"Радиоволна, через стены, даль
Донесёт до тебя мою печаль"
Рассмотрим диапазон радиоволн и их распространение без сложных формул, данных в учебнике)))
Первым, кто открыл радиоволны, был Никола Тесла, который в условиях недостаточной технической оснащенности не до конца понимал их природу и назвал это явление эфиром (а может и понимал глубже, но об этом официальная наука не распространяется).
Радиоволны создаются проводниками переменного тока, а источниками их бывают как естественные объекты (например, молнии и астрономические тела), так и искусственные излучатели, представляющие собой электрические проводники с переменным током.
Энергия, производимая высокочастотным генератором, распространяется через радиоантенну. Одним из первых работающих источников радиоволн стал радиопередатчик-приемник, созданный Поповым, где высокочастотный генератор сочетался с антенной Герца.
Искусственно созданные радиоволны находят применение в различных областях, включая стационарные и мобильные радары, радиовещание, радиосвязь, спутниковую связь, навигационные и компьютерные системы.
Диапазон радиоволн
Волны радиосвязи имеют частоты в диапазоне от 30 кГц до 3000 ГГц и классифицируются на основе длины волны и частоты. В связи с особенностями распространения, радиоволны делятся на 10 поддиапазонов.
Эти поддиапазоны включают:
- SDV - сверхдлинные волны, обладающие очень низкими частотами,
- LW - длинные волны.
Среднее значение - промежуточные характеристики, не относящиеся к коротким или длинным.
- SW - короткие волны, используемые в различных услугах связи,
- УКВ - ультракороткие волны, широкоупотребляемые в радиовещании и связи,
- МВ - метровые волны, где длина волны составляет несколько метров,
- УВЧ - дециметровые волны,
- СМВ - сантиметровые волны, которые используются, например, в микроволновых связях,
- ММВ - миллиметровые волны, имеющие более высокие частоты,
- SMMW - субмиллиметровые волны, находящиеся на самом высоком конце спектра радиоволн.
Каждый из этих диапазонов имеет свои уникальные характеристики и области применения в различных сферах радиосвязи.
Диапазон радиочастот
Спектр радиоволн делится на поддиапазоны в зависимости от частоты и длины волн. Эти поддиапазоны именуются как
- ELF (чрезвычайно низкий),
- VLF (сверхнизкий),
- LF (инфранизкий),
- MF (низкие частоты),
- HF (высокие частоты),
- VHF (очень высокий),
- UHF (сверхвысокий),
- SHF (сверхвысокая),
- EHF (чрезвычайно высокий). Увеличение частоты радиоволн приводит к уменьшению их длины и наоборот.
Радиоволны в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц имеют название сверхвысокочастотные, что обусловлено их высокой частотой.
Диапазоны обширны и включают различные интервалы, предназначенные для телерадиовещания, морской и космической связи, наземной и авиационной связи, радиолокации и передачи медицинских данных.
Границы между поддиапазонами условны и взаимосвязаны, иногда накладываются друг на друга, что создает непрерывный спектр радиоволн.
Распространение радиоволн
Распространение радиоволн представляет собой передачу энергии через переменное электромагнитное поле в пространстве, причем в вакууме скорость радиоволны равна скорости света.
Влияние окружающей среды может затруднять это распространение, вызывать искажения сигнала и изменять направление волн.
Длинные радиоволны обладают способностью обходить препятствия, благодаря чему они могут распространяться вдоль поверхности земли и воды. Это свойство делает их идеальными для использования в подводных лодках и морских судах, обеспечивая связь в открытом море.
Для радиомаяков и спасательных станций используются волны длиной 600 метров с частотой 500 килогерц.
Связь между длиной волны и частотой влияет на процесс распространения: короткие волны с высокой частотой имеют более прямой путь, тогда как длинные волны с низкой частотой лучше огибают препятствия.
Каждый диапазон радиоволн обладает своими уникальными характеристиками, однако резких изменений на границах диапазонов не наблюдается.
Характеристика распространения
Сверхдлинные и продолговатые волны способны огибать поверхность Земли, распространяясь на тысячи километров через поверхностные лучи.
Средние волны, имея более высокое поглощение, могут передавать сигнал на расстояние 500-1500 километров, особенно когда ионосфера плотная, что позволяет использовать космический луч для связи на большие расстояния.
Короткие волны ограничивают своё распространение малыми дистанциями из-за энергии, поглощаемой поверхностью, но могут многократно отражаться от поверхности Земли и ионосферы, преодолевая при этом большие расстояния.
Ультракороткие волны эффективны для передачи больших объёмов информации, но проникают в космос, что делает их малопригодными для наземной связи; их поверхностные волны излучаются по прямой линии. В оптическом диапазоне возможна передача гигантских объёмов данных, наиболее распространённым является третий диапазон оптических волн, но из-за ослабления сигнала в атмосфере эффективная передача ограничена 5-ю км.
Что влияет на качество радиоволны
На качество приема радиоволн влияет метод направленного излучения, например, работа спутниковой антенны, нацеленной на приемный датчик.
Этот подход значительно продвинул радиоастрономию, способствовал открытиям в научной сфере и стал основой для спутникового вещания и беспроводной передачи данных.
Радиоволны излучает не только Солнце, но и другие планеты, космические туманности и звезды; предполагается наличие мощных радиоисточников за пределами нашей галактики.
Распространение радиоволн зависит от солнечного излучения и погодных условий.
Метровые волны не подвержены влиянию погоды, в то время как сантиметровые волны значительно зависят от влажности и дождя, так как короткие волны могут рассеиваться или поглощаться влагой.
Кроме того, препятствия на пути радиоволн могут привести к затуханию сигнала, ухудшая качество приема.
Примером такого затухания является мерцание изображения телевизора при пролете самолета, когда волны отражаются от его поверхности.
Эти эффекты чаще наблюдаются в городской среде из-за отражений от зданий и высоток.