос, тому для цілей наземного зв`язку практично непридатні. Поверхневі хвилі цих діапазонів випромінюються прямолінійно, що не огинаючи поверхню планети.

В оптичних діапазонах можлива передача гігантських обсягів інформації. Найчастіше для зв`язку використовується третій діапазон оптичних хвиль. В атмосфері Землі вони схильні загасання, тому в реальності передають сигнал на відстань до 5 км. Зате використання подібних систем зв`язку позбавляє від необхідності отримувати дозволи від інспекцій з електрозв`язку.

Принцип модуляції

Для того щоб передати інформацію, радіохвилю потрібно модулювати сигналом. Передавач випромінює модульовані радіохвилі, тобто змінені. Короткі, середні та довгі хвилі мають амплітудну модуляцію, тому вони позначаються як АМ. Перед модуляцією несуча хвиля рухається з постійною амплітудою. Амплітудна модуляція для передачі змінює її за амплітудою, відповідно напруги сигналу. Амплітуда радіохвилі змінюється прямо пропорційно напрузі сигналу. Ультракороткі хвилі мають частотну модуляцію, тому вони позначаються як ЧМ. Частотна модуляція накладає додаткову частоту, яка несе інформацію. Для передачі сигналу на відстань його потрібно промодулірованной більш високочастотним сигналом. Для прийняття сигналу потрібно відокремити його від піднесе хвилі. При частотної модуляції перешкод створюється менше, проте радіостанція змушена вести мовлення на УКХ.

Фактори, що впливають на якість і ефективність радіохвиль

На якість і ефективність прийому радіохвиль впливає метод спрямованого випромінювання. Прикладом може послужити супутникова антена, яка направляє випромінювання в точку знаходження встановленого приймального датчика. Цей метод дозволив істотно просунутися в області радіоастрономії і зробити безліч відкриттів в науці. Він відкрив можливості створення супутникового мовлення, передачі даних бездротовим методом і багато іншого. З`ясувалося, що радіохвилі здатні випромінювати Сонце, багато планети, що знаходяться поза нашою Сонячною системою, а також космічні туманності і деякі зірки. Передбачається, що за межами нашої галактики існують об`єкти, що володіють потужними радіовипромінювання.

На дальність радіохвилі, поширення радіохвиль впливають не тільки сонячне випромінювання, але і метеоумови. Так, метрові хвилі, по суті, не залежать від метеоумов. А дальність поширення сантиметрових сильно залежить від метеоумов. Відбувається через те, що водному середовищі під час дощу або при підвищеному рівні вологості в повітрі короткі хвилі розсіюються або поглинаються.

Також на їх якість впливають і перешкоди, що опиняються на шляху. У такі моменти відбувається завмирання сигналу, при цьому значно погіршується чутність або взагалі пропадає на кілька миттєвостей і більше. Прикладом може послужити реакція телевізора на пролітає літак, коли блимає зображення і з`являються білі смуги. Це відбувається за рахунок того, що хвиля відбивається від літака і проходить повз антени телевізора. Такі явища з телевізорами і радіопередавачами частіше відбуваються у містах, оскільки діапазон радіохвиль відбивається на будівлях, висотних баштах, збільшуючи шлях хвилі.