Когда высокочастотный сигнал от передатчика подаётся на антенну, вокруг неё образуется электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве во все стороны в виде электромагнитных волн.
Волны различной частоты ведут себя по-разному. Рассмотрим подробнее особенности распространения длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.
Распространение длинных волн
Длинные волны ( l >1000 м) могут распространяться двумя путями:
• 1) Вдоль земной поверхности. Длинные волны за счёт дифракции спокойно огибают земную поверхность(рис. 1).
• 2) Многократно отражаясь от ионосферы и поверхности земли (рис. 2).
Достоинства длинноволновой радиосвязи:
• Стабильность приёма. Качество приёма не зависит от времени суток, года, погодных условий.
• Значительное поглощение этих волн приводит к необходимости строить для них очень мощные передатчики (сотни и тысячи киловатт).
• Атмосферные разряды (молнии) создают помехи.
Распространение средних волн
Как и длинные волны средние волны ( l =100..1000 м) способны огибать земную поверхность.
Средние волны так же могут отражаться от ионосферы, но днём они сильно поглощаются атмосферой, поэтому радиосвязь возможна только за счёт поверхностной волны.
• Особенностью распространения средних волн является замирание силы приёма. Связано это с тем, что к приёмной антенне подходит сразу две волны: поверхностная и пространственная.
Если две волны подошли в одной и той же фазе, то сигнал усиливается (усиливающая интерференция, рис. 3), если в противофазе, то происходит ослабление сигнала, вплоть до полного его исчезновения (ослабляющая интерференция, рис. 4). Состояние ионосферы всё время меняется, поэтому пространственная волна проходит всё время разное расстояние. Это вызывает колебание интенсивности сигнала, а значит и громкости звучания радиопередачи.
• Второй особенностью распространения средних волн является колебание силы приёма в течение суток. На больших расстояниях от передатчика днём приём может быть плохим, ночью приём улучшается. Сила приёма зависит также от времени года.
• Третья особенность – нелинейные искажения в ионосфере – Люксембургско-Горьковский эффект. Заключается он в том, что при приёме какой-то радиостанции, на которую приёмник настроен, прослушивается другая (мощная) радиостанция, на которую приёмник не настроен. При прекращении вещания первой радиостанции прекращается слышимость второй.
Распространение коротких волн
Короткие волны ( l =10..100 м) могут распространяться как земными лучами, так и ионосферными. Но энергия земной волны быстро поглощается всеми проводниками, встречающимися на её пути. Поэтому практически применяемым видом распространения коротких волн является ионосферное распространение.
Но не все волны отражаются от ионосферы. Если угол падения луча на ионосферу слишком велик (больше критического) то волна покидает пределы земли. При угле падения, равном критическому, волна распространяется параллельно поверхности земли. При углах, меньших критического, волна отражается от ионосферы и возвращается на землю (рис. 5).
Дальность связи на коротких волнах очень сильно зависит от времени суток, времени года и от фазы одиннадцатилетнего периода солнечной активности.
На одних и тех же частотах могут вещать сразу несколько передатчиков, расположенных в разных частях земли, поэтому в определённое время суток, когда дальность связи максимальна, эти радиостанции могут мешать друг другу.
Не менее вредное явление для коротковолновой связи представляют собой замирания, которые на коротких волнах бывают более глубокими и следуют друг за другом более часто, нежели на средних волнах.
Дополнительные помехи при дальнем коротковолновом приёме может создать радиоэхо. Оно вызвано тем, что сигнал к приёмнику приходит по двум траекториям: короткой и длинной, когда сигнал за счёт многократных отражений совершает оборот вокруг земли (Рис. 6).
Распространение ультракоротких волн
• Ультракороткие волны ( l FM ), радионавигации, радиолокации и сотовой связи.
• Ультракороткие волны распространяются только по прямой линии и не огибают земную поверхность (рис. 7), поэтому они не заходят за горизонт. Связь на этих волнах возможна только на расстоянии прямой видимости, которое рассчитывается по формуле:
где h 1 и h 2 – высоты в метрах передающей и приёмной антенны, l – расстояние прямой видимости в километрах.
Ультракороткие волны не отражаются от ионосферы, поэтому они покидают пределы Земли. Иногда они могут отражаться от облаков, искусственных спутников земли или даже от Луны. При этом дальность связи может несколько увеличится.
Так как ультракороткие волны не распространяются за горизонт, возникает необходимость строить множество промежуточных передатчиков – ретрансляторов.
Для ультракоротких волн можно создать узконаправленную антенну. Такие антенны используются в радиолокации, в спутниковом телевидении и в других областях радиовещания.
Автор: Поскольку история наша началась с обсуждения вопросов радиоприёма, не плохо было бы не торопясь прогуляться по частотным диапазонам и понять, что же и на каких волнах излучается в эфир.
Начнём с радиовещательных диапазонов. Радиовещание осуществляется на диапазонах длинных (ДВ), средних (СВ), коротких (КВ) и ультракоротких (УКВ) волн.
| Диапазон | Полоса частот | Длина волны |
| Длинноволновый (ДВ) | 0.15..0.285МГц | 2000..1053м |
| Средневолновый (СВ) | 0.525..1.605МГц | 571..187м |
| Коротковолновые (КВ): | ||
| 75-метровый | 3,95..4,0МГц | 75,9..75м |
| тропический | 4,75..4,995МГц | 63,16..60,06м |
| тропический | 5,005..5,06МГц | 59,29м |
| 49-метровый | 5,95..6,2МГц | 50,42..48,39м |
| 41-метровый | 7,1..7,3МГц | 42,25..41,09м |
| 31-метровый | 9,5..9,9МГц | 31,58..30,03м |
| 25-метровый | 11,65..12,05МГц | 25,75..24,9м |
| 22-метровый | 13,6..13,8МГц | 22,06..21,74м |
| 19-метровый | 15,1..15,6МГц | 19,87..19,23м |
| 16-метровый | 17,55..17,9МГц | 17,09..16,76м |
| 13-метровый | 21,45..21,85МГц | 13,99..13,73м |
| 11-метровый | 25,67..26,1МГц | 11,69..11,49м |
| Ультракоротковолновые (УКВ): | ||
| УКВ I | 41..68МГц | 7,32..4,41м |
| УКВ II | 87,5..108МГц | 3,43..2,78м |
| УКВ III | 174..216МГц | 1,72..1,39м |
| УКВ IV | 470..960МГц | 0,64..0,31м |
Для любительской радиосвязи используются диапазоны коротких и ультракоротких волн.
| Диапазон | Полоса частот | Длина волны |
| Коротковолновые (КВ): | ||
| 160-метровый | 1,85..1,95МГц | 162..154м |
| 80-метровый | 3,5..3,65МГц | 85,7..82,2м |
| 40-метровый | 7,0..7,1МГц | 42,9..42,3м |
| 30-метровый | 10,1..10,15МГц | 29,7..29,6м |
| 20-метровый | 14,0..14,35МГц | 21,4..20,9м |
| 15-метровый | 21,0..21,45МГц | 14,3..14,0м |
| 10-метровый | 28,0..29,7МГц | 10,7..10,1м |
| Ультракоротковолновые (УКВ): | ||
| 2-метровый | 144..146МГц | 2,08..2,05м |
| 70-сантиметровый | 430..440МГц | 69,8..68,1см |
Частоты, на которых наиболее часто можно услышать пиратское радио.
| Диапазон | Полоса частот | Модуляция |
| Коротковолновые (КВ): | ||
| 140-метровый | 2,00..2,20МГц | АМ модуляция |
| 120-метровый | 2,4..2,60МГц | АМ модуляция |
| 100-метровый | 2,86..3,30МГц | SSB модуляция |
| 45-метровый | 6,63..6,67МГц | SSB модуляция |
| 28-метровый | 10,43..10,48МГц | SSB модуляция |
Некоторые служебные диапазоны коротких и ультракоротких волн.
| Полоса частот | Служба |
| 2,13 МГц..2,15 МГц | Поездная радиосвязь в ЧМ режиме |
| 2,440 МГц..2,460 МГц | Радиосвязь в метро в ЧМ режиме |
| 30..60 МГц | Диапазон военных |
| 40.100 МГц | Пожарные службы |
| 41.800 МГц | Общесоюзная рабочая частота скорой помощи |
| 44.800 МГц | Областные пожарные |
| 108..137 МГц | Авиадиапазон |
| 136..138 МГц | Морской диапазон |
| 142..144 МГц | Военные |
| 146..147 МГц | Военные |
| 147..156 МГц | Самолетная связь |
| 150,98..151.49 МГц | Милиция |
| 151.725..156.000 МГц | ЖД каналы внутрипоездной связи |
А каковы условия распространения радиоволн в зависимости от сезона и времени суток?
Диапазон ДВ характеризуется наличием большого уровня индустриальных и космических помех. Максимальная дальность связи на этом диапазоне может доходить до 1000 километров (зависит от мощности радиопередатчика).
Диапазон СВ также характеризуется большим уровнем помех. Ночью радиоволны, благодаря "тропосферному" прохождению могут распространяться на очень большие (до 4 тысяч километров) расстояния. Диапазон характеризуется также наличием "замирания" сигнала (уровень поля неравномерный, что приводит к изменению уровня громкости радиопередачи).
Диапазон 1.8 Мгц наиболее трудный для дальних связей. Дальняя связь (свыше 1500-2000 км) возможна только при особом стечении обстоятельств и в течении ограниченного времени преимущественно на рассвете-закате. А связи до 1500 км возможны с наступлением темноты. При расвете диапазон замирает.
Диапазон 3,5 Мгц является ночным диапазоном. В дневное время связь на нем возможна только с ближайшими корреспондентами. С наступлением темноты начинают появляться станции, удаленные на большие расстояния. Через час — два после восхода Солнца диапазон пустеет.
Диапазон 7 Мгц обычно «живет» круглые сутки. Днем на нем можно услышать станции близлежащих районов (летом — на расстоянии 500—600, зимой — 1000—1500 км).
Диапазон 14 Мгц — диапазон, в котором работает основная масса радиолюбителей. Прохождение на нем (за исключением зимних ночей) имеется практически круглые сутки. Особенно хорошее прохождение наблюдается в апреле—мае.
Диапазон 21 Мгц тоже, широко используется коротковолновиками. Прохождение на нём в основном наблюдается в дневные часы. Оно менее устойчиво, чем на 14 Мгц, и может резко меняться.
Диапазон 28 Мгц самый "капризный". День-два отличного прохождения внезапно могут смениться неделей полного его отсутствия. Сигналы радиостанций здесь бывают слышны только в светлое время суток, за исключением отдельных редких случаев аномального распространения радиоволн.
Более полную информацию по поводу КВ радиолюбительских диапазонов можно прочитать на страничке http://www.qso.ru/band.html?1
Распространение сигналов в УКВ диапазонах с точки зрения банальной эрудиции, настолько затейливо для понимания, что перечислять механизмы поведения радиоволн на неоднородностях тропосферы, отражения от приполярных областей ионосферы, метеорных следов, от Луны и вообще всего на свете, у меня не хватит ни терпения, ни соответствующих знаний. Поэтому ограничусь простым описанием из книжки.
Диапазон УКВ позволяет осуществлять радиовещание с очень хорошим качеством, благодаря использованию частотной модуляции. К недостатку УКВ диапазона можно отнести высокое затухание радиоволны. Максимально возможное расстояние до радиостанции не может превышать 100 километров.
Короткая волна не может обогнуть препятствие выше, чем ее длина, поэтому она вынуждена пронизывать это препятствие насквозь. При этом, уровень излучения значительно понижается, что сказывается в месте приема значительным ослаблением громкости радиопередачи. Для того, чтобы максимально увеличить радиус приема, передающие и приемные антенны стараются разместить как можно выше над уровнем земли.
Ультракороткие волны, обозначаемые сокращенно УКВ и называемые также ультравысокими, или сверхвысокими, частотами (УВЧ или СВЧ), занимают особое положение. Они разделяются на следующие диапазоны: метровые волны — от 10 до 1 метра, дециметровые — от 1 метра до 10 см, сантиметровые — от 10 до 1см и, наконец, миллиметровые — от 1см до 1мм. Частоты, соответствующие этим волнам, колоссальны. Например, диапазону сантиметровых волн соответствуют частоты от 3000 до 30000 МГц, то есть от 3 до 30 миллиардов колебаний в секунду! Все эти волны пригодны для связи между радиостанциями, расположенными на поверхности Земли, главным образом на расстояниях не свыше нескольких десятков километров, иногда до 100 — 200 км.
Ультракороткие волны почти не могут огибать земной шар и распространяются главным образом в пределах прямой видимости, то есть при отсутствии каких-либо препятствий между передающей и приемной антеннами. При некоторых условиях иногда связь на УКВ осуществляется и на больших расстояниях. В космических пространствах УКВ могут распространяться на сотни тысяч километров и более. Именно эти волны используются для связи с искусственными спутниками Земли и космическими ракетами. На УКВ удается значительно уменьшить размеры приемников, передатчиков и антенн. Большой диапазон частот позволяет разместить на УКВ огромное количество радиостанций без взаимных помех.
Ультракороткие волны являются единственно пригодными для телевизионного вещания. Прием ультракоротких волны характерен постоянством слышимости, отсутствием замирании, а также уменьшением различных помех. Эти волны, особенно дециметровые и сантиметровые, очень легко можно передавать в одном определенном направлении, как лучи прожектора, что делает их наиболее пригодными для радиолокации. Установлено, что УВЧ оказывают сильное влияние на живые организмы.