Domov › Internet › Jaké typy rádiových vln existují? Radiofrekvenční rozsah a jeho využití pro radiokomunikaci. Jak jsou rádiové vlny buzeny?

Jaké typy rádiových vln existují? Radiofrekvenční rozsah a jeho využití pro radiokomunikaci. Jak jsou rádiové vlny buzeny?

Rádiové vlny pronikají do našich těl a do každého milimetru prostoru kolem nás. Bez nich je nemožné si představit život moderního člověka. Kvůli vlnám pronikl do všech oblastí našeho života. Již více než 100 let jsou součástí našich životů a nelze si bez nich představit lidskou existenci.

co to je?

Rádiové vlny - elektro magnetické záření,který se šíří prostorem se zvláštní frekvencí. Slovo "rádio" pochází z latinského slova - paprsek. Jeden z x charakteristika rádiových vln - h A setina vibrací,která se měří v Hertzech. Je tedy pojmenován podle německého jazyka E nogo, fyzik Heinrich Hertz. Přijímal elektromagnetické vlny a studoval jejich vlastnosti. oscilace vln a e E frekvence spolu souvisí. Ten vyšší poslední , tím kratší jsou oscilace.

Příběh

Existuje teorie o čem p Rádiové vlny vznikly v okamžiku velkého třesku. A přestože magnetické vlny existovaly vždy, lidstvo je objevilo relativně nedávno. V roce 1868 je ve svém díle popsal Skot James Maxwell. Poté německý fyzik teoreticky prokázal jejich existenci. Stalo se tak v roce 1887. Od té doby zájem o magnetické vlny nepolevuje. já kaet. Výzkum rádiových vln se provádí v mnoha předních institucích po celém světě.

Oblasti použití rádiové vlny jsou rozsáhlé – patří sem rádio, radarová zařízení, televize, teleskopy, radary a všechny druhy bezdrátové komunikace. Široce používaný jim a v kosmetologii. Internet, televize a telefonování – veškerá moderní komunikace není možná bez magnetických vln.

Rozšířené aplikace rádiových vln

Je to díky studiu tento fenomén , můžeme posílat informace na dálku já . Rádiové vlny se tvoří, když vysokofrekvenční elektrický proud prochází vodičem. Vynález rádia je připisován mnoha lidem e nový pr i psát sami sobě. A téměř v každé zemi se najde génius, kterému vděčíme za tento jedinečný vynález. V naší zemi se věří, že jedním z vynálezců byl Alexander Stepanovič Popov.

Vynález rádia začal zařízením rozhlasového dirigenta Edwarda Branlyho v roce 1890. Tento Francouz vytvořil vlastní zařízení založené na myšlence Heinricha Hertze, Na což bylo, že když elektromagnetická vlna zasáhne rádiové zařízení, vytvoří se jiskra. Zařízení Branly bylo použito pro E ma signál. První, kdo testoval toto zařízení na 40 metrů, byl v roce 1894 Angličan Oliver Lodge. zlepšila E Lodge Mansion. Stalo se tak v roce 1895.

Televize

Aplikace rádiových vln v t. zv televize a má stejný princip. Televizní věže zesilují a vysílají signál na televizory a již byly přeměněny zu vložte je do obrazu. Aplikace rádiových vln v moderních komunikacích vypadá stejně. Jen to vyžaduje hustší retrocerso síť R nyh věže. Tyto věže jsou základnové stanice, které vysílají signál a přijímají jej od účastníka.

Technologie Wi-Fi, která byla vyvinuta v roce 1991, je nyní velmi rozšířená.Její práce se stala možnou po studiu vlastností rádiových vln a jejich využití se výrazně rozšířilo.

Ano je to radar e t reprezentace o tom, co se děje na zemi, na nebi a v moři a ve vesmíru. Princip činnosti je jednoduchý – rádiová vlna vysílaná anténou se odráží od překážky a vrací se zpět jako signál. Počítač zpracovává ho a vydat ho t údaje o velikosti objektu, rychlosti pohybu a směru.

Radary od roku 1950 Používají se také na silnicích k řízení rychlosti aut. To bylo kvůli rostoucí počet aut na silnicích a potřebná kontrola nad nimi . Radar je zařízeníÓ pro dálkové určení rychlosti jedoucího vozidla. Policisté ocenili snadnost použití já Toto zařízení a o pár let později byly radary na všech silnicích světa. Každým rokem byla tato zařízení upravována a vylepšována a dnes existuje obrovské množství typů. Dělí se do dvou skupin: laserové a dopplerovské.

Vlastnosti rádiových vln

Rádiové vlny mají zajímavé vlastnosti:

EPokud se rádiová vlna šíří v jiném prostředí než ve vzduchu, absorbuje energii;
Tdráha vlny je ohnutá, pokud je v nehomogenním prostředí a nazývá se lom rádiové vlny;
PROTIrádiové vlny se šíří v homogenní kouliXiapřímočaré rychlostí závisející na parametrech média a jsou doprovázeny poklesem hustoty energetického toku s rostoucí vzdáleností;
NaKdyž rádiové vlny putují z jednoho média do druhého, jsou odráženy a lámány;
dZlomek je vlastnost rádiové vlny ohýbat se kolem překážky, se kterou se setká na své dráze, ale je zde jedna nezbytná podmínka - velikost překážky musí být úměrná vlnové délce.s.

Typy vln

Rádiové vlny se dělí natřiKategorie:krátký, průměr adlouho. První zahrnují vlny s délkou od10 do 100 m, což umožňuje vytvářet směrové antény. Mohou být pozemské a ionosférické.Byly použity krátké rádiové vlnykomunikace a vysíláníAdlouhé vzdálenosti.

Délka středních vln se obvykle pohybuje od 100 do 1000 m, charakteristické frekvence jsou 526-1606 kHz. Použití středních rádiových vln je implementováno v mnoha vysílacích kanálech v Rusku.

Dlouhá je vlna od 1000 do 10 000 m.TTy nad těmito indikátory se nazývají ultra dlouhé vlny. Tyto vlny mají malé vlastnostičtabsorpce při průchodu pevninou a mořem. ProtoHlavní aplikace dlouhých rádiových vln je inpodvodní a podzemní komunikace. Speciálníjejichvlastnost je stabilitaNaNapětíEmnožství elektrického proudu.

Závěr

Konečně to stojí za tooznačittže studium rádiových vlnEt dodnes.a možná,přineslETlidédosudEspoustu překvapení.

Objev rádiových vln dal lidstvu mnoho příležitostí. Mezi nimi: rádio, televize, radary, radioteleskopy a bezdrátové komunikace. To vše nám usnadnilo život. Pomocí rádia mohou lidé vždy požádat o pomoc záchranáře, lodě a letadla mohou vyslat nouzový signál a vy můžete zjistit, co se děje ve světě.

Vytváření elektromagnetických vln experimentálně patří fyziku Hertzovi. K tomu Hertz použil vysokofrekvenční jiskřiště (Vibrátor). Hertz provedl tento experiment v roce 1888. Vibrátor se skládal ze dvou tyčí oddělených jiskřištěm. Hertz experimentoval s vlnami o frekvenci 100 000 000 Hz. Po výpočtu vlastní frekvence elektromagnetických kmitů vibrátoru byl Hertz schopen určit rychlost elektromagnetické vlny pomocí vzorce υ = λν. Ukázalo se, že je přibližně stejná jako rychlost světla: c = 300 000 km/s .

Rádiové vlny– jedná se o elektromagnetické kmity šířící se prostorem rychlostí světla (300 000 km/sec). Mimochodem, k elektromagnetickým vlnám patří i světlo, což určuje jejich velmi podobné vlastnosti (odraz, lom, útlum atd.).
Rádiové vlny přenášejí energii vyzařovanou elektromagnetickým oscilátorem prostorem. A rodí se při změně elektrického pole, například při průchodu střídavého elektrického proudu vodičem nebo při přeskakování jisker prostorem, tzn. sérii rychle po sobě následujících proudových impulsů.
Elektromagnetické záření je charakterizováno frekvencí, vlnovou délkou a výkonem přenášené energie. Frekvence elektromagnetických vln ukazuje, kolikrát za sekundu se změní směr elektrického proudu v zářiči, a tedy kolikrát za sekundu se změní velikost elektrického a magnetického pole v každém bodě prostoru. Frekvence se měří v hertzech (Hz), což je jednotka pojmenovaná po velkém německém vědci Heinrichu Rudolfu Hertzovi. 1 Hz je jedna vibrace za sekundu, 1 megahertz (MHz) je milion vibrací za sekundu. S vědomím, že rychlost elektromagnetických vln je rovna rychlosti světla, můžeme určit vzdálenost mezi body v prostoru, kde je elektrické (nebo magnetické) pole ve stejné fázi. Tato vzdálenost se nazývá vlnová délka. Vlnová délka (v metrech) se vypočítá pomocí vzorce: nebo přibližně kde ¦ je frekvence elektromagnetického záření v MHz.

Nejjednodušším případem je šíření rádiové vlny ve volném prostoru. Již v malé vzdálenosti od rádiového vysílače jej lze považovat za bod. A pokud ano, pak lze frontu rádiových vln považovat za sférickou. Pokud mentálně sledujeme několik koulí obklopujících rádiový vysílač, je jasné, že při absenci absorpce zůstane energie procházející koulemi nezměněna. No, povrch koule je úměrný druhé mocnině poloměru. To znamená, že intenzita vlny, tj. energie na jednotku plochy za jednotku času, se bude snižovat, jak se vzdaluje od zdroje v nepřímé úměrnosti ke druhé mocnině vzdálenosti.

Jak se šíří rádiové vlny?

Rozsah

S přihlédnutím k charakteristikám šíření, generování a (částečně) záření se celý rozsah rádiových vln obvykle dělí na řadu menších rozsahů: ultra dlouhé vlny, dlouhé vlny, střední vlny, krátké vlny, metrové vlny, decimetrové vlny , centimetrové vlny, milimetrové vlny a submilimetrové vlny (tabulka 1). Rozdělení rádiových frekvencí do rozsahů v radiokomunikacích je stanoveno mezinárodními radiokomunikačními předpisy (tabulka 2). To vše jsou oficiální, jasně ohraničené úseky spektra.
Zároveň lze termín „pásmo“ v závislosti na kontextu použít k označení libovolného úseku rádiových vln/rádiových frekvencí (například „amatérské pásmo“, „pásmo mobilní komunikace“, „pásmo nízkého pásma, “ „pásmo 2,4 GHz“ a tak dále.)

Stůl 1.- Rozdělení celého rozsahu rádiových vln do menších pásem.

Stůl 2.1.- Rádiofrekvenční rozsah

Název rozsahu	Hranice rozsahu
základní termín	paralelní termín
1. frekvenční rozsah 2. frekvenční rozsah 3. frekvenční rozsah 4. frekvenční rozsah 5. frekvenční rozsah 6. frekvenční rozsah 7. frekvenční rozsah 8. frekvenční rozsah 9. frekvenční rozsah 10. frekvenční rozsah 11. frekvenční rozsah 12. frekvenční rozsah	Extrémně nízký ELF Ultra nízký VLF Infra-nízká VLF Velmi nízké VLF Nízké frekvence LF Střední frekvence Vysokofrekvenční HF Velmi vysoká VHF Ultra vysoké UHF Ultra vysoká mikrovlnná trouba Extrémně vysoké EHF Hyper vysoká frekvence	3-30 Hz 30-300 Hz 0,3-3 kHz 3-30 kHz 30-300 kHz 0,3-3 MHz 3-30 MHz 30-300 MHz 0,3-3 GHz 3-30 GHz 30-300 GHz 0,3-3 THz

Stůl 2.2. - Rozsah rádiových vln

Dynamický rozsah
Dynamický rozsah rádiového přijímacího zařízení je poměr maximální přípustné úrovně přijímaného signálu (normalizovaného úrovní nelineárního zkreslení) k minimální možné úrovni přijímaného signálu (určené citlivostí zařízení), vyjádřený v decibely. Jinými slovy, toto je rozdíl mezi maximálními a minimálními hodnotami úrovní signálu, při kterých ještě není pozorováno zkreslení. Příčinou těchto zkreslení je nelinearita zesilovací cesty příslušného zařízení. Čím širší je DD, tím silnější signály může zařízení přijímat bez zkreslení. Dynamický rozsah je u drahých přijímačů širší, i když je v tomto parametru téměř nemožné srovnávat, protože v charakteristikách je uveden velmi zřídka.

Alokace spektra

Rádiové vlny (rádiové frekvence) používané v radiotechnice zabírají oblast, nebo více vědecky, spektrum od 10 000 m (30 kHz) do 0,1 mm (3 000 GHz). Toto je pouze část obrovského spektra elektromagnetických vln. Rádiové vlny (v klesající délce) jsou následovány tepelnými nebo infračervenými paprsky. Po nich následuje úzký úsek vln viditelného světla, pak spektrum ultrafialového, rentgenového a gama záření – to vše jsou elektromagnetické vibrace stejné povahy, liší se pouze vlnovou délkou a tedy frekvencí. Přestože je celé spektrum rozděleno do regionů, hranice mezi nimi jsou předběžně načrtnuty. Oblasti na sebe plynule navazují, přetvářejí se jedna v druhou a v některých případech se překrývají. Podle mezinárodních dohod je celé spektrum rádiových vln používaných v rádiové komunikaci rozděleno do rozsahů:

Prameny

Rádiová emise ze Slunce. Rádiová emise ze Slunce byla zaznamenána s vlnovými délkami od několika milimetrů do 30 m. Záření je obzvláště silné v rozsahu metrů. rodí se v horních vrstvách atmosféry Slunce, v jeho koróně, kde je teplota asi 1 milion K. Krátkovlnné záření ze Slunce je poměrně slabé; vychází z chromosféry, která se nachází nad viditelným povrchem Slunce – fotosférou.

Rádiové vlny jsou druhem elektromagnetických vln, jejichž existenci předpověděl v roce 1864 britský fyzik, matematik a mechanik James Clerk Maxwell, autor teorie elektromagnetického pole.

Maxwellova teorie

James Clerk Maxwell

Shrnutím výsledků výzkumu provedeného před ním v oblasti elektrických a magnetických polí Maxwell navrhl, že střídavá magnetická pole generují elektrická pole a střídavá elektrická pole generují magnetická pole atd. Nejprve je jedno z těchto polí vytvořeno nějakým vnějším zdrojem a poté, když se navzájem objeví, jako by se oddělily od původního zdroje a existovaly nezávisle na něm a šíří se dále v prostoru ve formě elektromagnetických vln.

Slavnému vědci bohužel nebylo souzeno experimentálně potvrdit svou brilantní teorii, která sjednocovala popis všech jevů elektřiny a magnetismu. Později to udělal jiný vědec.

Hertzův experiment

Heinrich Rudolf Hertz

Existenci elektromagnetického vlnění poprvé v praxi prokázal v roce 1887 německý fyzik Heinrich Rudolf Hertz, který v té době působil jako profesor fyziky na Technické univerzitě v Karlsruhe. Je třeba říci, že Hertz tento experiment vůbec neprovedl proto, že by souhlasil s Maxwellem. Naopak předpokládal, že se Maxwell mýlil a že elektromagnetické vlny ve skutečnosti neexistují. Tohle chtěl dokázat.

Podle Maxwellovy teorie mohou být zdrojem elektromagnetického vlnění oscilující elektrické částice. K tomuto účelu se používá jednoduchý oscilační obvod, skládající se z kondenzátoru a induktoru.

Emitorem elektromagnetických vln (pokud existují) v prvním Hertzově experimentu měl být elektrický výboj vznikající mezi dvěma mosaznými kuličkami upevněnými na koncích kovových tyčí. V experimentální instalaci byly kuličky, které fungovaly jako kondenzátor, odděleny malou mezerou a samotné tyče byly navzájem spojeny indukční cívkou. V koulích se nahromadily elektrické náboje.

Ve vzdálenosti několika metrů od prvního okruhu byl druhý okruh, nespojený s prvním a představující otevřený drátěný prstenec se stejnými mosaznými kuličkami na koncích a se stejným jiskřištěm jako v prvním okruhu. Byl to nejjednodušší rezonátor – zařízení na zachycování elektromagnetických vln.

V určité chvíli mezi kuličkami primárního okruhu přeskočily jiskry. A pokud v přírodě nejsou žádné elektromagnetické vlny, nemělo by docházet k výboji ve druhém okruhu. Ale během experimentu se takový výboj objevil i mezi kuličkami druhého okruhu. To znamenalo, že elektromagnetické vlny stále existují. A jejich energie může být přenášena bezdrátově.

Hertzův experiment v detekci elektromagnetických vln

Hertz provedl řadu experimentů, které potvrdily Maxwellovu teorii. Zjistil, že rychlost šíření elektromagnetických vln ve vakuu se rovná rychlosti světla. Navíc studiem šíření těchto vln dokázal, že se chovají stejně jako světelné vlny a řídí se zákony odrazu a lomu.

Netušil ale, jak by se to dalo uplatnit v praxi. A své objevy považoval za naprosto zbytečné. "Maestro Maxwell měl pravdu," řekl Hertz studentům. "Elektromagnetické vlny existují, ale očima je nevidíme." A na otázku "Co dál?" odpověděl: "Předpokládám, že to nic není."

Ve vědecké komunitě byl Hertzův objev nazýván začátkem nové „elektrické éry“.

Následně byla z celého spektra elektromagnetických vln izolována řada rádiových vln, které se začaly využívat pro vysílání rádiových signálů.

Rozsah rádiových vln

Tabulka dosahu rádiových vln

Všechny elektromagnetické vlny se pohybují ve vakuu rychlostí rovnou rychlosti světla. Liší se vlnovou délkou nebo frekvencí. Není mezi nimi ostrá hranice. Jeden typ elektromagnetických vln plynule přechází v jiný.

V závislosti na vlnové délce se celé spektrum elektromagnetických vln konvenčně dělí na gama záření, rentgenové záření, viditelné světlo, infračervené záření a rádiové vlny.

Nejkratší vlnovou délku má gama záření, pouze 2·10−10 m. Všechny elektromagnetické vlny, jejichž délka přesahuje vlnovou délku infračerveného světla a je v rozsahu od 1 mm do 100 km, jsou klasifikovány jako rádiové vlny. Jedná se o elektromagnetické vlny, které se používají v radiotechnice. Jejich frekvence se pohybuje od 3 kHz do 300 GHz.

Podle mezinárodních dohod je celé spektrum rádiových vln rozděleno do těchto rozsahů: decimilimetr, milimetr, centimetr, decimetr, metr, dekametr, hektometr, kilometr, myriametr.

Milimetrové vlny

Nazývají se vlny o délce od 1 mm do 1 cm milimetr. Jejich frekvence se pohybuje od 30 do 300 GHz a je tzv extrémně vysoký(EHF). Takové vlny se používají v radaru, vesmírné komunikaci a radioastronomii.

Spektrum rádiových vln používaných pro rozhlasové vysílání se obvykle dělí na ultra krátké, krátké, střední, dlouhé a ultra dlouhé vlny.

Ultrakrátké vlny

NA ultrakrátké zahrnují centimetrové, decimetrové a metrové vlny.

Vlny o délkách od 1 cm do 10 cm a frekvencích od 3 do 30 GHz ( ultra vysoké frekvence EHF) se nazývají centimetr. Tento rozsah se používá pro přenos dat vzduchem v satelitních komunikačních kanálech, bezdrátových Wi-Fi počítačových sítích, v radarové a rádiové komunikaci.

Vlny o vlnové délce v rozsahu od 10 cm do 1 m, frekvenci 300-3000 MHz jsou tzv. decimetr, a jejich četnost ultra vysoká frekvence(UHF). Používají se v radiokomunikacích, televizi, vysílačkách, mobilních telefonech a mikrovlnných troubách.

Nazývají se vlny, jejichž délka se pohybuje od 1 m do 10 m Metr. Nejčastěji se používají pro radiokomunikaci, televizní a rozhlasové vysílání na krátké vzdálenosti.

Krátké vlny

Krátký vlny jsou vlny v rozsahu od 10 do 100 m Jsou tzv dekametr vlny.

Střední vlny

Průměrná, popř hektometr, vlny zabírají rozsah od 100 m do 1 km.

Dlouhé vlny

Dlouho nebo kilometr, vlny se pohybují od 1 km do 10 km.

Krátké, střední a dlouhé rádiové vlny se používají v rozhlasovém vysílání a rádiové komunikaci.

Ultra dlouhé vlny

Volají se všechny rádiové vlny, jejichž délka přesahuje 10 km extra dlouhé. Dělí se na myriametr (vlnová délka od 10 km do 100 km), hektokilometr (v rozsahu od 100 km do 1000 km), megametr (od 1000 km do 10 000 km) a dekamegametr (od 10 000 km do 100 000 km).

Ke komunikaci s ponorkami se používají ultra dlouhé rádiové vlny.

Decimilimetrové vlny

Samostatně je třeba říci o d ecimilimetr vlny. Takový jsou uvažovány vlny o délce 0,1 mm až 1 mm. Jsou také tzv submilimetr. Jedná se o druh elektromagnetického záření, jehož frekvenční spektrum se nachází mezi infračerveným a ultravysokofrekvenčním zářením včetně rozsahu decimetrových, centimetrových a milimetrových rádiových vln. Přestože podle mezinárodní klasifikace patří mezi rádiové vlny, používá se především v medicíně a bezpečnostních systémech. Na rozdíl od rentgenu je pro lidský organismus bezpečný, proto se používá v přístrojích pro snímání orgánů lidského těla. Na letištích se používá k „prověřování“ zavazadel cestujících. Ve fyzice se mu říká terahertzové záření kvůli jeho vysoké frekvenci, která se nachází v rozsahu 10 11 -10 13 Hz.

Vážení čtenáři!
Zveřejnění tohoto dokumentu nepřináší žádný komerční zisk. Takové dokumenty ale přispívají k odbornému i duchovnímu růstu čtenářů a jsou reklamou na papírová vydání takových dokumentů. Všechna práva vyhrazena držiteli autorských práv.
Za obsah článku odpovídají autoři.

Co jsou rádiové vlny

Rádiové vlny jsou elektromagnetické vlny, které se šíří vesmírem rychlostí světla (300 000 km/s). Mimochodem, k elektromagnetickým vlnám patří i světlo, což určuje jejich velmi podobné vlastnosti (odraz, lom, útlum atd.).
Rádiové vlny přenášejí energii vyzařovanou elektromagnetickým oscilátorem prostorem. A rodí se při změně elektrického pole, například při průchodu střídavého elektrického proudu vodičem nebo při přeskakování jisker prostorem, tzn. sérii rychle po sobě následujících proudových impulsů.
Elektromagnetické záření je charakterizováno frekvencí, vlnovou délkou a výkonem přenášené energie. Frekvence elektromagnetických vln ukazuje, kolikrát za sekundu se změní směr elektrického proudu v zářiči, a tedy kolikrát za sekundu se změní velikost elektrického a magnetického pole v každém bodě prostoru. Frekvence se měří v hertzech (Hz) – jednotkách pojmenovaných po velkém německém vědci Heinrichu Rudolfu Hertzovi. 1 Hz je jedna vibrace za sekundu, 1 megahertz (MHz) je milion vibrací za sekundu. S vědomím, že rychlost elektromagnetických vln je rovna rychlosti světla, můžeme určit vzdálenost mezi body v prostoru, kde je elektrické (nebo magnetické) pole ve stejné fázi. Tato vzdálenost se nazývá vlnová délka. Vlnová délka (v metrech) se vypočítá pomocí vzorce: nebo přibližně kde ¦ je frekvence elektromagnetického záření v MHz.

Ze vzorce je zřejmé, že např. frekvenci 1 MHz odpovídá vlnová délka cca. 300 m Jak se frekvence zvyšuje, vlnová délka klesá, s poklesem - hádejte sami. V budoucnu se ujistíme, že znalost vlnové délky je velmi důležitá při výběru antény pro rádiový systém, protože na ní přímo závisí délka antény. Elektromagnetické vlny se volně šíří vzduchem nebo vnějším prostorem (vakuem). Pokud se však na dráze vlny setká kovový drát, anténa nebo jakékoli jiné vodivé těleso, odevzdají mu svou energii, čímž v tomto vodiči způsobí střídavý elektrický proud. Ale ne všechna vlnová energie je absorbována vodičem, její část se odráží od povrchu. To je mimochodem základ pro použití elektromagnetických vln v radaru. Další užitečnou vlastností elektromagnetických vln (stejně jako jakýchkoli jiných vln) je jejich schopnost ohýbat se kolem těles v jejich dráze. Ale to je možné pouze tehdy, když jsou rozměry těla menší než vlnová délka nebo s ní srovnatelné. Například, aby bylo možné detekovat letadlo, musí být délka rádiové vlny lokátoru menší než její geometrické rozměry (méně než 10 m). Pokud je těleso delší než vlnová délka, může ho odrážet. Ale to se nemusí odrážet - vzpomeňte si na americký stealth letoun "Stealth".
Energie přenášená elektromagnetickými vlnami závisí na výkonu generátoru (emitoru) a vzdálenosti k němu. Vědecky to zní takto: tok energie na jednotku plochy je přímo úměrný síle záření a nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti k zářiči. To znamená, že dosah komunikace závisí na výkonu vysílače, ale v mnohem větší míře na vzdálenosti k němu. Například tok energie elektromagnetického záření ze Slunce na povrch Země dosahuje 1 kilowatt na metr čtvereční a tok energie středovlnné rozhlasové stanice je pouze tisíciny a dokonce miliontiny wattu na metr čtvereční.

Alokace spektra

Rozsah frekvence	Název rozsahu (zkrácený název)	název vlnový rozsah	Vlnová délka
3–30 kHz	Velmi nízké frekvence (VLF)	Myriametr	100-10 km
30–300 kHz	Nízké frekvence (LF)	Kilometr	10–1 km
300–3000 kHz	Střední frekvence (MF)	Hektometrické	1–0,1 km
3–30 MHz	Vysoké frekvence (HF)	Dekametr	100–10 m
30–300 MHz	Velmi vysoké frekvence (VHF)	Metr	10–1 m
300–3000 MHz	Ultra vysoká frekvence (UHF)	decimetr	1–0,1 m
3–30 GHz	Ultravysoké frekvence (mikrovlnná trouba)	Centimetr	10–1 cm
30–300 GHz	Extrémně vysoké frekvence (EHF)	Milimetr	10–1 mm
300–3000 GHz	Hyper vysoké frekvence (HHF)	decimilimetr	1–0,1 mm

Příklad rozdělení spektra mezi různé služby.
Toto členění je značně matoucí, proto mnoho služeb používá vlastní „interní“ terminologii. Obvykle se při určování rozsahů přidělených pro pozemní mobilní komunikace používají následující názvy:

Období	Rozsah frekvence	Vysvětlivky
Krátkovlnný rozsah (HF)	2–30 MHz	Vzhledem k povaze distribuce v používá se hlavně pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti.
« CB »	25,6–30,1 MHz	Civilní rozsah, ve kterém mohou používat soukromou komunikaci. V z různých zemí v této oblasti 40 až 80 pevných frekvencí (kanálů).
« Nízké pásmo"	33–50 MHz	Není jasné proč, ale v ruštině tomu tak není našel termín, který to definuje rozsah.
VHF	136–174 MHz	Nejběžnější rozsah mobilní pozemní komunikace.
DCV	400–512 MHz	Rozsah mobilních pevných komunikací. Někdy tato oblast není identifikována samostatný rozsah, ale říkají VHF, což znamená frekvenční pásmo od 136 do 512 MHz.
"800 MHz"	806–825 a 851–870 MHz	Tradiční "americká" řada; široce používané mobilní komunikací v USA. Moc jsme toho nedostali rozdělení.

Oficiální názvy frekvenčních rozsahů by neměly být zaměňovány s názvy sekcí přidělených různým službám. Stojí za zmínku, že hlavní světoví výrobci zařízení pro mobilní pozemní komunikaci vyrábějí modely navržené pro provoz v těchto konkrétních oblastech.
V budoucnu budeme hovořit o vlastnostech rádiových vln ve vztahu k jejich využití v pozemních mobilních radiokomunikacích.

Jak rádiové vlny se šíří

Rádiové vlny jsou vyzařovány anténou do prostoru a šíří se jako energie elektromagnetického pole. A i když je povaha rádiových vln stejná, jejich schopnost šíření silně závisí na vlnové délce.
Země je vodičem elektřiny pro rádiové vlny (i když ne moc dobrý). Rádiové vlny, které procházejí nad zemským povrchem, postupně slábnou. To je způsobeno tím, že elektromagnetické vlny vybudí elektrické proudy na povrchu země, které spotřebují část energie. Tito. energie je absorbována zemí, a to čím více, tím kratší je vlnová délka (vyšší frekvence). Vlnová energie navíc slábne také proto, že se záření šíří do všech směrů prostoru a tedy čím dále je přijímač od vysílače, tím méně energie dopadá na jednotku plochy a tím méně se jí dostává do antény.
Přenosy z dlouhovlnných vysílacích stanic lze přijímat na vzdálenosti až několika tisíc kilometrů a úroveň signálu klesá plynule, bez skoků. Stanice se středními vlnami lze slyšet v dosahu tisíců kilometrů. Pokud jde o krátké vlny, jejich energie se vzdáleností od vysílače prudce klesá. To vysvětluje skutečnost, že na úsvitu rozvoje rádia se pro komunikaci používaly hlavně vlny od 1 do 30 km. Vlny kratší než 100 metrů byly obecně považovány za nevhodné pro dálkovou komunikaci.
Další studie krátkých a ultrakrátkých vln však ukázaly, že se rychle zeslabují, když se pohybují blízko zemského povrchu. Když záření směřuje nahoru, krátké vlny se vracejí zpět.
Již v roce 1902 anglický matematik Oliver Heaviside a americký elektroinženýr Arthur Edwin Kennelly téměř současně předpověděli, že nad Zemí je ionizovaná vrstva vzduchu – přirozené zrcadlo, které odráží elektromagnetické vlny. Tato vrstva se nazývala ionosféra. Ionosféra Země měla umožnit zvětšit rozsah šíření rádiových vln na vzdálenosti přesahující zorný úhel. Tento předpoklad byl experimentálně prokázán v roce 1923. Radiofrekvenční impulsy byly vysílány svisle nahoru a vracející se signály byly přijímány. Měření doby mezi odesláním a příjmem impulsů umožnilo určit výšku a počet odrazových vrstev.

Šíření dlouhých a krátkých vln.

Po odrazu od ionosféry se krátké vlny vracejí na Zemi a zanechávají pod ní stovky kilometrů „mrtvé zóny“. Po cestě do ionosféry a zpět se vlna „neuklidní“, ale odráží se od povrchu Země a opět se řítí do ionosféry, kde se znovu odráží atd. Mnohonásobně odražené rádio vlna může několikrát oběhnout zeměkouli.
Bylo zjištěno, že výška odrazu závisí především na vlnové délce. Čím kratší je vlna, tím vyšší je výška, ve které se odráží, a tím větší je „mrtvá zóna“. Tato závislost platí pouze pro krátkovlnnou část spektra (cca do 25–30 MHz). Pro kratší vlnové délky je ionosféra průhledná. Vlny jím pronikají a jdou do vesmíru.
Obrázek ukazuje, že odraz závisí nejen na frekvenci, ale také na denní době. Je to dáno tím, že ionosféra je ionizována slunečním zářením a s nástupem tmy postupně ztrácí svou odrazivost. Stupeň ionizace závisí také na sluneční aktivitě, která se mění v průběhu roku a rok od roku v sedmiletém cyklu.

Reflexní vrstvy ionosféry a šíření krátkých vln
v závislosti na frekvenci a denní době.

Šíření krátkých a ultrakrátkých vln.

VHF rádiové vlny mají vlastnosti více podobné světelným paprskům. Prakticky se neodrážejí od ionosféry, velmi mírně se ohýbají kolem zemského povrchu a šíří se v zorném poli. Proto je dosah ultrakrátkých vln krátký. To má ale jednoznačnou výhodu pro rádiovou komunikaci. Protože v rozsahu VHF
Vzhledem k tomu, že se vlny šíří v rámci viditelnosti, mohou být radiostanice umístěny ve vzdálenosti 150–200 km od sebe bez vzájemného ovlivňování. To umožňuje sousedním stanicím znovu používat stejnou frekvenci.
Vlastnosti rádiových vln v rozsahu DCV a 800 MHz jsou ještě bližší světelným paprskům, a proto mají další zajímavou a důležitou vlastnost. Připomeňme si, jak funguje baterka. Světlo z žárovky umístěné v ohnisku reflektoru se shromažďuje do úzkého svazku paprsků, který může být
poslat libovolným směrem. Totéž lze udělat s vysokofrekvenčními rádiovými vlnami. Mohou být shromažďovány anténními zrcadly a vysílány v úzkých paprskech. Pro nízkofrekvenční vlny není možné takovou anténu postavit, protože její rozměry by byly příliš velké (průměr zrcadla musí být mnohem větší než vlnová délka). Možnost směrovaného vyzařování vln umožňuje zvýšit účinnost komunikačního systému.
To je způsobeno skutečností, že úzký paprsek poskytuje menší rozptyl energie do strany
směrů, což umožňuje použití méně výkonných vysílačů pro dosažení daného komunikačního dosahu. Směrové záření vytváří menší interferenci s jinými komunikačními systémy, které nejsou v dosahu paprsku.
Příjem rádiových vln může také využívat směrové záření. Mnozí znají například parabolické satelitní antény, které zaměřují vyzařování satelitního vysílače do bodu, kde je instalován přijímací senzor. Použití směrových přijímacích antén v radioastronomii umožnilo učinit mnoho zásadních vědeckých objevů. Schopnost zaměřit vysokofrekvenční rádiové vlny zajistila jejich široké použití v radaru, radioreléové komunikaci, satelitním vysílání, bezdrátovém přenosu dat atd.

Parabolické směrové antény.

Je třeba si uvědomit, že s klesající vlnovou délkou se zvyšuje jejich útlum a absorpce v atmosféře. Zejména na šíření vln kratších než 1 cm začínají ovlivňovat takové jevy, jako je mlha, déšť, oblačnost, které se mohou stát vážným rušením, které značně omezuje dosah komunikace.
Zjistili jsme, že rádiové vlny mají různé vlastnosti šíření a každá část tohoto rozsahu se používá tam, kde lze nejlépe využít jejích výhod.

Radiofrekvenční rozsah a jeho využití pro radiokomunikaci

2.1 Základy rádiového šíření

Rádiové komunikace zajišťují přenos informací na dálku pomocí elektromagnetických vln (rádiových vln).

Rádiové vlny přenášejí energii vyzařovanou elektromagnetickým oscilátorem prostorem. A rodí se při změně elektrického pole, například při průchodu střídavého elektrického proudu vodičem nebo při přeskakování jisker prostorem, tzn. sérii rychle po sobě následujících proudových impulsů.

Rýže. 2.1 Struktura elektromagnetické vlny.

Elektromagnetické záření je charakterizováno frekvencí, vlnovou délkou a výkonem přenášené energie. Frekvence elektromagnetických vln ukazuje, kolikrát za sekundu se změní směr elektrického proudu v zářiči, a tedy kolikrát za sekundu se změní velikost elektrického a magnetického pole v každém bodě prostoru.

Frekvence se měří v hertzech (Hz), což je jednotka pojmenovaná po velkém německém vědci Heinrichu Rudolfu Hertzovi. 1Hz je jedna vibrace za sekundu, 1 MegaHertz (MHz) je milion vibrací za sekundu. S vědomím, že rychlost elektromagnetických vln je rovna rychlosti světla, můžeme určit vzdálenost mezi body v prostoru, kde je elektrické (nebo magnetické) pole ve stejné fázi. Tato vzdálenost se nazývá vlnová délka.

Vlnová délka (v metrech) se vypočítá podle vzorce:

nebo přibližně

kde f je frekvence elektromagnetického záření v MHz.

Ze vzorce je zřejmé, že např. frekvenci 1 MHz odpovídá vlnová délka cca 300 m S rostoucí frekvencí se vlnová délka zmenšuje a s klesající frekvencí roste.

Elektromagnetické vlny se volně šíří vzduchem nebo vnějším prostorem (vakuem). Pokud se však na dráze vlny setká kovový drát, anténa nebo jakékoli jiné vodivé těleso, odevzdají mu svou energii, čímž v tomto vodiči způsobí střídavý elektrický proud. Ale ne všechna vlnová energie je absorbována vodičem, její část se odráží od povrchu. To je mimochodem základ pro použití elektromagnetických vln v radaru.

Další užitečnou vlastností elektromagnetických vln (stejně jako jakýchkoli jiných vln) je jejich schopnost ohýbat se kolem těles v jejich dráze. Ale to je možné pouze tehdy, když jsou rozměry těla menší než vlnová délka nebo s ní srovnatelné. Například, aby bylo možné detekovat letadlo, musí být délka rádiové vlny lokátoru menší než její geometrické rozměry (méně než 10 m). Pokud je těleso delší než vlnová délka, může ho odrážet. Ale nemusí se to odrážet – pamatujte na „Stealth“.

Energie nesená elektromagnetickým vlněním závisí na výkonu generátoru (emitoru) a vzdálenosti k němu, tzn. tok energie na jednotku plochy je přímo úměrný výkonu záření a nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti k zářiči. To znamená, že dosah komunikace závisí na výkonu vysílače, ale v mnohem větší míře na vzdálenosti k němu.

Například tok energie elektromagnetického záření ze Slunce na povrch Země dosahuje 1 kilowatt na metr čtvereční a tok energie středovlnné rozhlasové stanice je pouze tisíciny a dokonce miliontiny wattu na metr čtvereční.

2.2 Přidělení rádiového spektra

Rádiové vlny (rádiové frekvence) používané v radiotechnice zaujímají spektrum od 10 000 m (30 kHz) do 0,1 mm (3 000 GHz). Toto je pouze část obrovského spektra elektromagnetických vln. Rádiové vlny (v klesající délce) jsou následovány tepelnými nebo infračervenými paprsky. Po nich následuje úzký úsek vln viditelného světla, pak spektrum ultrafialového, rentgenového a gama záření – to vše jsou elektromagnetické vibrace stejné povahy, liší se pouze vlnovou délkou a tedy frekvencí.

Přestože je celé spektrum rozděleno do regionů, hranice mezi nimi jsou předběžně načrtnuty. Oblasti na sebe plynule navazují, přetvářejí se jedna v druhou a v některých případech se překrývají.

Tyto dosahy jsou však velmi rozsáhlé a dále jsou rozděleny do sekcí, které zahrnují tzv. vysílací a televizní dosahy, dosahy pro pozemní a letectví, kosmické a námořní komunikace, pro přenos dat a lékařství, pro radary a radionavigaci atd. . Každé rádiové službě je přidělena vlastní část spektra nebo pevné frekvence. Ve skutečnosti se pro účely rádiové komunikace používají oscilace ve frekvenčním rozsahu od 10 kHz do 100 GHz. Využití konkrétního frekvenčního rozsahu pro komunikaci závisí na mnoha faktorech, zejména na podmínkách šíření rádiových vln různých rozsahů, požadovaném komunikačním dosahu, proveditelnosti hodnot výkonu vysílače ve zvoleném frekvenčním rozsahu atd.

Podle mezinárodních dohod je celé spektrum rádiových vln používaných v rádiové komunikaci rozděleno do rozsahů (tabulka 1):

stůl 1

Ne.	Název rozsahu			Limity rozsahu
Ne.	Vlny	Zastaralé termíny	Frekvence	Rádiové vlny	Frekvence
1	Měřič DKMGMVDecaMega		Extrémně nízké frekvence (ELF)	100 000-10 000 km	3-30 Hz
2	MGMVMegametr		Ultra nízké frekvence (ELF)	10.000-1.000 km	30-3000 Hz
3	GCMMVHektakilometr		Infra-nízké frekvence (ILF)	1000-100 km	0,3-3 kHz
4	MRMVMmyriametr	PŘIDAT	Velmi nízká frekvence (VLF) VLF	100-10 km	3-30 kHz
5	KMVKilometr	Dálný východ	Nízkofrekvenční (LF) LF	10-1 km	30-300 kHz
6	GCMVHektametr	NE	Střední frekvence (MF) VF	1000-100m	0,3-3 MHz
7	DKMVDekametr	HF	Vysokofrekvenční (HF) HF	100-10m	3-30 MHz
8	MVMeter	VHF	Velmi vysoká frekvence (VHF) VHF	10-1m	30-300 MHz
9	DCMVDecimetr	VHF	Ultra vysoké frekvence (UHF) UHF	10-1 dm	0,3-3 GHz
10	SMVCentimetr	VHF	Ultra vysoké frekvence (mikrovlnná) SHF	10-1 cm	3-30 GHz
11	MMVMilimetr	VHF	Extrémně vysoké frekvence (EHF) EHF	10-1 mm	30-300 GHz
12	DCMMVDecimillie- Metr Submilli- Metr	SUMMV	Hyper vysoké frekvence (HHF)	1-0,1 mm	0,3-3 THz
13	Světlo			< 0,1 мм	> 3 THz

Rýže. 2.2 Příklad přidělení spektra mezi různé služby.

Země je vodičem elektřiny pro rádiové vlny (i když ne moc dobrý). Rádiové vlny, které procházejí nad zemským povrchem, postupně slábnou. To je způsobeno tím, že elektromagnetické vlny vybudí elektrické proudy na povrchu země, které spotřebují část energie. Tito. energie je absorbována zemí, a to čím více, tím kratší je vlnová délka (vyšší frekvence).

Vlnová energie navíc slábne také proto, že se záření šíří do všech směrů prostoru a tedy čím dále je přijímač od vysílače, tím méně energie dopadá na jednotku plochy a tím méně se jí dostává do antény.

Přenosy z dlouhovlnných vysílacích stanic lze přijímat na vzdálenosti až několika tisíc kilometrů a úroveň signálu klesá plynule, bez skoků. Stanice se středními vlnami lze slyšet v dosahu tisíců kilometrů. Pokud jde o krátké vlny, jejich energie se vzdáleností od vysílače prudce klesá. To vysvětluje skutečnost, že na úsvitu rozvoje rádia se pro komunikaci používaly hlavně vlny od 1 do 30 km. Vlny kratší než 100 metrů byly obecně považovány za nevhodné pro dálkovou komunikaci.

Další studie krátkých a ultrakrátkých vln však ukázaly, že se rychle zeslabují, když se pohybují blízko zemského povrchu. Když záření směřuje nahoru, krátké vlny se vracejí zpět.

Již v roce 1902 anglický matematik Oliver Heaviside a americký elektroinženýr Arthur Edwin Kennelly téměř současně předpověděli, že nad Zemí je ionizovaná vrstva vzduchu – přirozené zrcadlo, které odráží elektromagnetické vlny. Tato vrstva byla pojmenována ionosféra.

Ionosféra Země měla umožnit zvětšit rozsah šíření rádiových vln na vzdálenosti přesahující zorný úhel. Tento předpoklad byl experimentálně prokázán v roce 1923. RF impulsy byly vysílány svisle nahoru a byly přijímány vracející se signály. Měření doby mezi odesláním a příjmem impulsů umožnilo určit výšku a počet odrazových vrstev.

2.3 Vliv atmosféry na šíření rádiových vln

Charakter šíření rádiových vln závisí na vlnové délce, zakřivení Země, půdě, složení atmosféry, denní a roční době, stavu ionosféry, magnetickém poli Země a meteorologických podmínkách.

Uvažujme strukturu atmosféry, která má významný vliv na šíření rádiových vln. V závislosti na denní a roční době se mění obsah vlhkosti a hustota vzduchu.

Vzduch obklopující zemský povrch tvoří atmosféru, jejíž nadmořská výška je přibližně 1000-2000 km. Složení zemské atmosféry je heterogenní.

Rýže. 2.3 Struktura atmosféry.

Vrstvy atmosféry do výšky přibližně 100-130 km jsou složením homogenní. Tyto vrstvy obsahují vzduch obsahující (objemově) 78 % dusíku a 21 % kyslíku. Spodní vrstva atmosféry o tloušťce 10-15 km (obr. 2.3) je tzv troposféra. Tato vrstva obsahuje vodní páru, jejíž obsah se změnami meteorologických podmínek prudce kolísá.

Troposféra se postupně mění v stratosféra. Hranice je výška, ve které přestává teplota klesat.

Ve výškách přibližně 60 km a výše nad Zemí dochází vlivem slunečního a kosmického záření k ionizaci vzduchu v atmosféře: některé atomy se rozpadají na volné elektrony A ionty. V horních vrstvách atmosféry je ionizace nevýznamná, protože plyn je velmi řídký (na jednotku objemu je malý počet molekul). Jak sluneční paprsky pronikají do hustších vrstev atmosféry, stupeň ionizace se zvyšuje. S přibližováním k Zemi se energie slunečních paprsků snižuje a stupeň ionizace se opět snižuje. Navíc ve spodních vrstvách atmosféry kvůli vysoké hustotě nemohou negativní náboje dlouhodobě existovat; dochází k procesu obnovy neutrálních molekul.

Ionizace ve řídké atmosféře ve výškách 60-80 km od Země a výše přetrvává dlouhou dobu. V těchto výškách je atmosféra velmi řídká, hustota volných elektronů a iontů je tak nízká, že ke srážkám, a tedy obnově neutrálních atomů, dochází poměrně zřídka.

Horní vrstva atmosféry se nazývá ionosféra. Ionizovaný vzduch má významný vliv na šíření rádiových vln.

Během dne se tvoří čtyři pravidelné vrstvy neboli ionizační maxima – vrstvy D, E, F 1 a F 2. Vrstva F 2 má největší ionizaci (největší počet volných elektronů na jednotku objemu).

Po západu slunce ionizující záření prudce klesá. Neutrální molekuly a atomy jsou obnoveny, což vede ke snížení stupně ionizace. V noci vrstvy úplně zmizí D A F 2, vrstva ionizace E výrazně klesá, a vrstva F 2 si zachovává ionizaci s určitým útlumem.

Rýže. 2.4 Závislost šíření rádiových vln na frekvenci a denní době.

Výška vrstev ionosféry se neustále mění v závislosti na intenzitě slunečních paprsků. Přes den je výška ionizovaných vrstev menší, v noci větší. V létě je v našich zeměpisných šířkách koncentrace elektronů v ionizovaných vrstvách větší než v zimě (s výjimkou vrstvy F 2). Stupeň ionizace závisí také na úrovni sluneční aktivity, určené počtem slunečních skvrn. Doba sluneční aktivity je přibližně 11 let.

V polárních zeměpisných šířkách jsou pozorovány nepravidelné ionizační procesy spojené s tzv. ionosférickými poruchami.

Existuje několik cest, po kterých rádiové vlny dorazí k přijímací anténě. Jak již bylo uvedeno, rádiové vlny šířící se po povrchu Země a ohýbající se kolem něj v důsledku jevu difrakce se nazývají povrchové nebo pozemní vlny (směr 1, obr. 2.5). Nazývají se vlny šířící se ve směrech 2 a 3 prostorový. Dělí se na ionosférické a troposférické. Ty jsou pozorovány pouze v rozsahu VHF. Ionosférický se nazývají vlny odražené nebo rozptýlené ionosférou, troposférický– vlny odražené nebo rozptýlené nehomogenními vrstvami nebo „zrny“ troposféry.

Rýže. 2.5 Cesty šíření rádiových vln.

Povrchová vlna základna jeho přední strany se dotýká Země, jak je znázorněno na Obr. 2.6. Tato vlna s bodovým zdrojem má vždy vertikální polarizaci, protože horizontální složka vlny je absorbována Zemí. V dostatečné vzdálenosti od zdroje, vyjádřené ve vlnových délkách, je jakýkoli segment čela vlny rovinnou vlnou.

Povrch Země absorbuje část energie povrchových vln, které se po něm šíří, protože Země má aktivní odpor.

Rýže. 2.6 Šíření povrchových vln.

Čím kratší je vlna, tzn. čím vyšší frekvence, tím větší proud indukovaný v Zemi a větší ztráty. Ztráty na Zemi klesají s rostoucí vodivostí půdy, protože vlny pronikají do Země méně, čím vyšší je vodivost půdy. V Zemi také dochází k dielektrickým ztrátám, které se také zvyšují se zkracováním vln.

Pro frekvence nad 1 MHz je povrchová vlna ve skutečnosti vysoce zeslabena v důsledku absorpce Zemí, a proto se kromě lokálního pokrytí nepoužívá. Na televizních frekvencích je útlum tak velký, že povrchovou vlnu lze využít na vzdálenosti maximálně 1-2 km od vysílače.

Komunikace na velké vzdálenosti se uskutečňuje především prostorovými vlnami.

K získání lomu, tedy návratu vlny k Zemi, musí být vlna vyzařována pod určitým úhlem vzhledem k zemskému povrchu. Největší úhel vyzařování, při kterém se rádiová vlna dané frekvence vrací k Zemi, se nazývá kritický úhel pro danou ionizovanou vrstvu (obr. 2.7).

Rýže. 2.7 Vliv vyzařovacího úhlu na průchod prostorové vlny.

Každá ionizovaná vrstva má svou vlastní kritická frekvence A kritický úhel.

Na Obr. 2.7 ukazuje paprsek, který se snadno láme vrstvou E, protože paprsek vstupuje pod úhlem pod kritickým úhlem této vrstvy. Paprsek 3 prochází oblastí E, ale vrací se na Zemi jako vrstva F 2, protože vstupuje pod úhlem pod kritickým úhlem vrstvy F 2. Paprsek 4 také prochází vrstvou E. Jde do vrstvy F 2 ve svém kritickém úhlu a vrací se na Zemi. Paprsek 5 prochází oběma oblastmi a je ztracen ve vesmíru.

Všechny paprsky zobrazené na Obr. 2.7, viz stejnou frekvenci. Pokud je použita nižší frekvence, jsou vyžadovány větší kritické úhly pro obě oblasti; naopak, pokud se frekvence zvýší, obě oblasti mají menší kritické úhly. Pokud budete pokračovat ve zvyšování frekvence, dojde k bodu, kdy vlna šířící se z vysílače rovnoběžně se Zemí překročí kritický úhel pro jakoukoli oblast. Tento stav nastává na frekvenci asi 30 MHz. Nad touto frekvencí se komunikace vesmírných vln stává nespolehlivou.

Takže každá kritická frekvence má svůj vlastní kritický úhel a naopak každý kritický úhel má svou vlastní kritickou frekvenci. V důsledku toho se každá prostorová vlna, jejíž frekvence je stejná nebo nižší než kritická, vrátí na Zemi v určité vzdálenosti od vysílače.

Na Obr. 2,7 paprsek 2 dopadá na vrstvu E pod kritickým úhlem. Všimněte si, kde odražená vlna dopadne na Zemi (signál se ztratí za kritickým úhlem); prostorová vlna, která dosáhla ionizované vrstvy, se od ní odráží a vrací se na Zemi ve velké vzdálenosti od vysílače. V určité vzdálenosti od vysílače, v závislosti na výkonu vysílače a vlnové délce, je možné přijímat povrchovou vlnu. Z místa, kde končí příjem povrchových vln, se zóna ticha a končí tam, kde se objeví odražená prostorová vlna. Tiché zóny nemají ostré hranice.

Rýže. 2.8 Zóny příjmu povrchových a prostorových vln.

Jak se frekvence zvyšuje, hodnota mrtvá zóna se zvyšuje v důsledku zmenšení kritického úhlu. Pro komunikaci s korespondentem v určité vzdálenosti od vysílače v určitou denní dobu a roční období existuje maximální přípustná frekvence, který lze použít pro komunikaci vesmírných vln. Každá ionosférická oblast má svou vlastní maximální přípustnou frekvenci pro komunikaci.

Krátké a zejména ultrakrátké vlny v ionosféře ztrácejí zanedbatelnou část své energie. Čím vyšší frekvence, tím kratší vzdálenost elektronů při svých oscilacích urazí, v důsledku čehož klesá počet jejich srážek s molekulami, tedy klesá ztráta energie vln.

V nižších ionizovaných vrstvách jsou ztráty větší, protože zvýšený tlak indikuje vyšší hustotu plynu a s vyšší hustotou plynu se zvyšuje pravděpodobnost srážek částic.

Dlouhé vlny se odrážejí od spodních vrstev ionosféry, které mají nejnižší koncentraci elektronů, v jakémkoli elevačním úhlu, včetně těch blízkých 90°. Půda průměrné vlhkosti je téměř vodičem pro dlouhé vlny, takže se dobře odrážejí od Země. Mnohonásobné odrazy od ionosféry a Země vysvětlují šíření dlouhých vln na velké vzdálenosti.

Šíření dlouhých vln nezávisí na roční době a meteorologických podmínkách, na období sluneční aktivity a na ionosférických poruchách. Při odrazu od ionosféry podléhají dlouhé vlny velké absorpci. To je důvod, proč jsou pro komunikaci na velké vzdálenosti potřeba vysílače s vysokým výkonem.

Střední vlny jsou znatelně absorbovány v ionosféře a půdě se špatnou a střední vodivostí. Během dne je pozorována pouze povrchová vlna, protože nebeská vlna (delší než 300 m) je téměř úplně absorbována v ionosféře. Pro úplný vnitřní odraz musí střední vlny urazit určitou vzdálenost ve spodních vrstvách ionosféry, které mají sice nízkou koncentraci elektronů, ale značnou hustotu vzduchu.

V noci, se zmizením vrstvy D, absorpce v ionosféře klesá, v důsledku čehož je možné udržovat komunikaci pomocí nebeských vln na vzdálenosti 1500-2000 km s výkonem vysílače asi 1 kW. Komunikační podmínky v zimě jsou o něco lepší než v létě.

Výhoda středních vln je, že nejsou ovlivněny ionosférickými poruchami.

Podle mezinárodní dohody jsou tísňové signály (SOS signály) přenášeny na vlnách o délce cca 600 m.

Pozitivní stránkou prostorové vlnové komunikace na krátkých a středních vlnách je možnost komunikace na dlouhé vzdálenosti s malým výkonem vysílače. Ale prostorová vlnová komunikace má a výrazné nedostatky.

Za prvé, nestabilita komunikace v důsledku změn výšky ionizovaných vrstev atmosféry během dne a roku. Abyste udrželi kontakt se stejným bodem za den, musíte změnit vlnovou délku 2-3krát. Často je vlivem změn stavu atmosféry komunikace na nějakou dobu zcela narušena.

Za druhé, přítomnost zóny ticha.

Vlny kratší než 25 m Jsou klasifikovány jako „denní vlny“, protože během dne dobře cestují. „Noční vlny“ zahrnují vlny delší než 40 m Tyto vlny se v noci dobře šíří.

Podmínky pro šíření krátkých rádiových vln jsou dány stavem ionizované vrstvy Fg. Koncentrace elektronů v této vrstvě je často narušena v důsledku nerovnoměrnosti slunečního záření, což způsobuje ionosférické poruchy a magnetické bouře. V důsledku toho je energie krátkých rádiových vln výrazně pohlcena, což znehodnocuje rádiovou komunikaci, někdy ji dokonce zcela znemožňuje. Ionosférické poruchy jsou pozorovány zvláště často v zeměpisných šířkách blízko pólů. Proto je tamní krátkovlnná komunikace nespolehlivá.

Nejpozoruhodnější ionosférické poruchy mají svou vlastní periodicitu: opakují se 27 dní(doba rotace Slunce kolem své osy).

V oblasti krátkých vln je silně ovlivněn vliv průmyslového, atmosférického a vzájemného rušení.

Optimální komunikační frekvence na krátkých vlnách jsou vybírány na základě rozhlasových předpovědí, které se dělí na dlouhodobý A krátkodobý. Dlouhodobé předpovědi udávají očekávaný průměrný stav ionosféry za určité časové období (měsíc, roční období, rok a více), zatímco krátkodobé předpovědi se sestavují na den, pět dní a charakterizují možné odchylky ionosféry od jejího průměrný stav. Předpovědi jsou sestavovány ve formě grafů jako výsledek zpracování systematických pozorování ionosféry, sluneční aktivity a stavu zemského magnetismu.

Ultrakrátké vlny(VKV) se od ionosféry neodrážejí, procházejí jí volně, t.j. tyto vlny nemají prostorovou ionosférickou vlnu. Povrchová ultrakrátká vlna, na které je možná radiová komunikace, má dvě významné nevýhody: za prvé se povrchová vlna neohýbá kolem zemského povrchu a velkých překážek a za druhé je silně absorbována v půdě.

Ultrakrátké vlny jsou široce používány tam, kde je vyžadován krátký rádiový dosah (komunikace je obvykle omezena na přímou viditelnost). V tomto případě je komunikace prováděna prostorovou troposférickou vlnou. Obvykle se skládá ze dvou složek: přímého paprsku a paprsku odraženého od Země (obr. 2.9).

Rýže. 2.9 Přímé a odražené paprsky prostorového vlnění.

Pokud jsou antény dostatečně blízko, oba paprsky obvykle dosáhnou přijímací antény, ale jejich intenzity budou různé. Paprsek odražený od Země je slabší kvůli ztrátám, ke kterým dochází při odrazu od Země. Přímý paprsek má téměř stejný útlum jako vlna ve volném prostoru. V přijímací anténě je celkový signál roven vektorovému součtu těchto dvou složek.

Přijímací a vysílací antény jsou obvykle stejně vysoké, takže délka dráhy odraženého paprsku se mírně liší od přímého paprsku. Odražená vlna má fázový posun 180°. Když tedy zanedbáme ztráty v Zemi při odrazu, pokud dva paprsky urazí stejnou vzdálenost, jejich vektorový součet je nulový, v důsledku toho nebude na přijímací anténě žádný signál.

Ve skutečnosti odražený paprsek urazí o něco větší vzdálenost, proto fázový rozdíl v přijímací anténě bude asi 180°. Fázový rozdíl je definován spíše dráhovým rozdílem v poměrech vlnových délek než v lineárních jednotkách. Jinými slovy, celkový signál přijímaný za těchto podmínek závisí hlavně na použité frekvenci. Pokud je například provozní vlnová délka 360 m a dráhový rozdíl je 2 m, bude se fázový posun lišit od 180° pouze o 2°. Výsledkem je téměř úplná absence signálu v přijímací anténě. Pokud je vlnová délka 4 m, stejný rozdíl dráhy 2 m způsobí fázový rozdíl 180°, čímž se úplně zruší 180° fázový posun odrazu. V tomto případě se napětí signálu zdvojnásobí.

Z toho vyplývá, že při nízkých frekvencích není využití prostorových vln pro komunikaci zajímavé. Obloha je široce používána pouze při vysokých frekvencích, kde je rozdíl dráhy úměrný použité vlnové délce.

Dosah VHF vysílačů se výrazně zvyšuje, když letadla komunikují ve vzduchu a se Zemí.

NA výhody VHF Je třeba zvážit možnost použití malých antén. Kromě toho může velké množství radiostanic současně pracovat v rozsahu VHF bez vzájemného rušení. V úseku vlnového rozsahu od 10 do 1 m je možné umístit více současně pracujících stanic než v rozsahu krátkých, středních a dlouhých vln dohromady.

Reléová vedení pracující na VKV se rozšířila. Mezi dvěma komunikačními body umístěnými ve velké vzdálenosti je instalováno několik VHF transceiverů, které jsou umístěny ve vzájemné viditelnosti. Mezistanice fungují automaticky. Organizace reléových linek umožňuje zvýšit komunikační dosah na VHF a realizovat vícekanálovou komunikaci (provádět několik telefonních a telegrafních přenosů současně).

V současné době je věnována velká pozornost využití VHF rozsahu pro dálkovou rádiovou komunikaci.

Nejpoužívanější jsou komunikační linky pracující v rozsahu 20-80 MHz a využívající jevů ionosférického rozptylu. Předpokládalo se, že rádiová komunikace přes ionosféru je možná pouze na frekvencích pod 30 MHz (vlnová délka větší než 10 m), a protože tento rozsah je plně zatížen a další zvýšení počtu kanálů v něm není možné, zájem o rozptýlené šíření rádiových vln je celkem pochopitelné.

Tento jev spočívá ve skutečnosti, že část energie ultravysokofrekvenčního záření je rozptýlena nehomogenitami existujícími v ionosféře. Tyto nehomogenity jsou vytvářeny vzdušnými proudy vrstev s různou teplotou a vlhkostí, putujícími nabitými částicemi, produkty ionizace ohonů meteoritů a dalšími dosud nedostatečně pochopenými zdroji. Protože je troposféra vždy nehomogenní, dochází systematicky k rozptýlenému lomu rádiových vln.

Rozptýlené šíření rádiových vln je podobné rozptylu světla reflektorů za tmavé noci. Čím silnější je světelný paprsek, tím více rozptýleného světla produkuje.

Při studiu velká vzdálenost ultrakrátkých vln, byl zaznamenán fenomén prudkého krátkodobého zvýšení slyšitelnosti signálů. Takové náhodné shluky trvají od několika milisekund do několika sekund. V praxi jsou však pozorovány po celý den s přerušeními, které zřídka přesahují několik sekund. Výskyt okamžiků zvýšené slyšitelnosti je vysvětlen především odrazem rádiových vln od ionizovaných vrstev meteoritů hořících ve výšce asi 100 km. Průměr těchto meteoritů nepřesahuje několik milimetrů a jejich stopy se táhnou několik kilometrů.

Z meteoritové stezky Rádiové vlny s frekvencí 50-30 MHz (6-10 m) se dobře odrážejí.

Každý den několik miliard těchto meteoritů vletí do zemské atmosféry a zanechá za sebou ionizované stopy s vysokou hustotou ionizace vzduchu. To umožňuje získat spolehlivý provoz dálkových rádiových spojů při použití vysílačů s relativně nízkým výkonem. Nedílnou součástí stanic na těchto tratích je pomocné zařízení přímého tisku vybavené paměťovým prvkem.

Protože každá stopa meteoritu trvá jen několik sekund, přenos probíhá automaticky v krátkých dávkách.

V současnosti se hojně využívá komunikace a televizní vysílání přes umělé družice Země.

Podle mechanismu šíření rádiových vln lze rádiové komunikační linky rozdělit na linky pomocí:

proces rádiových vln, které se šíří po zemském povrchu a ohýbají se kolem něj (tzv pozemský nebo povrchové vlny);

proces šíření rádiových vln uvnitř zorného pole ( rovný vlny);

odraz rádiových vln od ionosféry ( ionosférické vlny);

proces šíření rádiových vln v troposféře ( troposférický vlny);

odraz rádiových vln od meteorických stop;

odraz nebo přenos z umělých družic Země;

odraz od uměle vytvořených útvarů plynného plazmatu nebo uměle vytvořených vodivých povrchů.

2.4 Vlastnosti šíření rádiových vln různého rozsahu

Podmínky pro šíření rádiových vln v prostoru mezi vysílačem a radiopřijímačem korespondentů jsou ovlivněny konečnou vodivostí zemského povrchu a vlastnostmi prostředí nad zemí. Tento vliv je různý pro různé vlnové rozsahy (frekvence).

Myriametr A kilometr vlny (PŘIDAT A Dálný východ) se mohou šířit jak pozemské, tak ionosférické. Přítomnost zemské vlny šířící se stovky a dokonce tisíce kilometrů se vysvětluje tím, že intenzita pole těchto vln klesá se vzdáleností poměrně pomalu, protože absorpce jejich energie zemským nebo vodním povrchem je malá. Čím delší je vlna a čím lepší je vodivost půdy, tím delší vzdálenosti je zajištěna rádiová komunikace.

Písčité, suché půdy a skály do značné míry absorbují elektromagnetickou energii. Při šíření v důsledku jevu difrakce se ohýbají kolem konvexního zemského povrchu a překážek na cestě: lesy, hory, kopce atd. Ze vzdálenosti 300-400 km od vysílače se objeví ionosférická vlna odražená od spodní oblasti ionosféry (od vrstvy D nebo E). Během dne díky přítomnosti vrstvy D nabývá na významu absorpce elektromagnetické energie. V noci, se zmizením této vrstvy, se komunikační dosah zvyšuje. Průchod dlouhých vln v noci je tedy obecně lepší než ve dne. Globální komunikace na LW a LW je prováděna vlnami šířícími se v kulovém vlnovodu tvořeném ionosférou a zemským povrchem.

Výhody pásem VLF a LW:

rádiové vlny rozsahu VLF a DV mají tu vlastnost, že pronikají do vodního sloupce a také se šíří v některých půdních strukturách;

díky vlnám šířícím se v kulovém vlnovodu Země je komunikace poskytována na tisíce kilometrů;

komunikační dosah málo závisí na ionosférických poruchách;

dobré difrakční vlastnosti rádiových vln v těchto rozsazích umožňují poskytovat komunikaci na stovky a dokonce tisíce kilometrů pomocí pozemních vln;

stálost parametrů rádiového spojení zajišťuje stabilní úroveň signálu v přijímacím bodě.

NedostatkyRozsah SDV-,DV,-:

Efektivního vyzařování vln v uvažovaných úsecích dosahu lze dosáhnout pouze pomocí velmi objemných anténních zařízení, jejichž rozměry jsou úměrné vlnové délce. Stavba a obnova anténních zařízení této velikosti v omezeném čase (pro vojenské účely) je obtížná;

protože rozměry skutečných antén jsou menší než vlnová délka, kompenzace jejich snížené účinnosti se dosahuje zvýšením výkonu vysílače na stovky nebo více kW;

vytvoření rezonančních systémů v tomto rozsahu a při významných výkonech určuje velké rozměry koncových stupňů: vysílače, obtížnost rychlého naladění na jinou frekvenci;

Pro napájení radiostanic v pásmu VLF a LW) jsou zapotřebí velké kapacity elektrárny;

významnou nevýhodou VLF a LW pásem je jejich malá frekvenční kapacita;

poměrně vysoká úroveň průmyslového a atmosférického rušení;

závislost úrovně signálu v místě příjmu na denní době.

Oblast praktické aplikace rádiových vln v rozsahu VLF a DV:

komunikace s podvodními předměty;

globální páteřní a podzemní komunikace;

rádiové majáky, stejně jako komunikace v dálkovém letectví a námořnictvu.

Hektometrové vlny(NE) se může šířit povrchovými a prostorovými vlnami. Navíc je jejich komunikační dosah s povrchovou vlnou kratší (nepřesahuje 1000-1500 km), protože jejich energie je absorbována půdou více než u dlouhých vln. Vlny dopadající do ionosféry jsou vrstvou intenzivně pohlcovány D když existuje, ale je dobře vrstvený E.

Pro střední vlny je dosah komunikace velmi závislý z denní dobu. Během dne jsou střední vlny tak silné jsou absorbovány ve spodních vrstvách ionosféry, že nebeská vlna prakticky chybí. Noční vrstva D a spodní část vrstvy E zmizí, takže absorpce středních vln klesá; a prostorové vlny začínají hrát hlavní roli. Důležitým rysem středních vln je tedy to, že během dne je komunikace na nich podporována povrchovou vlnou a v noci - povrchovými i prostorovými vlnami současně.

Výhody řady CB:

v noci v létě a po většinu dne v zimě dosahuje komunikační dosah poskytovaný ionosférickou vlnou tisíce kilometrů;

středovlnná anténní zařízení se ukazují jako docela účinná a mají přijatelné rozměry i pro mobilní rádiovou komunikaci;

frekvenční kapacita tohoto rozsahu je větší než u pásem VLF a LW;

dobré difrakční vlastnosti rádiových vln v tomto rozsahu;

výkony vysílačů jsou nižší než v pásmech VLF a LW;

nízká závislost na ionosférických poruchách a magnetických bouřích.

Nevýhody řady CB:

přetížení pásma CB výkonnými vysílacími rozhlasovými stanicemi způsobuje potíže při jeho širokém využívání;

omezená frekvenční kapacita rozsahu ztěžuje manévrování s frekvencemi;

komunikační dosah na SV přes den v létě je vždy omezen, protože je možný pouze přízemní vlnou;

dostatečně vysoký výkon vysílače;

je obtížné použít vysoce účinná anténní zařízení, složitost konstrukce a restaurování v krátkém čase;

poměrně vysoká úroveň vzájemného a atmosférického rušení.

Oblast praktické aplikace mikrovlnných rádiových vln; Středovlnné radiostanice se nejčastěji používají v arktických oblastech jako záloha v případech ztráty široce používaného krátkovlnného rádiového spojení v důsledku ionosférických a magnetických poruch, stejně jako v dálkovém letectví a námořnictvu.

Dekametrové vlny (K.B.) zaujímají zvláštní postavení. Mohou se šířit jako pozemní vlny i jako ionosférické vlny. Pozemní vlny s relativně nízkými vysílacími výkony charakteristickými pro mobilní radiostanice se šíří na vzdálenosti nepřesahující několik desítek kilometrů, protože podléhají značné absorpci v zemi, která se zvyšuje s rostoucí frekvencí.

Díky jednoduchým nebo vícenásobným odrazům od ionosféry se za příznivých podmínek mohou ionosférické vlny šířit na velké vzdálenosti. Jejich hlavní vlastností je, že jsou slabě absorbovány spodními oblastmi ionosféry (vrstvy D A E) a jsou dobře odráženy jeho horními oblastmi (hlavně vrstvou F2 . nachází se ve výšce 300-500 km nad zemí). To umožňuje používat radiostanice s relativně nízkým výkonem pro přímou komunikaci na neomezený rozsah vzdáleností.

K výraznému poklesu kvality radiokomunikace KB ionosférickými vlnami dochází v důsledku zeslabení signálu. Povaha slábnutí spočívá především v interferenci několika paprsků dopadajících na místo příjmu, jejichž fáze se neustále mění v důsledku změn stavu ionosféry.

Důvody pro příchod několika paprsků na místo příjmu signálu mohou být:

ozařování ionosféry pod úhly, pod kterými paprsky procházejí

v přijímacím bodě se sbíhají různé počty odrazů od ionosféry a Země;

jev dvojitého lomu pod vlivem magnetického pole Země, díky kterému dva paprsky (obyčejné a mimořádné), odražené od různých vrstev ionosféry, dosáhnou stejného přijímacího bodu;

heterogenita ionosféry, vedoucí k difúznímu odrazu vln od jejích různých oblastí, tzn. k odrazu paprsků mnoha elementárních paprsků.

K vyblednutí může dojít i vlivem polarizačních výkyvů vln při odrazu od ionosféry, což vede ke změně poměru vertikální a horizontální složky elektrického pole v místě příjmu. Úniky polarizace jsou pozorovány mnohem méně často než interferenční a tvoří 10-15 % z jejich celkového počtu.

Úroveň signálu v místech příjmu v důsledku slábnutí se může měnit v širokém rozsahu – desítky a dokonce stokrát. Časový interval mezi hlubokým vyblednutím je náhodná proměnná a může se lišit od desetin sekundy do několika sekund a někdy i více, a přechod z vysokých na nízké úrovně může být buď hladký, nebo velmi náhlý. Rychlé změny úrovně se často překrývají s pomalými.

Podmínky pro průchod krátkých vln ionosférou se rok od roku mění, což souvisí s téměř periodickými změnami sluneční aktivity, tzn. se změnou počtu a plochy slunečních skvrn (Vlčí číslo), což jsou zdroje záření, které ionizuje atmosféru. Doba opakování maximální sluneční aktivity je 11,3±4 roky. Během let maximální sluneční aktivity se maximální použitelné frekvence (MUF) zvyšují a rozsahy provozních frekvencí se rozšiřují.

Na Obr. Obrázek 2.10 ukazuje typickou rodinu denních grafů MUF a Least Applicable Frequency (LOF) pro vyzářený výkon 1 kW.

Rýže. 2.10 Průběh křivek MUF a LF.

Tato rodina denních grafů odpovídá konkrétním geografickým oblastem. Z toho vyplývá, že použitelný frekvenční rozsah pro komunikaci na danou vzdálenost může být velmi malý. Je nutné počítat s tím, že ionosférické předpovědi mohou mít chybu, proto se při volbě maximálních komunikačních frekvencí snaží nepřekročit hranici tzv. optimální provozní frekvence (ORF), která je 20-30 % pod Řada MUF. Tím se samozřejmě dále snižuje pracovní šířka sekce rozsahu. Pokles úrovně signálu při přiblížení k maximální použitelné frekvenci je vysvětlen proměnlivostí ionosférických parametrů.

Vzhledem k tomu, že se stav ionosféry mění, komunikace s nebeskými vlnami vyžaduje správnou volbu frekvencí během dne:

Během DEN používají frekvence 12-30 MHz,

RÁNO a VEČER 8-12 MHz, NOC 3-8 MHz.

Z grafů je také zřejmé, že s klesající délkou radiokomunikačního vedení se zmenšuje dosah použitelných frekvencí (pro vzdálenosti do 500 km v noci to může být pouze 1-2 MHz).

Podmínky rádiové komunikace pro dlouhé linky se ukazují jako příznivější než pro krátké, protože jich je méně a rozsah vhodných frekvencí pro ně je mnohem širší.

Ionosférické a magnetické bouře mohou mít významný vliv na stav radiokomunikace KB (zejména v polárních oblastech), tzn. poruchy ionosféry a magnetického pole Země vlivem proudů nabitých částic emitovaných Sluncem. Tyto toky často ničí hlavní reflexní ionosférickou vrstvu F2 v oblasti vysokých geomagnetických šířek. Magnetické bouře se mohou vyskytovat nejen v polárních oblastech, ale po celé zeměkouli. Ionosférické poruchy mají periodicitu a jsou spojeny s dobou rotace Slunce kolem své osy, která se rovná 27 dnům.

Krátké vlny se vyznačují přítomností zón ticha (mrtvých zón). Zóna ticha (obr. 2.8) vzniká při rádiové komunikaci na velké vzdálenosti v oblastech, kam se povrchová vlna díky svému útlumu nedostane a nebeská vlna se od ionosféry odráží na větší vzdálenost. K tomu dochází při použití vysoce směrových antén při vysílání v malých úhlech k horizontu.

Výhody řady HF:

ionosférické vlny se mohou za příznivých podmínek šířit na velké vzdálenosti v důsledku jednoduchých nebo vícenásobných odrazů od ionosféry. Jsou slabě absorbovány spodními oblastmi ionosféry (vrstvy D a E) a dobře odráženy horními oblastmi (hlavně vrstvou F2);

schopnost používat radiostanice s relativně nízkým výkonem pro přímou komunikaci na neomezený rozsah vzdáleností;

frekvenční kapacita KV rozsahu je výrazně větší než u pásem VLF, LW a SV, což umožňuje současně provozovat velké množství rozhlasových stanic;

anténní zařízení používaná v rozsahu dekametrových vln mají přijatelné rozměry (i pro instalaci na pohyblivé předměty) a mohou mít jasně definované směrové vlastnosti. Mají krátkou dobu nasazení, jsou levné a v případě poškození se dají snadno opravit.

Nevýhody HF řady:

rádiovou komunikaci pomocí ionosférických vln lze provádět, pokud jsou použité frekvence pod maximálními hodnotami (MUF), určenými pro každou délku rádiové komunikační linky stupněm ionizace odrazných vrstev;

komunikace je možná pouze tehdy, pokud výkony vysílačů a zisky použitých antén s absorpcí energie v ionosféře zajistí potřebnou sílu elektromagnetického pole v místě příjmu. Tato podmínka omezuje spodní hranici použitelných frekvencí (ULF);

nedostatečná frekvenční kapacita pro použití širokopásmových provozních režimů a frekvenčních manévrů;

obrovské množství současně pracujících radiostanic s velkým komunikačním dosahem vytváří vysokou úroveň vzájemného rušení;

velký komunikační dosah usnadňuje nepříteli použití záměrného rušení;

přítomnost tichých zón při zajištění komunikace na velké vzdálenosti;

výrazné snížení kvality radiokomunikace KB ionosférickými vlnami v důsledku zeslabování signálů vznikajících v důsledku proměnlivosti struktury odrazných vrstev ionosféry, jejího neustálého rušení a vícecestného šíření vln.

Oblast praktické aplikace VF rádiových vln

Rádia KB nacházejí nejširší praktické uplatnění pro komunikaci se vzdálenými účastníky.

Metrické vlny (VHF) zahrnují řadu úseků frekvenčního rozsahu, které mají obrovskou frekvenční kapacitu.

Tyto oblasti se přirozeně od sebe výrazně liší vlastnostmi šíření rádiových vln. VHF energie je silně absorbována Zemí (obecně úměrná druhé mocnině frekvence), takže přízemní vlna docela rychle utlumí. VKV se nevyznačuje pravidelným odrazem od ionosféry, proto se komunikace počítá pomocí pozemních vln a vln šířících se volným prostorem. Vlny na obloze kratší než 6-7 m (43-50 MHz) zpravidla procházejí ionosférou, aniž by se od ní odrážely.

Šíření VKV probíhá přímočaře, maximální dosah je omezen dosahem přímky. Dá se určit podle vzorce:

kde Dmax – dosah zorného pole, km;

h1 – výška vysílací antény, m;

h2 – výška přijímací antény, m.

Vlivem lomu (lomu) se však šíření rádiových vln ohýbá. V tomto případě nebude přesnější koeficient ve vzorci rozsahu 3,57, ale 4,1-4,5. Z tohoto vzorce vyplývá, že pro zvýšení dosahu komunikace na VKV je nutné zvednout antény vysílače a přijímače výše.

Zvýšení výkonu vysílače nevede k úměrnému zvýšení dosahu komunikace, proto se v tomto rozsahu používají radiostanice s nízkým výkonem. Při komunikaci v důsledku troposférického a ionosférického rozptylu jsou vyžadovány vysílače značného výkonu.

Na první pohled by měl být komunikační dosah pozemních vln na VKV velmi krátký. Je však třeba vzít v úvahu, že s rostoucí frekvencí se zvyšuje účinnost anténních zařízení, čímž se kompenzují energetické ztráty v Zemi.

Komunikační dosah pozemních vln závisí na vlnové délce. Největšího dosahu je dosaženo na metrových vlnách, zejména na vlnách sousedících s rozsahem HF.

Vlastnost mají metrové vlny difrakce, tj. schopnost ohýbat se na nerovném terénu. Nárůst komunikačního dosahu na metrových vlnách je usnadněn fenoménem troposféry lom světla, tj. fenomén lomu v troposféře, který zajišťuje komunikaci na uzavřených trasách.

V oblasti metrových vlnových délek je často pozorováno šíření rádiových vln na dlouhé vzdálenosti, což je způsobeno řadou důvodů. K šíření na velké vzdálenosti může dojít, když se tvoří sporadické ionizované mraky ( sporadická vrstva Fs). Je známo, že tato vrstva se může objevit kdykoli během roku a dne, ale pro naši polokouli - hlavně koncem jara a začátkem léta během dne. Charakteristickým rysem těchto mraků je velmi vysoká koncentrace iontů, někdy dostatečná k odrazu vln celého rozsahu VHF. V tomto případě je zóna umístění zdrojů záření vzhledem k přijímacím bodům nejčastěji ve vzdálenosti 2000-2500 km a někdy blíže. Intenzita signálů odražených od vrstvy Fs může být velmi vysoká i při velmi nízkých výkonech zdroje.

Dalším důvodem pro dálkové šíření metrových vln v letech maximální sluneční aktivity může být pravidelná vrstva F2. Toto rozložení se projevuje v zimních měsících během osvětlené doby odrazových bodů, tzn. kdy je absorpce energie vln v nižších oblastech ionosféry minimální. Komunikační rozsah může dosáhnout globálních měřítek.

K dálkovému šíření metrových vln může dojít i při jaderných explozích ve velkých výškách. V tomto případě se kromě spodní oblasti zvýšené ionizace objevuje ještě horní (na úrovni vrstvy Fs). Metrické vlny pronikají spodní oblastí, prožívají určitou absorpci, odrážejí se od horní oblasti a vracejí se na Zemi. Překonané vzdálenosti se v tomto případě pohybují od 100 do 2500 km. Síla pole se odráží nykh vlny závisí na frekvenci: nejnižší frekvence podléhají největší absorpci v dolní ionizační oblasti a ty nejvyšší zažívají neúplný odraz od horní oblasti.

Rozhraní mezi KB a metrovými vlnami se vyskytuje při vlnové délce 10 m (30 MHz). Vlastnosti šíření rádiových vln se nemohou náhle změnit, tzn. musí existovat oblast nebo úsek frekvencí, který je přechodný. Takový úsek frekvenčního rozsahu je úsek 20-30 MHz. V letech minimální sluneční aktivity (stejně jako v noci, bez ohledu na fázi aktivity) jsou tyto frekvence pro dálkovou komunikaci pomocí ionosférických vln prakticky nevhodné a jejich využití je extrémně omezené. Zároveň se za stanovených podmínek vlastnosti šíření vln v tomto úseku velmi přibližují vlastnostem metrových vln. Ne náhodou je tento frekvenční rozsah využíván v zájmu rádiové komunikace zaměřené na metrové vlny.

Výhody řady VHF:

malé rozměry antén umožňují realizovat výrazné směrové záření, kompenzující rychlý útlum energie rádiových vln;

podmínky šíření obecně nezávisí na denní a roční době, stejně jako na sluneční aktivitě;

omezený komunikační dosah umožňuje opakovaně používat stejné frekvence na plochách, jejichž vzdálenost mezi hranicemi není menší než součet dosahů rádiových stanic se stejnými frekvencemi;

nižší úroveň neúmyslného (přírodního i umělého původu) a záměrného rušení díky vysoce směrovým anténám a og omezený komunikační dosah;

obrovská frekvenční kapacita umožňující použití širokopásmových signálů odolných proti šumu pro velký počet současně pracujících stanic;

při použití širokopásmových signálů pro rádiovou komunikaci postačuje frekvenční nestabilita rádiového vedení δf=10 -4;

schopnost VHF pronikat do ionosféry bez výrazných energetických ztrát umožnila provádět kosmickou radiovou komunikaci na vzdálenosti měřené v milionech kilometrů;

vysoce kvalitní rozhlasový kanál;

díky velmi nízkým energetickým ztrátám ve volném prostoru může dosah komunikace mezi letadly vybavenými radiostanicemi s relativně nízkým výkonem dosáhnout několika set kilometrů;

vlastnost dálkového šíření metrových vln;

nízký výkon vysílačů a malá závislost dosahu komunikace na výkonu.

Nevýhody rozsahu VHF:

krátký dosah rádiové komunikace pozemními vlnami, prakticky omezený viditelností;

při použití vysoce směrových antén je obtížné pracovat s několika korespondenty;

Při použití antén s kruhovým směrem se snižuje dosah komunikace, odolnost proti průzkumu a odolnost proti šumu.

Oblast praktické aplikace VKV rádiových vln Dosah je využíván současně velkým počtem radiostanic, zejména proto, že rozsah vzájemného rušení mezi nimi je obvykle malý. Vlastnosti šíření pozemních vln zajišťují široké využití ultrakrátkých vln pro komunikaci na úrovni taktického řízení, včetně mezi různými typy pohybujících se objektů. Komunikace na meziplanetární vzdálenosti.

Vezmeme-li v úvahu výhody a nevýhody každého rozsahu, můžeme dojít k závěru, že nejpřijatelnější rozsahy pro radiostanice s nízkým výkonem jsou rozsahy dekametrových (KB) a metrových (VHF) vln.

2.5 Vliv jaderných výbuchů na stav radiokomunikací

Při jaderných explozích vytváří okamžité gama záření při interakci s atomy prostředí proud rychlých elektronů létajících vysokou rychlostí hlavně v radiálním směru od středu exploze a kladné ionty zůstávají téměř na místě. V prostoru tedy po určitou dobu dochází k oddělení kladných a záporných nábojů, což vede ke vzniku elektrických a magnetických polí. Pro jejich krátkou dobu trvání se tato pole obvykle nazývají elektromagnetický impuls (AMY) jaderný výbuch. Doba jeho existence je přibližně 150-200 milisekund.

Elektromagnetický impuls (pátý škodlivý faktor jaderného výbuchu) při absenci zvláštních ochranných opatření může poškodit řídicí a komunikační zařízení a narušit provoz elektrických zařízení připojených k dlouhým externím linkám.

Komunikační, signalizační a řídicí systémy jsou nejvíce náchylné na účinky elektromagnetického impulsu jaderného výbuchu. V důsledku dopadu EMR z pozemního nebo vzdušného jaderného výbuchu se na anténách radiostanic indukuje elektrické napětí, pod jehož vlivem dojde k porušení izolace, transformátorů, roztavení vodičů, selhání jiskřiště, poškození elektroniky elektronky, polovodičová zařízení, kondenzátory, odpory atd. .

Bylo zjištěno, že když je zařízení vystaveno EMR, na vstupních obvodech se indukuje největší napětí. Ve vztahu k tranzistorům je pozorována následující závislost: čím vyšší je zesílení tranzistoru, tím nižší je jeho elektrická síla.

Rádiové zařízení má sílu stejnosměrného napětí nejvýše 2-4 kV. Vzhledem k tomu, že elektromagnetický impuls jaderného výbuchu je krátkodobý, lze konečnou elektrickou pevnost zařízení bez ochranného zařízení považovat za vyšší - přibližně 8-10 kV.

V tabulce 1 jsou uvedeny přibližné vzdálenosti (v km), při kterých se v anténách radiostanic v době jaderného výbuchu indukují pro zařízení nebezpečná napětí přesahující 10 a 50 kV.

stůl 1

Na větší vzdálenosti je dopad EMR podobný dopadu nepříliš vzdáleného výboje blesku a nezpůsobuje poškození zařízení.

Dopad elektromagnetických impulsů na rádiová zařízení se výrazně sníží, pokud se použijí speciální ochranná opatření.

Nejúčinnější způsob ochrany elektronických zařízení umístěných v budovách je použití elektricky vodivých (kovových) stínění, které výrazně snižují napěťové hladiny indukované na vnitřních vodičích a kabelech. Používají se ochranné prostředky podobné prostředkům ochrany před bleskem: svodiče s drenážními a zajišťovacími cívkami, pojistkové vložky, oddělovací zařízení, obvody pro automatické odpojování zařízení od vedení.

Dobré ochranné opatření je také spolehlivé uzemnění zařízení v jednom bodě. Je také efektivní implementovat radiotechnická zařízení blok po bloku, s ochranou pro každý blok a celé zařízení jako celek. To umožňuje rychle vyměnit vadnou jednotku za záložní (u nejkritičtějších zařízení jsou jednotky zdvojeny s automatickým přepínáním, pokud jsou poškozeny hlavní). V některých případech lze k ochraně proti EMI použít selenové prvky a stabilizátory.

Navíc lze aplikovat ochranná vstupní zařízení, což jsou různá relé nebo elektronická zařízení, která reagují na přepětí v obvodu. Když přijde napěťový impuls indukovaný ve vedení elektromagnetickým impulsem, odpojí napájení zařízení nebo jednoduše přeruší provozní obvody.

Při výběru ochranných zařízení je třeba vzít v úvahu, že dopad EMR je charakterizován hromadným charakterem, to znamená současnou aktivací ochranných zařízení ve všech okruzích umístěných v oblasti výbuchu. Použité ochranné obvody proto musí automaticky obnovit funkčnost obvodů ihned po ukončení elektromagnetického impulsu.

Odolnost zařízení proti účinkům napětí vznikajícího ve vedení při jaderném výbuchu do značné míry závisí na správném provozu vedení a pečlivém sledování provozuschopnosti ochranných zařízení.

NA důležité provozní požadavky To zahrnuje pravidelnou a včasnou kontrolu elektrické pevnosti izolace vedení a vstupních obvodů zařízení, včasnou identifikaci a odstranění problémů s uzemněním vodičů, sledování provozuschopnosti svodičů, pojistkových vložek atd.

Jaderný výbuch ve vysoké nadmořské výšce doprovázené tvorbou oblastí se zvýšenou ionizací. Při explozích ve výškách do přibližně 20 km je ionizovaná oblast omezena nejprve velikostí svítící oblasti a poté mrakem výbuchu. Ve výškách 20-60 km je velikost ionizované oblasti o něco větší než velikost mraku výbuchu, zejména na horní hranici tohoto výškového rozsahu.

Při jaderných explozích ve velkých výškách se v atmosféře objevují dvě oblasti zvýšené ionizace.

První oblast vzniká v oblasti výbuchu v důsledku ionizované látky munice a ionizace vzduchu rázovou vlnou. Rozměry této plochy v horizontálním směru dosahují desítek a stovek metrů.

Druhá oblast ke zvýšené ionizaci dochází pod středem výbuchu ve vrstvách atmosféry ve výškách 60-90 km v důsledku absorpce pronikajícího záření vzduchem. Vzdálenosti, ve kterých pronikající záření produkuje ionizaci v horizontálním směru, jsou stovky a dokonce tisíce kilometrů.

Oblasti zvýšené ionizace, ke kterým dochází při jaderném výbuchu ve velké výšce, pohlcují rádiové vlny a mění směr jejich šíření, což vede k výraznému narušení provozu rádiových zařízení. V tomto případě dochází k přerušení rádiové komunikace a v některých případech je zcela narušena.

Povaha škodlivého účinku elektromagnetického pulzu jaderných výbuchů ve velkých výškách je v zásadě podobná povaze škodlivého účinku EMR z pozemních a vzdušných výbuchů.

Opatření na ochranu před škodlivými účinky elektromagnetických impulsů z výbuchů ve velkých výškách jsou stejná jako proti EMP z pozemních a vzdušných výbuchů.

2.5.1 Ochrana před ionizujícím a elektromagnetickým zářením

jaderné výbuchy ve velké výšce (HEA)

K rušení RS může dojít v důsledku výbuchů jaderných zbraní, doprovázených emisemi silných elektromagnetických pulzů krátkého trvání (10-8 sec) a změnami elektrických vlastností atmosféry.

EMP (rádiový záblesk) nastane:

Za prvé v důsledku asymetrické expanze oblaku elektrických výbojů vytvořených pod vlivem ionizujícího záření z výbuchů;

Za druhé v důsledku rychlé expanze vysoce vodivého plynu (plazmy) vytvořeného z produktů výbuchu.

Po explozi ve vesmíru vzniká ohnivá koule, což je vysoce ionizovaná koule. Tato koule se rychle rozpíná (rychlostí asi 100-120 km/h) nad zemský povrch, přeměňuje se v kouli falešné konfigurace, tloušťka koule dosahuje 16-20 km. Koncentrace elektronů v kouli může dosahovat až 105-106 elektronů/cm3, tedy 100-1000krát vyšší než normální koncentrace elektronů v ionosférické vrstvě D.

Jaderné výbuchy ve vysokých nadmořských výškách (HAE) ve výškách větších než 30 km významně ovlivňují elektrické charakteristiky atmosféry na velkých územích po dlouhou dobu, a proto mají silný vliv na šíření rádiových vln.

Kromě toho silný elektromagnetický impuls, který se vyskytuje během IJV, indukuje v drátových komunikačních linkách vysoká napětí (až 10 000-50 000 V) a proudy až několik tisíc ampér.

Síla EMR je tak velká, že jeho energie je dostatečná k tomu, aby pronikla do tloušťky země až 30 m a vyvolala EMF v okruhu 50-200 km od epicentra exploze.

Hlavním dopadem INV je však to, že obrovské množství energie uvolněné výbuchem, stejně jako intenzivní toky neutronů, rentgenového záření, ultrafialového a gama záření vedou ke vzniku vysoce ionizovaných oblastí v atmosféře a zvýšení elektronová hustota v ionosféře, která následně vede k absorpci rádiových vln a narušení stability řídicího systému.

2.5.2 Charakteristické znaky IJV

IJV v dané oblasti nebo v její blízkosti je doprovázeno okamžitým zastavením příjmu vzdálených stanic v rozsahu vlnových délek HF.

Ve chvíli, kdy je spojení zastaveno, je v telefonech pozorováno krátké cvaknutí a poté je slyšet pouze vlastní hluk přijímače a slabé praskavé zvuky, jako jsou výboje hromu.

Několik minut po ukončení komunikace na KV se rušení od vzdálených stanic v rozsahu metrových vlnových délek na VKV prudce zvyšuje.

Dosah radaru a přesnost měření souřadnic jsou sníženy.

Základem ochrany elektronických prostředků je správné využití frekvenčního rozsahu a všech faktorů, které v důsledku použití INV vznikají.

2.5.3 Základní definice:

odražená rádiová vlna (odražená vlna ) – rádiová vlna šířící se po odrazu od rozhraní mezi dvěma prostředími nebo z nehomogenit prostředí;

přímé rádiové vlny (přímá vlna ) – rádiové vlny šířící se přímo ze zdrojů do místa příjmu;

zemské rádiové vlny (zemská vlna ) – rádiová vlna šířící se v blízkosti zemského povrchu a zahrnující přímou vlnu, vlnu odraženou od Země a povrchovou vlnu;

ionosférické rádiové vlny (nebeská vlna ) – rádiová vlna šířící se v důsledku odrazu od ionosféry nebo rozptylu na ní;

absorpce rádiových vln (vstřebávání ) – pokles energie rádiové vlny v důsledku její částečné přeměny na tepelnou energii v důsledku interakce s prostředím;

vícecestné šíření rádiových vln (vícecestné šíření ) – šíření rádiových vln od vysílací k přijímací anténě po několika trajektoriích;

efektivní výška odrazu vrstvy (efektivní nadmořská výška ) je hypotetická výška odrazu rádiové vlny od ionizované vrstvy v závislosti na rozložení koncentrace elektronů po výšce a délce rádiové vlny, určená časem mezi vysíláním a příjmem odražené ionosférické vlny během vertikálního sondování za předpokladu, že rychlost šíření rádiové vlny po celé dráze je rovna rychlosti světla ve vakuu;

ionosférický skok (skok ) – trajektorie šíření rádiových vln z jednoho bodu na zemském povrchu do druhého, přičemž průchod je doprovázen jedním odrazem od ionosféry;

maximální použitelnou frekvenci (MUHR) – nejvyšší frekvence rádiového vyzařování, při které dochází k ionosférickému šíření rádiových vln mezi danými body v daném čase za určitých podmínek, jedná se o frekvenci, která se ještě odráží od ionosféry;

optimální pracovní frekvence (ORCH) – frekvence rádiového vyzařování pod IF, při které lze za určitých geofyzikálních podmínek provádět stabilní rádiovou komunikaci. ORF je zpravidla o 15 % nižší než MUF;

vertikální ionosférické sondování (vertikální znějící ) – ionosférické sondování využívající rádiové signály vysílané svisle vzhůru vzhledem k zemskému povrchu za předpokladu, že jsou kombinovány body vysílání a příjmu;

ionosférické poruchy – narušení distribuce ionizace ve vrstvách atmosféry, která obvykle překračuje změny průměrných ionizačních charakteristik pro dané geografické podmínky;

ionosférická bouře – prodloužená ionosférická porucha vysoké intenzity.

Oblíbené v kategorii: