Вы когда-нибудь задумывались, почему в FM-диапазоне музыка звучит чище, чем в AM? Почему подводная лодка может получить сигнал, находясь под толщей воды, а ваш смартфон теряет сеть в подвале? И главное — при чем тут микроволновка, которая глушит Wi-Fi, когда греет обед?
Давайте разложим по полкам, что такое радиоволны, какие они бывают и как знание этих диапазонов может пригодиться в жизни и на производстве.
Главные цифры: частота и длина
Вся суть радиосвязи крутится вокруг трех параметров: частоты, длины волны и энергии. Частота (измеряется в герцах, Гц) — это сколько раз в секунду
электрический ток "дергается" в антенне.
- 1 Гц = одно колебание в секунду.
- 1 МГц = миллион колебаний в секунду.
Чем выше частота, тем больше информации можно передать, но тем капризнее
волна. А длина волны — это физическое расстояние между гребнями (пиками) этой волны. Связаны они просто: выше частота — короче волна, и
наоборот.
Теперь пройдемся по всему спектру — от гигантов до карликов.
1. Сверхдлинные волны (СДВ): 3—30 кГц (длина 10—100 км)
Это настоящие монстры. Длина волны — десятки километров. Они спокойно
проходят сквозь соленую воду на глубину до 20 метров и огибают Землю за
счет "волновода" между поверхностью и ионосферой.
Где используются: Только военные и только для связи с подводными лодками. Лодке не нужно всплывать, достаточно выпустить радио буй на 20 метров. Пока все ищут лодку по спутникам, она получает приказ на сверхдлинных.
2. Длинные волны (ДВ): 150—450 кГц (2000—670 м)
Умеют огибать препятствия (холмы, крупные здания), поэтому обеспечивают связь на больших расстояниях. Но есть нюанс: чтобы поймать ДВ-станцию в
квартире, нужна внешняя антенна. Встроенная магнитная в приемнике их
почти не видит.
3. Средние волны (СВ): 500—1600 кГц (600—190 м)
Тут начинается магия. Эти волны умеют отражаться от ионосферы (верхнего слоя атмосферы).
Фишка: Днем ионосфера нагревается солнцем и поглощает эти волны. А ночью
становится "зеркалом". Поэтому дальние радиостанции на средних волнах
(АМ-диапазон) ловятся только после захода солнца. Если вы ехали ночью по
трассе и поймали радио за тысячу километров — это оно.
4. Короткие волны (КВ): 3—30 МГц (100—10 м)
Золотой век радиолюбителей и "голосов из-за бугра". КВ тоже отражаются от
ионосферы, но в отличие от средних — и днем, и ночью. Причем они могут
многократно "скакать": ударились об ионосферу, отразились на Землю, от
Земли снова вверх. Так сигнал уходит за горизонт на тысячи километров.
Мощный передатчик не нужен — достаточно нескольких ватт, чтобы вас
услышали на другом континенте.
5. Ультракороткие волны (УКВ): 30—300 МГц (10—1 м)
Тут начинается зона прямой видимости. УКВ не огибают Землю, не прыгают об
ионосферу, а летят по прямой. Зато они могут огибать мелкие препятствия
(размером в несколько метров) и неплохо проникают сквозь стены.
Где живут: Радио в машине (FM-диапазон), телевидение до прихода цифры, рации.
6. Высокие частоты (сантиметровый диапазон): 300 МГц — 3 ГГц (1—0,1 м)
А вот тут начинается зона ответственности наших с вами гаджетов. Эти
волны уже почти не огибают препятствия, работают только в прямой
видимости, зато могут проникать сквозь стены (хотя и теряют энергию).
Кто живет:
- Сотовая связь
- Wi-Fi
- И микроволновые печи.
Справка для тех, кто боится микроволновок (и Wi-Fi):
Да, микроволновка работает на частоте ~2.45 ГГц. Да, вода (и человек на 60%
состоит из воды) поглощает это излучение и превращает его в тепло. Но
есть два "но":
- Сетка на дверце. Размер ячейки (~1 мм) намного меньше длины волны (12 см). Для волны это как стена — она не проходит.
- Мощность. Микроволновка выдает 600–1200 Вт. Роутер — 0,01–0,1 Вт. В тысячу раз меньше. И этот сигнал рассеивается во все стороны.
Спать в обнимку с роутером, конечно, не стоит (вода есть вода), но паниковать раньше времени тоже не надо.
7. Крайне высокие частоты (миллиметровый диапазон): 3—30 ГГц (1—0,1 см)
Это волны-отшельники. Они отражаются буквально от всего, даже от дождя и листвы. Зато легко проходят сквозь ионосферу в космос.
Использование: Космическая связь (тарелки, которые смотрят на спутники), современные военные радары, автопилоты автомобилей.
AM и FM: в чем разница для уха?
На приемниках до сих пор пишут AM/FM. Это не диапазоны, а способы "наложить звук на волну".
- AM (амплитудная модуляция):
Меняется сила (громкость) сигнала. Проще пареной репы, но любой
грозовой разряд в эфире создает помехи — динамик хрипит и трещит. - FM (частотная модуляция):
Меняется частота сигнала. Технически сложнее, но помехи (гроза,
трамваи) на качество звука почти не влияют. Поэтому в FM музыка звучит
чисто.
Два кита: интерференция и дифракция
Если вы когда-нибудь ходили по комнате с телефоном в поисках Wi-Fi, вы сталкивались с интерференцией.
- Интерференция:
Волны отражаются от стен, складываются друг с другом. Если встретились
два "горба" — сигнал усиливается. Если "горб" встретился с "ямой" —
сигнал гаснет до нуля. Поэтому в одной точке комнаты скорость 100
Мбит/с, а стоит отойти на полметра — 10 Мбит/с. - Дифракция:
Это способность волны огибать препятствие. Чтобы обогнуть дом, волна
должна быть длинной (как ДВ и СВ). Короткая волна (как у 5ГГц Wi-Fi) дом
не обогнет — упрется и замрет
С уважением, команда Эксперт+
Телефон: 8 (800) 200-02-66
E-mail: info@dipaul.ru
Следите за нашими публикациями!