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¿Qué tipos de ondas de radio existen? Rango de radiofrecuencia y su uso para radiocomunicaciones. ¿Cómo se excitan las ondas de radio?

Las ondas de radio penetran en nuestros cuerpos y en cada milímetro de espacio que nos rodea. Es imposible imaginar la vida de una persona moderna sin ellos. Por el bien de las olas Penetró en todos los ámbitos de nuestra vida. Desde hace más de 100 años forman parte de nuestras vidas y es imposible imaginar la existencia humana sin ellos.

¿Lo que es?

Onda de radio - electro radiación magnética,que se propaga en el espacio con una frecuencia especial. La palabra "radio" proviene de la palabra latina - haz. uno de x características de las ondas de radio - h A centésima de vibraciones,que se mide en hercios. Por eso lleva el nombre del idioma alemán. mi Nogo, el físico Heinrich Hertz. Recibió ondas electromagnéticas y estudió sus propiedades. Oscilaciones de onda y e mi las frecuencias están relacionadas entre sí. Lo mas altoúltimo , más cortas son las oscilaciones.

Historia

Hay una teoría sobre qué p Las ondas de radio se originaron en el momento del big bang. Y aunque las ondas magnéticas siempre han existido, la humanidad las descubrió hace relativamente poco tiempo. En 1868, el escocés James Maxwell los describió en su obra. Entonces el físico alemán demostró su existencia en teoría. Esto sucedió en 1887. Desde entonces, el interés por las ondas magnéticas no ha disminuido. I kaet. La investigación sobre ondas de radio se lleva a cabo en muchos institutos líderes de todo el mundo.

Areas de aplicación ondas de radio son extensos: incluyen radio, equipos de radar, televisión, telescopios, radares y todo tipo de comunicaciones inalámbricas. Ampliamente utilizado ellas y en cosmetología. Internet, televisión y telefonía: todas las comunicaciones modernas son imposibles sin ondas magnéticas.

Aplicaciones ampliadas de las ondas de radio

Es gracias al estudio. este fenómeno , podemos enviar información a distancia I . Las ondas de radio se forman cuando una corriente eléctrica de alta frecuencia pasa a través de un conductor. La invención de la radio se atribuye a muchos e nuevo pri escribirse a sí mismos. Y en casi todos los países hay un genio al que le debemos este invento único. En nuestro país se cree que uno de los inventores fue Alexander Stepanovich Popov.

La invención de la radio comenzó con la invención del conductor de radio Edward Branly en 1890. Este chico francésél creó el suyo dispositivo basado en la idea de Heinrich Hertz, A que era que cuando una onda electromagnética golpea un dispositivo de radio, se crea una chispa. El dispositivo Branly se utilizó para mi mi señal. El primero en probar este dispositivo a 40 metros fue el inglés Oliver Lodge en 1894. mejorado mi Mansión Logia. Esto sucedió en 1895.

Una television

Aplicación de ondas de radio en t televisión y tiene el mismo principio. Las torres de televisión amplifican y transmiten señal en televisores, y ya han sido convertidos zu Ponlos en la imagen. Aplicación de las ondas de radio en las comunicaciones modernas. Se ve igual. Sólo requiere una red de retrocerso más densa. R torres de nueva york. Estas torres son estaciones base que transmiten la señal y la reciben del suscriptor.

La tecnología Wi-Fi, desarrollada en 1991, está ahora muy extendida.Su trabajo fue posible gracias al estudio de las propiedades de las ondas de radio y su uso se expandió significativamente..

si, es radar representación sobre lo que está sucediendo en la tierra, en el cielo, en el mar y en el espacio. El principio de funcionamiento es simple: una onda de radio transmitida por la antena se refleja en un obstáculo y regresa como una señal. Los procesos informáticosél y extraditarlo t datos sobre el tamaño del objeto, velocidad de movimiento y dirección.

Radares desde 1950 También se utilizan en carreteras para controlar la velocidad de los coches. esto fue debido creciente el número de coches en las carreteras y el control necesario sobre ellos . El radar es un dispositivo oh para la determinación remota de la velocidad de un vehículo en movimiento. Los agentes de policía apreciaron la facilidad de uso. I Este dispositivo y unos años más tarde aparecieron radares en todas las carreteras del mundo. Cada año, estos dispositivos se modifican y mejoran, y hoy en día existe una gran cantidad de tipos. Se dividen en dos grupos: láser y Doppler.

Propiedades de las ondas de radio.

Las ondas de radio tienen características interesantes:

miSi una onda de radio se propaga en un medio distinto del aire, absorbe energía;
tla trayectoria de una onda se desvía si se encuentra en un medio no homogéneo y se llama refracción de una onda de radio;
VLas ondas de radio se propagan en una esfera homogénea.Xiarectilíneamente a una velocidad que depende de los parámetros del medio, y van acompañadas de una disminución en la densidad del flujo de energía al aumentar la distancia;
ACuando las ondas de radio viajan de un medio a otro, se reflejan y refractan;
dLa fracción es la propiedad de una onda de radio de rodear un obstáculo que se encuentra en su camino, pero aquí hay una condición necesaria: la magnitud del obstáculo debe ser proporcional a la longitud de onda.s.

tipos de olas

Las ondas de radio se dividen entrescategorías:corto, promedio ylargo. Los primeros incluyen ondas con una longitud de10 a 100 m, que le permite crear antenas direccionales. Pueden ser terrestres e ionosféricos.Se han utilizado ondas de radio cortas encomunicaciones y radiodifusiónYlargas distancias.

La longitud de las ondas medias suele variar de 100 a 1000 m. Sus frecuencias características son 526-1606 kHz. El uso de ondas de radio medias se implementa en muchos canales de radiodifusión en Rusia.

Una ola tiene una longitud de entre 1.000 y 10.000 m.tLas que están por encima de estos indicadores se denominan ondas ultralargas. Estas ondas tienen pocas propiedades.thabsorción al pasar por tierra y mar. Es por esoLa principal aplicación de las ondas de radio largas es enComunicaciones submarinas y subterráneas. EspecialsuLa propiedad es la estabilidad.AVoltajemiidad de la corriente eléctrica.

Conclusión

Finalmente vale la penamarcatque el estudio de las ondas de radiomit hasta el día de hoy.Y quizá,trajomitgentetodavíamimuchas sorpresas.

El descubrimiento de las ondas de radio ha brindado a la humanidad muchas oportunidades. Entre ellos: radio, televisión, radares, radiotelescopios y comunicaciones inalámbricas. Todo esto nos hizo la vida más fácil. Con la ayuda de la radio, la gente siempre puede pedir ayuda a los rescatistas, los barcos y aviones pueden enviar una señal de socorro y usted puede descubrir lo que está sucediendo en el mundo.

La creación experimental de ondas electromagnéticas pertenece al físico Hertz. Para ello, Hertz utilizó un explosor de alta frecuencia (vibrador). Hertz llevó a cabo este experimento en 1888. El vibrador constaba de dos varillas separadas por una vía de chispas. Hertz experimentó con ondas con una frecuencia de 100.000.000 Hz. Habiendo calculado la frecuencia natural de las oscilaciones electromagnéticas del vibrador, Hertz pudo determinar la velocidad de la onda electromagnética mediante la fórmula υ = λν. Resultó ser aproximadamente igual a la velocidad de la luz: c = 300.000 km/s. .

Ondas de radio– Se trata de oscilaciones electromagnéticas que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz (300.000 km/s). Por cierto, la luz también pertenece a las ondas electromagnéticas, lo que determina sus propiedades muy similares (reflexión, refracción, atenuación, etc.).
Las ondas de radio transportan la energía emitida por un oscilador electromagnético a través del espacio. Y nacen cuando cambia el campo eléctrico, por ejemplo, cuando una corriente eléctrica alterna pasa a través de un conductor o cuando saltan chispas por el espacio, es decir. una serie de pulsos de corriente rápidamente sucesivos.
La radiación electromagnética se caracteriza por la frecuencia, la longitud de onda y la potencia de la energía transferida. La frecuencia de las ondas electromagnéticas muestra cuántas veces por segundo cambia la dirección de la corriente eléctrica en el emisor y, por tanto, cuántas veces por segundo cambia la magnitud de los campos eléctrico y magnético en cada punto del espacio. La frecuencia se mide en hercios (Hz), unidad que lleva el nombre del gran científico alemán Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz es una vibración por segundo, 1 megahercio (MHz) es un millón de vibraciones por segundo. Sabiendo que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual a la velocidad de la luz, podemos determinar la distancia entre puntos del espacio donde el campo eléctrico (o magnético) está en la misma fase. Esta distancia se llama longitud de onda. La longitud de onda (en metros) se calcula mediante la fórmula: o aproximadamente donde ¦ es la frecuencia de la radiación electromagnética en MHz.

El caso más sencillo es la propagación de una onda de radio en el espacio libre. Ya a poca distancia del transmisor de radio se puede considerar un punto. Y si es así, entonces el frente de ondas de radio puede considerarse esférico. Si trazamos mentalmente varias esferas que rodean el transmisor de radio, está claro que, en ausencia de absorción, la energía que pasa a través de las esferas permanecerá sin cambios. Bueno, la superficie de la esfera es proporcional al cuadrado del radio. Esto significa que la intensidad de la onda, es decir, la energía por unidad de área por unidad de tiempo, disminuirá a medida que se aleja de la fuente en proporción inversa al cuadrado de la distancia.

¿Cómo viajan las ondas de radio?

Las ondas de radio se emiten a través de una antena hacia el espacio y se propagan como energía de campo electromagnético. Y aunque la naturaleza de las ondas de radio es la misma, su capacidad de propagación depende en gran medida de la longitud de onda.
La tierra es un conductor de electricidad para las ondas de radio (aunque no muy bueno). Al pasar sobre la superficie de la tierra, las ondas de radio se debilitan gradualmente. Esto se debe a que las ondas electromagnéticas excitan corrientes eléctricas en la superficie de la tierra, lo que consume parte de la energía. Aquellos. La tierra absorbe energía y cuanto más, más corta es la longitud de onda (mayor es la frecuencia). Además, la energía de las ondas se debilita también porque la radiación se propaga en todas las direcciones del espacio y, por tanto, cuanto más lejos está el receptor del transmisor, menos energía cae por unidad de superficie y menos llega a la antena.
Las transmisiones de estaciones de radiodifusión de onda larga se pueden recibir a distancias de hasta varios miles de kilómetros y el nivel de la señal disminuye suavemente, sin saltos. Las estaciones de onda media se pueden escuchar en un radio de miles de kilómetros. En cuanto a las ondas cortas, su energía disminuye drásticamente con la distancia al transmisor. Esto explica el hecho de que en los albores del desarrollo de la radio, las ondas de 1 a 30 km se utilizaban principalmente para la comunicación. Las olas de menos de 100 metros generalmente se consideraban inadecuadas para las comunicaciones a larga distancia.
Sin embargo, estudios posteriores de ondas cortas y ultracortas demostraron que se atenúan rápidamente cuando viajan cerca de la superficie de la Tierra. Cuando la radiación se dirige hacia arriba, las ondas cortas regresan.

Rango

Teniendo en cuenta las características de propagación, generación y (parcialmente) radiación, toda la gama de ondas de radio se suele dividir en una serie de gamas más pequeñas: ondas ultralargas, ondas largas, ondas medias, ondas cortas, ondas métricas, ondas decimétricas. , ondas centimétricas, ondas milimétricas y ondas submilimétricas (Tabla 1). La división de las radiofrecuencias en rangos en las comunicaciones por radio está establecida por las normas internacionales de radio (Tabla 2). Todas estas son secciones del espectro oficiales y claramente delimitadas.
Al mismo tiempo, el término "banda", según el contexto, puede utilizarse para designar cualquier sección arbitraria de ondas/frecuencias de radio (por ejemplo, "banda de aficionados", "banda de comunicaciones móviles", "banda de banda baja", ” “Banda de 2,4 GHz.” y así sucesivamente.)

Mesa 1.- División de toda la gama de ondas de radio en bandas más pequeñas.

Mesa 2.1.- Rango de radiofrecuencia

Nombre del rango	Límites de rango
término básico	término paralelo
1er rango de frecuencia 2do rango de frecuencia 3er rango de frecuencia 4to rango de frecuencia 5to rango de frecuencia 6to rango de frecuencia Séptimo rango de frecuencia 8va banda de frecuencia 9.° rango de frecuencia Décimo rango de frecuencia 11.° rango de frecuencia 12.° rango de frecuencia	ELF extremadamente bajo VLF ultrabajo VLF infrarrojo bajo VLF muy bajo Bajas frecuencias BF frecuencias medias Alta frecuencia de alta frecuencia VHF muy alto UHF ultraalta microondas ultra alto EHF extremadamente alto Hiper alta frecuencia	3-30Hz 30-300Hz 0,3-3 kHz 3-30 kHz 30-300 kHz 0,3-3MHz 3-30MHz 30-300MHz 0,3-3GHz 3-30GHz 30-300GHz 0,3-3 THz

Mesa 2.2. - Rango de ondas de radio

Gama dinámica
El rango dinámico de un dispositivo receptor de radio es la relación entre el nivel máximo permitido de la señal recibida (normalizado por el nivel de distorsión no lineal) y el nivel mínimo posible de la señal recibida (determinado por la sensibilidad del dispositivo), expresado en decibelios. En otras palabras, esta es la diferencia entre los valores máximo y mínimo de los niveles de señal en los que aún no se observa distorsión. La causa de estas distorsiones es la no linealidad del camino de amplificación del dispositivo en cuestión. Cuanto más amplio sea el DD, más fuertes serán las señales que el dispositivo podrá recibir sin distorsión. El rango dinámico es más amplio en receptores caros, aunque es casi imposible compararlos en este parámetro, porque muy raramente se indica en las características.

Asignación de espectro

Las ondas de radio (frecuencias de radio) utilizadas en la ingeniería de radio ocupan la región, o más científicamente, el espectro de 10.000 m (30 kHz) a 0,1 mm (3.000 GHz). Esto es sólo una parte del amplio espectro de ondas electromagnéticas. A las ondas de radio (de longitud decreciente) les siguen rayos térmicos o infrarrojos. Después de ellos viene una sección estrecha de ondas de luz visible, luego un espectro de rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma; todas estas son vibraciones electromagnéticas de la misma naturaleza, que difieren solo en la longitud de onda y, por lo tanto, en la frecuencia. Aunque todo el espectro está dividido en regiones, los límites entre ellas están tentativamente delineados. Las áreas se suceden continuamente, se transforman unas en otras y, en algunos casos, se superponen. Según acuerdos internacionales, todo el espectro de ondas de radio utilizadas en las radiocomunicaciones se divide en rangos:

Fuentes

Emisión de radio del Sol. Se han registrado emisiones de radio del Sol en longitudes de onda que van desde unos pocos milímetros hasta 30 m. La radiación es especialmente intensa en el rango de los metros; nace en las capas superiores de la atmósfera del Sol, en su corona, donde la temperatura es de aproximadamente 1 millón de K. La radiación de onda corta del Sol es relativamente débil; Sale de la cromosfera, ubicada sobre la superficie visible del Sol: la fotosfera.

Las ondas de radio son un tipo de ondas electromagnéticas cuya existencia fue predicha en 1864 por el físico, matemático y mecánico británico James Clerk Maxwell, autor de la teoría del campo electromagnético.

La teoría de Maxwell.

James Clerk Maxwell

Resumiendo los resultados de la investigación realizada antes que él en el campo de los campos eléctricos y magnéticos, Maxwell sugirió que los campos magnéticos alternos generan campos eléctricos, y los campos eléctricos alternos generan campos magnéticos, etc. Primero, uno de estos campos es creado por alguna fuente externa y luego, provocando la aparición del otro, parecen separarse de la fuente original y existir independientemente de ella, extendiéndose más en el espacio en forma de ondas electromagnéticas.

Desafortunadamente, el famoso científico no estaba destinado a confirmar experimentalmente su brillante teoría, que unía la descripción de todos los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Esto lo hizo más tarde otro científico.

El experimento de Hertz.

Heinrich Rudolf Hertz

Por primera vez en la práctica, la existencia de ondas electromagnéticas fue demostrada en 1887 por el físico alemán Heinrich Rudolf Hertz, que en aquel momento trabajaba como profesor de física en la Universidad Técnica de Karlsruhe. Hay que decir que Hertz no emprendió este experimento porque estuviera de acuerdo con Maxwell. Por el contrario, supuso que Maxwell estaba equivocado y que las ondas electromagnéticas en realidad no existen. Esto es lo que quería demostrar.

Según la teoría de Maxwell, la fuente de ondas electromagnéticas pueden ser partículas eléctricas oscilantes. Para ello se utiliza un circuito oscilatorio simple, compuesto por un condensador y un inductor.

En el primer experimento de Hertz se suponía que el emisor de ondas electromagnéticas (si es que existen) era una descarga eléctrica que surgía entre dos bolas de latón montadas en los extremos de varillas metálicas. En la instalación experimental, las bolas, que actuaban como condensador, estaban separadas por un pequeño espacio y las varillas estaban conectadas entre sí mediante una bobina de inductancia. Cargas eléctricas acumuladas en las bolas.

A una distancia de varios metros del primer circuito había un segundo circuito, no conectado al primero y que representaba un anillo de alambre abierto con las mismas bolas de latón en los extremos y con el mismo explosor que en el primer circuito. Era el resonador más simple: un dispositivo para capturar ondas electromagnéticas.

En algún momento saltaron chispas entre las bolas del circuito primario. Y si no hay ondas electromagnéticas en la naturaleza, no debería haber descarga en el segundo circuito. Pero durante el experimento, apareció una descarga de este tipo entre las bolas del segundo circuito. Esto significaba que todavía existen ondas electromagnéticas. Y su energía se puede transmitir de forma inalámbrica.

El experimento de Hertz para detectar ondas electromagnéticas

Hertz realizó una serie de experimentos que confirmaron la teoría de Maxwell. Estableció que la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es igual a la velocidad de la luz. Además, al estudiar la propagación de estas ondas, demostró que se comportan de la misma manera que las ondas luminosas y obedecen las leyes de reflexión y refracción.

Pero no tenía idea de cómo podría aplicarse esto en la práctica. Y consideró sus descubrimientos absolutamente inútiles. "El maestro Maxwell tenía razón", dijo Hertz a los estudiantes. "Las ondas electromagnéticas existen, pero no podemos verlas con nuestros ojos". Y a la pregunta "¿Qué sigue?" él respondió: “Supongo que no es nada”.

En la comunidad científica, el descubrimiento de Hertz fue calificado como el comienzo de una nueva "era eléctrica".

Posteriormente, de todo el espectro de ondas electromagnéticas se aisló una gama de ondas de radio, que comenzaron a utilizarse para transmitir señales de radio.

Rango de ondas de radio

Tabla de alcance de ondas de radio

Todas las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a una velocidad igual a la velocidad de la luz. Se diferencian en longitud de onda o frecuencia. No existe un límite definido entre ellos. Un tipo de ondas electromagnéticas pasa suavemente a otro.

Dependiendo de la longitud de onda, todo el espectro de ondas electromagnéticas se divide convencionalmente en radiación gamma, rayos X, luz visible, radiación infrarroja y ondas de radio.

La radiación gamma tiene la longitud de onda más corta, sólo 2,10-10 m. Se clasifican como ondas de radio todas las ondas electromagnéticas cuya longitud excede la longitud de onda de la luz infrarroja y se encuentra en el rango de 1 mm a 100 km. Se trata de ondas electromagnéticas que se utilizan en la ingeniería de radio. Su frecuencia oscila entre 3 kHz y 300 GHz.

Según acuerdos internacionales, todo el espectro de ondas de radio se divide en los siguientes rangos: decimilimétrico, milímetro, centímetro, decímetro, metro, decámetro, hectómetro, kilómetro, miriámetro.

ondas milimétricas

Las ondas que tienen una longitud de 1 mm a 1 cm se llaman milímetro. Su frecuencia oscila entre 30 y 300 GHz y se denomina extremadamente alto(EHF). Estas ondas se utilizan en radares, comunicaciones espaciales y radioastronomía.

El espectro de ondas de radio utilizadas para la transmisión de radio generalmente se divide en ondas ultracortas, cortas, medianas, largas y ultralargas.

Ondas ultracortas

A ultracorto incluyen ondas centimétricas, decimétricas y métricas.

Ondas con longitudes de 1 cm a 10 cm y frecuencias de 3 a 30 GHz ( frecuencias ultra altas EHF) se llaman centímetro. Este rango se utiliza para transmitir datos por aire en canales de comunicación por satélite, redes informáticas inalámbricas Wi-Fi, en comunicaciones por radar y radio.

Las ondas con una longitud de onda en el rango de 10 cm a 1 m, una frecuencia de 300-3000 MHz se denominan decímetro, y su frecuencia Frecuencia ultra alta(UHF). Se utilizan en radiocomunicaciones, televisión, walkie-talkies, teléfonos móviles y hornos microondas.

Las ondas cuya longitud oscila entre 1 y 10 m se denominan metro. La mayoría de las veces se utilizan para comunicaciones por radio, televisión y transmisiones de radio de corta distancia.

Ondas cortas

Corto Las olas son olas en el rango de 10 a 100 m. Se llaman. decámetro ondas.

Ondas medias

Promedio, o hectómetro, Las olas ocupan un rango de 100 ma 1 km.

ondas largas

Largo, o kilómetro, las olas oscilan entre 1 km y 10 km.

Las ondas de radio cortas, medianas y largas se utilizan en radiodifusión y comunicaciones por radio.

Ondas ultralargas

Todas las ondas de radio cuya longitud supera los 10 km se denominan extra largo. Se dividen en miriámetro (longitud de onda de 10 km a 100 km), hectokilómetro (en el rango de 100 km a 1000 km), megámetro (de 1000 km a 10 000 km) y decamegámetro (de 10 000 km a 100 000 km).

Para comunicarse con los submarinos se utilizan ondas de radio ultralargas.

Ondas decimillimétricas

Por separado, es necesario decir sobre d ecimilímetro ondas. Semejante Se consideran ondas con una longitud de 0,1 mm a 1 mm. También se les llama submilimétrico. Se trata de un tipo de radiación electromagnética cuyo espectro de frecuencia se sitúa entre la radiación infrarroja y la radiación de frecuencia ultraalta, incluido el rango de ondas de radio decímetros, centímetros y milímetros. Aunque según la clasificación internacional pertenece a las ondas de radio, se utiliza principalmente en medicina y sistemas de seguridad. A diferencia de los rayos X, son seguros para el cuerpo humano, por lo que se utilizan en dispositivos para escanear órganos del cuerpo humano. En los aeropuertos se utiliza para "controlar" el equipaje de los pasajeros. En física se le llama radiación de terahercios debido a su alta frecuencia, ubicada en el rango de 10 11 -10 13 Hz.

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¿Qué son las ondas de radio?

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas que viajan por el espacio a la velocidad de la luz (300.000 km/seg). Por cierto, la luz también pertenece a las ondas electromagnéticas, lo que determina sus propiedades muy similares (reflexión, refracción, atenuación, etc.).
Las ondas de radio transportan la energía emitida por un oscilador electromagnético a través del espacio. Y nacen cuando cambia el campo eléctrico, por ejemplo, cuando una corriente eléctrica alterna pasa a través de un conductor o cuando saltan chispas por el espacio, es decir. una serie de pulsos de corriente rápidamente sucesivos.
La radiación electromagnética se caracteriza por la frecuencia, la longitud de onda y la potencia de la energía transferida. La frecuencia de las ondas electromagnéticas muestra cuántas veces por segundo cambia la dirección de la corriente eléctrica en el emisor y, por tanto, cuántas veces por segundo cambia la magnitud de los campos eléctrico y magnético en cada punto del espacio. La frecuencia se mide en hercios (Hz), unidades que llevan el nombre del gran científico alemán Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz es una vibración por segundo, 1 megahercio (MHz) es un millón de vibraciones por segundo. Sabiendo que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual a la velocidad de la luz, podemos determinar la distancia entre puntos del espacio donde el campo eléctrico (o magnético) está en la misma fase. Esta distancia se llama longitud de onda. La longitud de onda (en metros) se calcula mediante la fórmula: o aproximadamente donde ¦ es la frecuencia de la radiación electromagnética en MHz.

De la fórmula se desprende que, por ejemplo, una frecuencia de 1 MHz corresponde a una longitud de onda de aprox. 300 m A medida que aumenta la frecuencia, la longitud de onda disminuye, con una disminución, adivine usted mismo. En el futuro, nos aseguraremos de que el conocimiento de la longitud de onda sea muy importante a la hora de elegir una antena para un sistema de radio, ya que la longitud de la antena depende directamente de ello. Las ondas electromagnéticas viajan libremente a través del aire o del espacio exterior (vacío). Pero si en el camino de la onda se encuentra un cable metálico, una antena o cualquier otro cuerpo conductor, le ceden su energía, provocando así una corriente eléctrica alterna en este conductor. Pero no toda la energía de las olas es absorbida por el conductor; parte de ella se refleja desde la superficie. Por cierto, esta es la base para el uso de ondas electromagnéticas en el radar. Otra propiedad útil de las ondas electromagnéticas (así como de cualquier otra onda) es su capacidad para rodear los cuerpos que se encuentran en su camino. Pero esto sólo es posible si el tamaño del cuerpo es menor que la longitud de onda o comparable a ella. Por ejemplo, para detectar una aeronave, la longitud de la onda de radio del localizador debe ser menor que sus dimensiones geométricas (menos de 10 m). Si el cuerpo es más largo que la longitud de onda, puede reflejarla. Pero puede que no lo refleje: recuerde el avión furtivo estadounidense "Stealth".
La energía transportada por las ondas electromagnéticas depende de la potencia del generador (emisor) y de la distancia al mismo. Científicamente, suena así: el flujo de energía por unidad de área es directamente proporcional a la potencia de radiación e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al emisor. Esto significa que el alcance de la comunicación depende de la potencia del transmisor, pero en mucha mayor medida de la distancia al mismo. Por ejemplo, el flujo de energía de la radiación electromagnética del Sol a la superficie de la Tierra alcanza 1 kilovatio por metro cuadrado, y el flujo de energía de una estación de radio de onda media es de solo milésimas e incluso millonésimas de vatio por metro cuadrado.

Asignación de espectro

Rango frecuencias	Nombre del rango (Nombre abreviado)	Nombre rango de onda	Longitud de onda
3–30 kHz	Frecuencias muy bajas (VLF)	Miriámetro	100-10 kilómetros
30–300 kHz	Bajas frecuencias (LF)	Kilómetro	10-1 kilómetros
300-3000 kHz	Frecuencias medias (MF)	hectométrico	1–0,1 kilómetros
3–30MHz	Altas frecuencias (HF)	Decámetro	100-10 metros
30–300MHz	Frecuencias muy altas (VHF)	Metro	10 a 1 metro
300–3000MHz	Ultra alto frecuencias (UHF)	decímetro	1-0,1 metros
3–30GHz	Frecuencias ultraaltas (microondas)	Centímetro	10–1 cm
30–300 GHz	Frecuencias extremadamente altas (EHF)	Milímetro	10-1mm
300-3000 GHz	Frecuencias hiperaltas (HHF)	decimilimetro	1-0,1 mm

Pero estos campos son muy extensos y, a su vez, se dividen en apartados que incluyen los llamados campos de radiodifusión y televisión, campos de comunicaciones terrestres y aeronáuticas, espaciales y marítimas, de transmisión de datos y medicina, de radar y radionavegación, etc. . A cada servicio de radio se le asigna su propia sección del espectro o frecuencias fijas.

Ejemplo de asignación de espectro entre diferentes servicios.
Este desglose es bastante confuso, por lo que muchos servicios utilizan su propia terminología "interna". Normalmente, al designar rangos asignados para comunicaciones móviles terrestres, se utilizan los siguientes nombres:

Término	Rango frecuencias	Explicaciones
Onda corta rango (AF)	2–30MHz	Debido a la naturaleza de la distribución en Se utiliza principalmente para comunicaciones de larga distancia.
« CB »	25,6–30,1 MHz	Rango civil en el que pueden utilizar comunicaciones privadas. EN diferentes países en esta área se asigna de 40 a 80 frecuencias fijas (canales).
« Banda baja"	33–50MHz	No está claro por qué, pero en ruso no lo es. encontré un término que define esto rango.
VHF	136-174MHz	rango más común Comunicaciones móviles fijas.
DCV	400–512MHz	Gama de comunicaciones móviles fijas. A veces esta área no está identificada en rango separado, pero dicen VHF, lo que implica una banda de frecuencia de 136 a 512 megaciclos.
"800MHz"	806–825 y 851–870MHz	Gama tradicional "americana"; ampliamente utilizado por las comunicaciones móviles en EE.UU. no obtuvimos mucho distribución.

Los nombres oficiales de los rangos de frecuencia no deben confundirse con los nombres de las secciones asignadas a diversos servicios. Vale la pena señalar que los principales fabricantes de equipos para comunicaciones terrestres móviles del mundo producen modelos diseñados para operar en estas áreas particulares.
En el futuro, hablaremos de las propiedades de las ondas de radio en relación con su uso en las radiocomunicaciones móviles terrestres.

Cómo las ondas de radio se propagan

Propagación de ondas largas y cortas.

Después de reflejarse en la ionosfera, las ondas cortas regresan a la Tierra, dejando cientos de kilómetros de “zona muerta” debajo. Habiendo viajado a la ionosfera y de regreso, la onda no se "calma", sino que se refleja desde la superficie de la Tierra y nuevamente se precipita hacia la ionosfera, donde nuevamente se refleja, etc. Así, al reflejarse muchas veces, una radio La onda puede dar la vuelta al mundo varias veces.
Se ha demostrado que la altura de reflexión depende principalmente de la longitud de onda. Cuanto más corta es la ola, mayor es la altura a la que se refleja y, por tanto, mayor es la “zona muerta”. Esta dependencia es cierta sólo para la parte del espectro de onda corta (hasta aproximadamente 25-30 MHz). Para longitudes de onda más cortas, la ionosfera es transparente. Las ondas lo atraviesan y se dirigen al espacio exterior.
La figura muestra que la reflexión depende no sólo de la frecuencia, sino también de la hora del día. Esto se debe al hecho de que la ionosfera está ionizada por la radiación solar y pierde gradualmente su reflectividad con la llegada de la oscuridad. El grado de ionización también depende de la actividad solar, que varía a lo largo del año y de año en año en un ciclo de siete años.

Capas reflectantes de la ionosfera y propagación de ondas cortas.
dependiendo de la frecuencia y la hora del día.

Propagación de ondas cortas y ultracortas.

Las ondas de radio VHF tienen propiedades más similares a las de los rayos de luz. Prácticamente no se reflejan en la ionosfera, se curvan muy ligeramente sobre la superficie de la tierra y se extienden dentro del campo de visión. Por tanto, el rango de ondas ultracortas es corto. Pero esto tiene una clara ventaja para las comunicaciones por radio. Ya que en el rango VHF
Dado que las ondas se propagan dentro del campo visual, las estaciones de radio pueden ubicarse a una distancia de 150 a 200 km entre sí sin influencia mutua. Esto permite que las estaciones vecinas reutilicen la misma frecuencia.
Las propiedades de las ondas de radio en los rangos DCV y 800 MHz están aún más cercanas a las de los rayos de luz y, por lo tanto, tienen otra propiedad interesante e importante. Recordemos cómo funciona una linterna. La luz de una bombilla situada en el foco del reflector se recoge en un haz estrecho de rayos, que puede ser
enviar en cualquier dirección. Lo mismo se puede hacer con las ondas de radio de alta frecuencia. Pueden ser recogidos por espejos de antena y enviados en haces estrechos. Es imposible construir una antena de este tipo para ondas de baja frecuencia, ya que sus dimensiones serían demasiado grandes (el diámetro del espejo debe ser mucho mayor que la longitud de onda). La posibilidad de radiación dirigida de ondas permite aumentar la eficiencia del sistema de comunicación.
Esto se debe al hecho de que un haz estrecho proporciona menos disipación de energía en los lados.
direcciones, lo que permite el uso de transmisores menos potentes para lograr un rango de comunicación determinado. La radiación direccional crea menos interferencias con otros sistemas de comunicación que no están dentro del alcance del haz.
La recepción de ondas de radio también puede aprovechar la radiación direccional. Por ejemplo, muchas personas conocen las antenas de satélite parabólicas, que concentran la radiación del transmisor del satélite en el lugar donde está instalado el sensor receptor. El uso de antenas receptoras direccionales en radioastronomía ha permitido realizar muchos descubrimientos científicos fundamentales. La capacidad de enfocar ondas de radio de alta frecuencia ha garantizado su uso generalizado en radares, comunicaciones por retransmisión por radio, radiodifusión por satélite, transmisión inalámbrica de datos, etc.

Antenas direccionales parabólicas.

Cabe señalar que a medida que disminuye la longitud de onda, aumenta su atenuación y absorción en la atmósfera. En particular, la propagación de ondas de menos de 1 cm comienza a verse afectada por fenómenos como niebla, lluvia, nubes, que pueden convertirse en interferencias graves que limitan en gran medida el alcance de la comunicación.
Hemos aprendido que las ondas de radio tienen diferentes propiedades de propagación y cada parte de este rango se utiliza donde mejor se pueden explotar sus ventajas.

Rango de radiofrecuencia y su uso para radiocomunicaciones.

2.1 Conceptos básicos de propagación de radio

Las comunicaciones por radio garantizan la transmisión de información a distancia mediante ondas electromagnéticas (ondas de radio).

Las ondas de radio transportan la energía emitida por un oscilador electromagnético a través del espacio. Y nacen cuando cambia el campo eléctrico, por ejemplo, cuando una corriente eléctrica alterna pasa a través de un conductor o cuando saltan chispas por el espacio, es decir. una serie de pulsos de corriente rápidamente sucesivos.

Arroz. 2.1 Estructura de una onda electromagnética.

La radiación electromagnética se caracteriza por la frecuencia, la longitud de onda y la potencia de la energía transferida. La frecuencia de las ondas electromagnéticas muestra cuántas veces por segundo cambia la dirección de la corriente eléctrica en el emisor y, por tanto, cuántas veces por segundo cambia la magnitud de los campos eléctrico y magnético en cada punto del espacio.

La frecuencia se mide en hercios (Hz), unidad que lleva el nombre del gran científico alemán Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz es una vibración por segundo, 1 MegaHertz (MHz) es un millón de vibraciones por segundo. Sabiendo que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual a la velocidad de la luz, podemos determinar la distancia entre puntos del espacio donde el campo eléctrico (o magnético) está en la misma fase. Esta distancia se llama longitud de onda.

La longitud de onda (en metros) se calcula mediante la fórmula:

, o aproximadamente

donde f es la frecuencia de la radiación electromagnética en MHz.

De la fórmula se desprende claramente que, por ejemplo, una frecuencia de 1 MHz corresponde a una longitud de onda de unos 300 m. Al aumentar la frecuencia, la longitud de onda disminuye y al disminuir la frecuencia aumenta.

Las ondas electromagnéticas viajan libremente a través del aire o del espacio exterior (vacío). Pero si en el camino de la onda se encuentra un cable metálico, una antena o cualquier otro cuerpo conductor, le ceden su energía, provocando así una corriente eléctrica alterna en este conductor. Pero no toda la energía de las olas es absorbida por el conductor; parte de ella se refleja desde la superficie. Por cierto, esta es la base para el uso de ondas electromagnéticas en el radar.

Otra propiedad útil de las ondas electromagnéticas (así como de cualquier otra onda) es su capacidad para rodear los cuerpos que se encuentran en su camino. Pero esto sólo es posible si el tamaño del cuerpo es menor que la longitud de onda o comparable a ella. Por ejemplo, para detectar una aeronave, la longitud de la onda de radio del localizador debe ser menor que sus dimensiones geométricas (menos de 10 m). Si el cuerpo es más largo que la longitud de onda, puede reflejarla. Pero puede que no refleje: recuerde "Stealth".

La energía transportada por las ondas electromagnéticas depende de la potencia del generador (emisor) y de la distancia al mismo, es decir. el flujo de energía por unidad de área es directamente proporcional a la potencia de radiación e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al emisor. Esto significa que el alcance de la comunicación depende de la potencia del transmisor, pero en mucha mayor medida de la distancia al mismo.

Por ejemplo, el flujo de energía de la radiación electromagnética del Sol a la superficie de la Tierra alcanza 1 kilovatio por metro cuadrado, y el flujo de energía de una estación de radio de onda media es de solo milésimas e incluso millonésimas de vatio por metro cuadrado.

2.2 Asignación del espectro de radiofrecuencias

Las ondas de radio (frecuencias de radio) utilizadas en la ingeniería de radio ocupan un espectro de 10.000 m (30 kHz) a 0,1 mm (3.000 GHz). Esto es sólo una parte del amplio espectro de ondas electromagnéticas. A las ondas de radio (de longitud decreciente) les siguen rayos térmicos o infrarrojos. Después de ellos viene una sección estrecha de ondas de luz visible, luego un espectro de rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma; todas estas son vibraciones electromagnéticas de la misma naturaleza, que difieren solo en la longitud de onda y, por lo tanto, en la frecuencia.

Aunque todo el espectro está dividido en regiones, los límites entre ellas están tentativamente delineados. Las áreas se suceden continuamente, se transforman unas en otras y, en algunos casos, se superponen.

Pero estos campos de alcance son muy extensos y, a su vez, se dividen en apartados que incluyen los llamados campos de radiodifusión y televisión, campos de comunicaciones terrestres y aeronáuticas, espaciales y marítimas, de transmisión de datos y medicina, de radar y radionavegación, etc. . A cada servicio de radio se le asigna su propia sección del espectro o frecuencias fijas. En realidad, para las comunicaciones por radio se utilizan oscilaciones en el rango de frecuencia de 10 kHz a 100 GHz. El uso de un rango de frecuencia particular para la comunicación depende de muchos factores, en particular de las condiciones de propagación de las ondas de radio de diferentes rangos, el rango de comunicación requerido, la viabilidad de los valores de potencia del transmisor en el rango de frecuencia seleccionado, etc.

Según acuerdos internacionales, todo el espectro de ondas de radio utilizadas en las radiocomunicaciones se divide en rangos (Tabla 1):

tabla 1

No.	Nombre del rango			Límites de rango
No.	Ondas	Términos obsoletos	Frecuencias	Ondas de radio	Frecuencias
1	DKMGMVDecaMegaMedidor		Frecuencias extremadamente bajas (ELF)	100.000-10.000km	3-30Hz
2	MGMVMegametro		Frecuencias ultrabajas (ELF)	10.000-1.000 kilómetros	30-3.000Hz
3	GCMMVHectakilómetro		Frecuencias infrabajas (ILF)	1.000-100 kilómetros	0,3-3 kHz
4	MRMVMmiriámetro	AGREGAR	VLF de muy baja frecuencia (VLF)	100-10 kilómetros	3-30kHz
5	KMVKilómetro	Lejano Oriente	Baja frecuencia (LF) LF	10-1 kilometros	30-300 kHz
6	GCMVHectámetro	nordeste	Frecuencias medias (MF) VF	1000-100m	0,3-3MHz
7	DKMVDecámetro	frecuencia cardíaca	Alta frecuencia (HF) HF	100-10m	3-30MHz
8	MVMímetro	VHF	Muy alta frecuencia (VHF) VHF	10-1m	30-300MHz
9	DCMVDecímetro	VHF	Frecuencias ultra altas (UHF) UHF	10-1dm	0,3-3GHz
10	SMVCentímetro	VHF	Frecuencias ultra altas (microondas) SHF	10-1cm	3-30GHz
11	MMVMilímetro	VHF	Frecuencias extremadamente altas (EHF) EHF	10-1 milímetro	30-300GHz
12	DCMMVDecimillie- metro submilli- metro	SUMMV	Frecuencias hiperaltas (HHF)	1-0,1mm	0,3-3 THz
13	Luz			< 0,1 мм	> 3 THz

Arroz. 2.2 Ejemplo de asignación de espectro entre diferentes servicios.

La tierra es un conductor de electricidad para las ondas de radio (aunque no muy bueno). Al pasar sobre la superficie de la tierra, las ondas de radio se debilitan gradualmente. Esto se debe a que las ondas electromagnéticas excitan corrientes eléctricas en la superficie de la tierra, lo que consume parte de la energía. Aquellos. La tierra absorbe energía y cuanto más, más corta es la longitud de onda (mayor es la frecuencia).

Además, la energía de las ondas se debilita también porque la radiación se propaga en todas las direcciones del espacio y, por tanto, cuanto más lejos está el receptor del transmisor, menos energía cae por unidad de superficie y menos llega a la antena.

Las transmisiones de estaciones de radiodifusión de onda larga se pueden recibir a distancias de hasta varios miles de kilómetros y el nivel de la señal disminuye suavemente, sin saltos. Las estaciones de onda media se pueden escuchar en un radio de miles de kilómetros. En cuanto a las ondas cortas, su energía disminuye drásticamente con la distancia al transmisor. Esto explica el hecho de que en los albores del desarrollo de la radio, las ondas de 1 a 30 km se utilizaban principalmente para la comunicación. Las olas de menos de 100 metros generalmente se consideraban inadecuadas para las comunicaciones a larga distancia.

Sin embargo, estudios posteriores de ondas cortas y ultracortas demostraron que se atenúan rápidamente cuando viajan cerca de la superficie de la Tierra. Cuando la radiación se dirige hacia arriba, las ondas cortas regresan.

En 1902, el matemático inglés Oliver Heaviside y el ingeniero eléctrico estadounidense Arthur Edwin Kennelly predijeron casi simultáneamente que existe una capa de aire ionizado sobre la Tierra, un espejo natural que refleja ondas electromagnéticas. Esta capa fue nombrada ionosfera.

La ionosfera de la Tierra debería haber permitido aumentar el rango de propagación de las ondas de radio a distancias superiores a la línea de visión. Esta suposición fue probada experimentalmente en 1923. Los pulsos de RF se transmitieron verticalmente hacia arriba y se recibieron las señales de retorno. La medición del tiempo entre el envío y la recepción de pulsos permitió determinar la altura y el número de capas de reflexión.

2.3 Influencia de la atmósfera en la propagación de ondas de radio

La naturaleza de la propagación de las ondas de radio depende de la longitud de onda, la curvatura de la Tierra, el suelo, la composición de la atmósfera, la hora del día y del año, el estado de la ionosfera, el campo magnético terrestre y las condiciones meteorológicas.

Consideremos la estructura de la atmósfera, que tiene una influencia significativa en la propagación de las ondas de radio. Dependiendo de la hora del día y del año, el contenido de humedad y la densidad del aire cambian.

El aire que rodea la superficie terrestre forma una atmósfera cuya altitud es de aproximadamente 1000-2000 km. La composición de la atmósfera terrestre es heterogénea.

Arroz. 2.3 Estructura de la atmósfera.

Las capas de la atmósfera hasta una altura de aproximadamente 100-130 km tienen una composición homogénea. Estas capas contienen aire que contiene (en volumen) 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno. La capa inferior de la atmósfera, de 10 a 15 km de espesor (Fig. 2.3), se llama troposfera. Esta capa contiene vapor de agua, cuyo contenido fluctúa bruscamente con los cambios en las condiciones meteorológicas.

La troposfera se convierte gradualmente en estratosfera. El límite es la altura a la que la temperatura deja de bajar.

A altitudes de aproximadamente 60 km y más sobre la Tierra, bajo la influencia de los rayos solares y cósmicos, se produce la ionización del aire en la atmósfera: algunos de los átomos se desintegran en libres. electrones Y iones. En las capas superiores de la atmósfera, la ionización es insignificante, ya que el gas está muy enrarecido (hay una pequeña cantidad de moléculas por unidad de volumen). A medida que los rayos del sol penetran en capas más densas de la atmósfera, aumenta el grado de ionización. A medida que se acerca a la Tierra, la energía de los rayos del sol disminuye y el grado de ionización vuelve a disminuir. Además, en las capas inferiores de la atmósfera, debido a la alta densidad, las cargas negativas no pueden existir durante mucho tiempo; Se produce el proceso de restauración de moléculas neutras.

La ionización en una atmósfera enrarecida a altitudes de 60 a 80 km de la Tierra y más persiste durante mucho tiempo. A estas altitudes, la atmósfera está muy enrarecida, la densidad de electrones e iones libres es tan baja que las colisiones y, por tanto, la restauración de átomos neutros son relativamente raras.

La capa superior de la atmósfera se llama ionosfera. El aire ionizado tiene un efecto significativo sobre la propagación de ondas de radio.

Durante el día se forman cuatro capas regulares o máximos de ionización: capas D, mi, F 1 y F 2. La capa F 2 tiene la mayor ionización (la mayor cantidad de electrones libres por unidad de volumen).

Después del atardecer, la radiación ionizante cae drásticamente. Se restauran moléculas y átomos neutros, lo que conduce a una disminución en el grado de ionización. Por la noche las capas desaparecen por completo. D Y F 2, ionización de capa mi disminuye significativamente, y la capa F 2 retiene la ionización con cierta atenuación.

Arroz. 2.4 Dependencia de la propagación de ondas de radio de la frecuencia y la hora del día.

La altura de las capas de la ionosfera cambia todo el tiempo dependiendo de la intensidad de los rayos del sol. Durante el día la altura de las capas ionizadas es menor, por la noche es mayor. En verano en nuestras latitudes la concentración de electrones de las capas ionizadas es mayor que en invierno (a excepción de la capa F 2). El grado de ionización también depende del nivel de actividad solar, determinado por el número de manchas solares. El período de actividad solar es de aproximadamente 11 años.

En latitudes polares se observan procesos de ionización irregulares asociados con las llamadas perturbaciones ionosféricas.

Hay varios caminos por los que llega una onda de radio a la antena receptora. Como ya se señaló, las ondas de radio que se propagan sobre la superficie de la Tierra y se curvan a su alrededor debido al fenómeno de difracción se denominan ondas superficiales o terrestres (dirección 1, Fig. 2.5). Las ondas que se propagan en las direcciones 2 y 3 se llaman espacial. Se dividen en ionosféricos y troposféricos. Estos últimos se observan sólo en el rango VHF. ionosférico Se llaman ondas reflejadas o dispersadas por la ionosfera. troposférico– ondas reflejadas o dispersadas por capas no homogéneas o “granos” de la troposfera.

Arroz. 2.5 Caminos de propagación de las ondas radioeléctricas.

Onda superficial la base de su frente toca la Tierra, como se muestra en la Fig. 2.6. Esta onda, de fuente puntual, siempre tiene polarización vertical, ya que la componente horizontal de la onda es absorbida por la Tierra. A una distancia suficiente de la fuente, expresada en longitudes de onda, cualquier segmento del frente de onda es una onda plana.

La superficie de la Tierra absorbe parte de la energía de las ondas superficiales que se propagan a lo largo de ella, ya que la Tierra tiene una resistencia activa.

Arroz. 2.6 Propagación de ondas superficiales.

Cuanto más corta sea la ola, es decir cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la corriente inducida en la Tierra y mayores las pérdidas. Las pérdidas en la Tierra disminuyen al aumentar la conductividad del suelo, ya que las ondas penetran menos en la Tierra cuanto mayor es la conductividad del suelo. En la Tierra también se producen pérdidas dieléctricas, que también aumentan con el acortamiento de las ondas.

Para frecuencias superiores a 1 MHz, la onda superficial en realidad está muy atenuada debido a la absorción por la Tierra y, por lo tanto, no se utiliza excepto en la cobertura local. En las frecuencias de televisión, la atenuación es tan grande que la onda superficial se puede utilizar a distancias de no más de 1 a 2 km del transmisor.

La comunicación a largas distancias se realiza principalmente mediante ondas espaciales.

Para obtener la refracción, es decir, el retorno de una onda a la Tierra, la onda debe emitirse con un cierto ángulo con respecto a la superficie terrestre. El mayor ángulo de radiación en el que una onda de radio de una frecuencia determinada regresa a la Tierra se llama Ángulo crítico para una capa ionizada dada (Fig. 2.7).

Arroz. 2.7 Influencia del ángulo de radiación en el paso de una onda espacial.

Cada capa ionizada tiene su propia frecuencia crítica Y Ángulo crítico.

En la Fig. 2.7 muestra un haz que una capa refracta fácilmente mi, ya que el haz entra en un ángulo por debajo del ángulo crítico de esta capa. El haz 3 pasa por la zona. mi, pero regresa a la Tierra como una capa F 2 porque entra en un ángulo por debajo del ángulo de la capa crítica F 2. El haz 4 también atraviesa la capa. mi. entra en la capa F 2 en su ángulo crítico y regresa a la Tierra. El rayo 5 pasa por ambas zonas y se pierde en el espacio.

Todos los rayos mostrados en la Fig. 2.7, se refieren a la misma frecuencia. Si se utiliza una frecuencia más baja, se requieren ángulos críticos mayores para ambas regiones; por el contrario, si la frecuencia aumenta, ambas regiones tienen ángulos críticos más pequeños. Si continúa aumentando la frecuencia, llegará un punto en el que la onda que se propaga desde el transmisor paralelo a la Tierra superará el ángulo crítico para cualquier área. Este estado ocurre a una frecuencia de aproximadamente 30 MHz. Por encima de esta frecuencia, la comunicación por ondas espaciales se vuelve poco fiable.

Entonces, cada frecuencia crítica tiene su propio ángulo crítico y, a la inversa, cada ángulo crítico tiene su propia frecuencia crítica. En consecuencia, cualquier onda espacial cuya frecuencia sea igual o inferior a la crítica regresará a la Tierra a una determinada distancia del transmisor.

En la Fig. 2.7 el rayo 2 incide sobre la capa E en un ángulo crítico. Observe dónde la onda reflejada golpea la Tierra (la señal se pierde más allá de un ángulo crítico); la onda espacial, al alcanzar la capa ionizada, se refleja en ella y regresa a la Tierra a una gran distancia del transmisor. A cierta distancia del transmisor, dependiendo de la potencia del mismo y de la longitud de onda, es posible recibir una onda superficial. Desde el lugar donde termina la recepción de la onda superficial, el zona de silencio y termina donde aparece la onda espacial reflejada. Las zonas de silencio no tienen un límite definido.

Arroz. 2.8 Zonas de recepción de ondas superficiales y espaciales.

A medida que aumenta la frecuencia, el valor zona muerta aumenta debido a una disminución en el ángulo crítico. Para comunicarse con un corresponsal a cierta distancia del transmisor en determinados momentos del día y estaciones, existe frecuencia máxima permitida, que se puede utilizar para la comunicación por ondas espaciales. Cada región ionosférica tiene su propia frecuencia máxima permitida para la comunicación.

Las ondas cortas y, especialmente, las ultracortas de la ionosfera pierden una parte insignificante de su energía. Cuanto mayor es la frecuencia, más corta es la distancia que recorren los electrones durante sus oscilaciones, como resultado de lo cual disminuye el número de colisiones con las moléculas, es decir, disminuye la pérdida de energía de las ondas.

En las capas ionizadas más bajas, las pérdidas son mayores, ya que una mayor presión indica una mayor densidad del gas y, a mayor densidad del gas, aumenta la probabilidad de colisiones de partículas.

Las ondas largas se reflejan desde las capas inferiores de la ionosfera, que tienen la menor concentración de electrones, en cualquier ángulo de elevación, incluidos los cercanos a 90°. El suelo con humedad media es casi un conductor de ondas largas, por lo que se reflejan bien desde la Tierra. Múltiples reflejos de la ionosfera y la Tierra explican la propagación de ondas largas a gran distancia.

Propagación de ondas largas No depende de la época del año ni de las condiciones meteorológicas, del período de actividad solar ni de las perturbaciones ionosféricas. Cuando se reflejan en la ionosfera, las ondas largas sufren una gran absorción. Por eso se necesitan transmisores de alta potencia para comunicarse a largas distancias.

Ondas medias se absorben notablemente en la ionosfera y en suelos de conductividad media y baja. Durante el día sólo se observa una onda superficial, ya que la onda celeste (de más de 300 m de longitud) es absorbida casi por completo en la ionosfera. Para una reflexión interna total, las ondas medias deben viajar cierta distancia en las capas inferiores de la ionosfera, que tienen, aunque una baja concentración de electrones, pero una densidad de aire significativa.

Por la noche, con la desaparición de la capa D, la absorción en la ionosfera disminuye, por lo que es posible mantener comunicaciones utilizando ondas celestes a distancias de 1500-2000 km con una potencia de transmisión de aproximadamente 1 kW. Las condiciones de comunicación en invierno son ligeramente mejores que en verano.

La ventaja de las olas medias es que no se ven afectados por las perturbaciones ionosféricas.

Según un acuerdo internacional, las señales de socorro (señales SOS) se transmiten por ondas con una longitud de unos 600 m.

El lado positivo de la comunicación por ondas espaciales en ondas cortas y medias es la posibilidad de comunicación a larga distancia con baja potencia de transmisión. Pero comunicación de ondas espaciales tiene y deficiencias significativas.

En primer lugar, inestabilidad de la comunicación debido a cambios en la altura de las capas ionizadas de la atmósfera durante el día y el año. Para mantener el contacto con el mismo punto cada día, hay que cambiar la longitud de onda 2-3 veces. A menudo, debido a cambios en el estado de la atmósfera, la comunicación se interrumpe por completo durante algún tiempo.

En segundo lugar, la presencia de una zona de silencio.

Olas de menos de 25 m Se clasifican como "ondas diurnas" porque se desplazan bien durante el día. Las “ondas nocturnas” incluyen olas de más de 40 m. Estas ondas se desplazan bien durante la noche.

Las condiciones para la propagación de ondas de radio cortas están determinadas por el estado de la capa ionizada Fg. La concentración de electrones de esta capa a menudo se ve alterada debido a la irregularidad de la radiación solar, lo que provoca perturbaciones ionosféricas y tormentas magnéticas. Como resultado, la energía de las ondas de radio cortas se absorbe significativamente, lo que degrada la comunicación por radio e incluso, a veces, la hace completamente imposible. Las perturbaciones ionosféricas se observan especialmente en latitudes cercanas a los polos. Por lo tanto, las comunicaciones de onda corta allí no son fiables.

Lo mas notable perturbaciones ionosféricas tienen su propia periodicidad: se repiten 27 dias(tiempo de revolución del Sol alrededor de su eje).

En el rango de onda corta, la influencia de las interferencias industriales, atmosféricas y mutuas se ve fuertemente afectada.

Frecuencias de comunicación óptimas en ondas cortas se seleccionan sobre la base de pronósticos de radio, que se dividen en a largo plazo Y Corto plazo. Los pronósticos a largo plazo indican el estado promedio esperado de la ionosfera durante un cierto período de tiempo (mes, estación, año o más), mientras que los pronósticos a corto plazo se compilan para un día, cinco días y caracterizan posibles desviaciones de la ionosfera de su estado promedio. Los pronósticos se elaboran en forma de gráficos como resultado del procesamiento de observaciones sistemáticas de la ionosfera, la actividad solar y el estado del magnetismo terrestre.

Ondas ultracortas(VHF) no se reflejan en la ionosfera, la atraviesan libremente, es decir, estas ondas no tienen una onda ionosférica espacial. La onda superficial ultracorta, a través de la cual es posible la comunicación por radio, tiene dos inconvenientes importantes: en primer lugar, la onda superficial no se curva alrededor de la superficie terrestre ni de los grandes obstáculos y, en segundo lugar, es fuertemente absorbida por el suelo.

Las ondas ultracortas se utilizan ampliamente cuando se requiere un alcance de radio corto (la comunicación generalmente se limita a la línea de visión). En este caso, la comunicación se realiza mediante una onda troposférica espacial. Por lo general, consta de dos componentes: un haz directo y un haz reflejado desde la Tierra (figura 2.9).

Arroz. 2.9 Rayos directos y reflejados de una onda espacial.

Si las antenas están lo suficientemente cerca, ambos haces normalmente llegarán a la antena receptora, pero sus intensidades serán diferentes. El haz reflejado desde la Tierra es más débil debido a las pérdidas que se producen durante la reflexión desde la Tierra. Un haz directo tiene casi la misma atenuación que una onda en el espacio libre. En la antena receptora, la señal total es igual a la suma vectorial de estos dos componentes.

Las antenas receptora y transmisora suelen tener la misma altura, por lo que la longitud del recorrido del haz reflejado es ligeramente diferente de la del haz directo. La onda reflejada tiene un desplazamiento de fase de 180°. Por lo tanto, ignorando las pérdidas en la Tierra durante la reflexión, si dos haces recorren la misma distancia, su suma vectorial es cero y, como resultado, no habrá señal en la antena receptora.

En realidad, el haz reflejado recorre una distancia ligeramente mayor, por lo que la diferencia de fase en la antena receptora será de aproximadamente 180°. La diferencia de fase se define por la diferencia de trayectoria en relaciones de longitud de onda en lugar de en unidades lineales. En otras palabras, la señal global recibida en estas condiciones depende principalmente de la frecuencia utilizada. Por ejemplo, si la longitud de onda operativa es de 360 m y la diferencia de trayectoria es de 2 m, el cambio de fase diferirá de 180° en solo 2°. Como resultado, hay una ausencia casi total de señal en la antena receptora. Si la longitud de onda es de 4 m, la misma diferencia de trayectoria de 2 m provocará una diferencia de fase de 180°, cancelando por completo el cambio de fase de reflexión de 180°. En este caso, la señal duplica su voltaje.

De esto se deduce que a bajas frecuencias el uso de ondas espaciales no tiene interés para la comunicación. Sólo en altas frecuencias, donde la diferencia de trayectoria es proporcional a la longitud de onda utilizada, se utiliza ampliamente la onda celeste.

El alcance de los transmisores VHF aumenta significativamente cuando los aviones se comunican en el aire y con la Tierra.

A ventajas de VHF Debe considerarse la posibilidad de utilizar antenas pequeñas. Además, una gran cantidad de estaciones de radio pueden funcionar simultáneamente en el rango VHF sin interferencias mutuas. En la sección del rango de olas de 10 a 1 m es posible colocar más estaciones operativas simultáneamente que en el rango de olas cortas, medias y largas juntas.

Las líneas de retransmisión que funcionan en VHF se han generalizado. Entre dos puntos de comunicación situados a gran distancia se instalan varios transceptores VHF, situados dentro del campo visual entre sí. Las estaciones intermedias funcionan automáticamente. La organización de líneas de retransmisión le permite aumentar el alcance de la comunicación en VHF e implementar comunicación multicanal (realizar varias transmisiones telefónicas y telegráficas simultáneamente).

Actualmente, se presta mucha atención al uso de la gama VHF para comunicaciones por radio de larga distancia.

Las más utilizadas son las líneas de comunicación que operan en el rango de 20 a 80 MHz y utilizan los fenómenos de dispersión ionosférica. Se creía que la comunicación por radio a través de la ionosfera sólo es posible en frecuencias inferiores a 30 MHz (longitud de onda superior a 10 m), y dado que este rango está completamente cargado y es imposible aumentar aún más el número de canales, el interés en La propagación dispersa de ondas de radio es bastante comprensible.

Este fenómeno radica en el hecho de que parte de la energía de la radiación de frecuencia ultraalta se dispersa por las faltas de homogeneidad existentes en la ionosfera. Estas faltas de homogeneidad son creadas por corrientes de aire de capas con diferente temperatura y humedad, partículas cargadas errantes, productos de ionización de colas de meteoritos y otras fuentes aún poco conocidas. Dado que la troposfera siempre es heterogénea, existe sistemáticamente una refracción dispersa de las ondas de radio.

La propagación dispersa de ondas de radio es similar a la dispersión de la luz de un foco en una noche oscura. Cuanto más potente es el haz de luz, más luz difusa produce.

al estudiar larga distancia En las ondas ultracortas se observó el fenómeno de un fuerte aumento a corto plazo en la audibilidad de las señales. Estas ráfagas aleatorias duran desde unos pocos milisegundos hasta varios segundos. Sin embargo, en la práctica se observan a lo largo del día con interrupciones que rara vez superan los pocos segundos. La aparición de momentos de mayor audibilidad se explica principalmente por el reflejo de las ondas de radio de las capas ionizadas de meteoritos que arden a una altitud de unos 100 km. El diámetro de estos meteoritos no supera los pocos milímetros y sus huellas se extienden a lo largo de varios kilómetros.

De senderos de meteoritos Las ondas de radio con una frecuencia de 50 a 30 MHz (6 a 10 m) se reflejan bien.

Cada día, varios miles de millones de estos meteoritos vuelan hacia la atmósfera terrestre, dejando rastros ionizados con una alta densidad de ionización del aire. Esto hace posible obtener un funcionamiento fiable de enlaces de radio de larga distancia cuando se utilizan transmisores de potencia relativamente baja. Una parte integral de las estaciones de estas líneas son los equipos auxiliares de impresión directa equipados con un elemento de memoria.

Dado que cada rastro de meteorito dura sólo unos segundos, la transmisión se realiza automáticamente en ráfagas cortas.

Actualmente, las comunicaciones y retransmisiones televisivas a través de satélites terrestres artificiales se utilizan ampliamente.

Así, según el mecanismo de propagación de las ondas de radio, las líneas de radiocomunicación se pueden clasificar en líneas utilizando:

el proceso por el cual las ondas de radio se propagan a lo largo de la superficie de la Tierra y se curvan alrededor de ella (el llamado terrenal u ondas superficiales);

el proceso de propagación de ondas de radio dentro de la línea de visión ( derecho ondas);

reflejo de ondas de radio de la ionosfera ( ionosférico ondas);

el proceso de propagación de ondas de radio en la troposfera ( troposférico ondas);

reflejo de ondas de radio de estelas de meteoritos;

reflexión o retransmisión desde satélites terrestres artificiales;

Reflexión de formaciones de plasma de gas creadas artificialmente o superficies conductoras creadas artificialmente.

2.4 Características de la propagación de ondas de radio de diversos rangos.

Las condiciones de propagación de las ondas de radio en el espacio entre el transmisor y el receptor de radio de los corresponsales están influenciadas por la conductividad finita de la superficie terrestre y las propiedades del medio ambiente sobre la Tierra. Esta influencia es diferente para diferentes rangos de onda (frecuencias).

Miriámetro Y kilómetro ondas (AGREGAR Y Lejano Oriente) pueden propagarse tanto como terrestres como ionosféricos. La presencia de una onda terrestre que se propaga a lo largo de cientos e incluso miles de kilómetros se explica por el hecho de que la intensidad del campo de estas ondas disminuye con la distancia con bastante lentitud, ya que la absorción de su energía por la superficie de la tierra o del agua es pequeña. Cuanto más larga sea la onda y mejor sea la conductividad del suelo, mayores distancias se proporcionarán las comunicaciones por radio.

Los suelos arenosos y secos y las rocas absorben en gran medida la energía electromagnética. Al propagarse, debido al fenómeno de la difracción, se curvan alrededor de la superficie terrestre convexa y de los obstáculos que encuentran en el camino: bosques, montañas, colinas, etc. A partir de una distancia de 300 a 400 km del transmisor, aparece una onda ionosférica reflejada desde la región inferior de la ionosfera (desde la capa D o E). Durante el día, debido a la presencia de la capa D, la absorción de energía electromagnética se vuelve más significativa. Por la noche, con la desaparición de esta capa, aumenta el alcance de la comunicación. Así, el paso de ondas largas durante la noche es generalmente mejor que durante el día. Las comunicaciones globales en LW y LW se llevan a cabo mediante ondas que se propagan en una guía de ondas esférica formada por la ionosfera y la superficie terrestre.

Ventajas de las bandas VLF y LW:

las ondas de radio de los rangos VLF y DV tienen la propiedad de penetrar en la columna de agua y también propagarse en algunas estructuras del suelo;

debido a las ondas que se propagan en la guía de ondas esférica de la Tierra, la comunicación se realiza a lo largo de miles de kilómetros;

el alcance de las comunicaciones depende poco de las perturbaciones ionosféricas;

las buenas propiedades de difracción de las ondas de radio en estos rangos permiten proporcionar comunicaciones a cientos e incluso miles de kilómetros utilizando ondas terrestres;

la constancia de los parámetros del enlace de radio asegura un nivel de señal estable en el punto de recepción.

DefectosRango SDV-,DV,-:

La radiación efectiva de ondas en las secciones de alcance consideradas sólo se puede lograr con la ayuda de dispositivos de antena muy voluminosos, cuyas dimensiones sean proporcionales a la longitud de onda. La construcción y restauración de dispositivos de antena de este tamaño en un tiempo limitado (para fines militares) es difícil;

dado que las dimensiones de las antenas reales son más pequeñas que la longitud de onda, la compensación de su eficiencia reducida se logra aumentando la potencia del transmisor a cientos o más de kW;

la creación de sistemas resonantes en este rango y a potencias importantes determina el gran tamaño de las etapas de salida: transmisores, la dificultad de sintonizar rápidamente otra frecuencia;

Para suministrar energía a estaciones de radio en las bandas VLF y LW) se requieren plantas de energía de gran capacidad;

una desventaja importante de las bandas VLF y LW es su pequeña capacidad de frecuencia;

un nivel bastante alto de interferencia industrial y atmosférica;

dependencia del nivel de la señal en el punto de recepción de la hora del día.

Área de aplicación práctica de las ondas de radio en los rangos VLF y DV:

comunicación con objetos submarinos;

comunicaciones troncales y subterráneas globales;

radiobalizas, así como comunicaciones en la aviación de largo alcance y la Armada.

Ondas de hectómetro(NORDESTE) Puede propagarse por ondas superficiales y espaciales. Además, su alcance de comunicación con una onda superficial es más corto (no supera los 1000-1500 km), ya que su energía es absorbida por el suelo más que la de las ondas largas. Las ondas que llegan a la ionosfera son absorbidas intensamente por la capa. D cuando existe, pero está bien estratificado MI.

Para ondas medias, el alcance de comunicación depende mucho. de hora del día. Durante el día las olas medianas son muy fuertes. son absorbidos en las capas inferiores de la ionosfera, que la onda celeste está prácticamente ausente. capa nocturna D y el fondo de la capa mi desaparecen, por lo que disminuye la absorción de ondas medias; y las ondas espaciales comienzan a jugar un papel importante. Por lo tanto, una característica importante de las ondas medianas es que durante el día la comunicación a través de ellas es apoyada por una onda superficial, y por la noche, por ondas superficiales y espaciales simultáneamente.

Ventajas de la gama CB:

por la noche en verano y durante la mayor parte del día en invierno, el alcance de comunicación proporcionado por la onda ionosférica alcanza miles de kilómetros;

los dispositivos de antena de onda media resultan ser bastante efectivos y tienen dimensiones aceptables incluso para comunicaciones por radio móviles;

la capacidad de frecuencia de este rango es mayor que la de las bandas VLF y LW;

buenas propiedades de difracción de las ondas de radio en este rango;

las potencias del transmisor son inferiores a las de las bandas VLF y LW;

baja dependencia de las perturbaciones ionosféricas y las tormentas magnéticas.

Desventajas de la gama CB:

la congestión de la banda CB con potentes emisoras de radio crea dificultades en su uso generalizado;

la capacidad de frecuencia limitada del rango dificulta la maniobra de frecuencias;

el alcance de la comunicación en el NE durante el día en verano siempre es limitado, ya que sólo es posible mediante onda terrestre;

potencias de transmisión suficientemente altas;

la dificultad de utilizar dispositivos de antena altamente eficientes, la complejidad de la construcción y restauración en poco tiempo;

un nivel bastante alto de interferencia mutua y atmosférica.

Área de aplicación práctica de las ondas de radio microondas; Las estaciones de radio de onda media se utilizan con mayor frecuencia en las regiones árticas, como respaldo en casos de pérdida de las comunicaciones de radio de onda corta ampliamente utilizadas debido a perturbaciones ionosféricas y magnéticas, así como en la aviación de largo alcance y la Armada.

ondas decámetros (K.B.) ocupan una posición especial. Pueden propagarse tanto como ondas terrestres como ondas ionosféricas. Las ondas terrestres, con potencias de transmisión relativamente bajas, características de las estaciones de radio móviles, se propagan a distancias que no superan varias decenas de kilómetros, ya que experimentan una absorción significativa en el suelo, que aumenta con el aumento de la frecuencia.

Debido a reflexiones únicas o múltiples de la ionosfera, en condiciones favorables, las ondas ionosféricas pueden propagarse a largas distancias. Su principal propiedad es que son débilmente absorbidos por las regiones inferiores de la ionosfera (capas D Y mi) y se reflejan bien en sus regiones superiores (principalmente la capa F2 . ubicado a una altitud de 300-500 km sobre la tierra). Esto hace posible utilizar estaciones de radio de potencia relativamente baja para la comunicación directa en un rango ilimitado de distancias.

Se produce una disminución significativa en la calidad de las comunicaciones por radio de KB mediante ondas ionosféricas debido al desvanecimiento de la señal. La naturaleza del desvanecimiento se debe principalmente a la interferencia de varios rayos que llegan al lugar receptor, cuya fase cambia constantemente debido a los cambios en el estado de la ionosfera.

Los motivos de la llegada de varios rayos al lugar de recepción de la señal pueden ser:

irradiación de la ionosfera en ángulos en los que los rayos que sufren

en el punto receptor convergen diferentes números de reflexiones de la ionosfera y la Tierra;

el fenómeno de doble refracción bajo la influencia del campo magnético terrestre, por el cual dos rayos (ordinarios y extraordinarios), reflejados desde diferentes capas de la ionosfera, llegan al mismo punto de recepción;

heterogeneidad de la ionosfera, que conduce a una reflexión difusa de las ondas de sus diversas regiones, es decir, a la reflexión de haces de muchos rayos elementales.

El desvanecimiento también puede ocurrir debido a las fluctuaciones de polarización de las ondas cuando se reflejan en la ionosfera, lo que lleva a un cambio en la relación de los componentes vertical y horizontal del campo eléctrico en el lugar de recepción. Los desvanecimientos por polarización se observan con mucha menos frecuencia que los de interferencia y representan entre el 10 y el 15% de su número total.

El nivel de la señal en los puntos de recepción como resultado del desvanecimiento puede variar en un amplio rango: decenas e incluso cientos de veces. El intervalo de tiempo entre los desvanecimientos profundos es una variable aleatoria y puede variar desde décimas de segundo hasta varios segundos, y a veces más, y la transición de niveles altos a bajos puede ser suave o muy abrupta. Los cambios de nivel rápidos a menudo se superponen a los lentos.

Las condiciones para el paso de ondas cortas a través de la ionosfera varían de año en año, lo que se asocia con cambios casi periódicos en la actividad solar, es decir. con un cambio en el número y área de las manchas solares (número de Wolf), que son fuentes de radiación que ioniza la atmósfera. El período de recurrencia de la actividad solar máxima es de 11,3 ± 4 años. Durante los años de máxima actividad solar, las frecuencias máximas aplicables (MUF) aumentan y los rangos de frecuencia de funcionamiento se expanden.

En la Fig. La Figura 2.10 muestra una familia típica de gráficos diarios de MUF y frecuencia mínima aplicable (LOF) para una potencia radiada de 1 kW.

Arroz. 2.10 Progreso de las curvas MUF y LF.

Esta familia de gráficos diarios corresponde a áreas geográficas específicas. De esto se deduce que el rango de frecuencia aplicable para la comunicación a una distancia determinada puede ser muy pequeño. Es necesario tener en cuenta que los pronósticos ionosféricos pueden tener un error, por lo que al elegir las frecuencias máximas de comunicación se intenta no exceder la línea de la llamada frecuencia óptima de operación (ORF), que se encuentra entre un 20 y un 30% por debajo de la Línea MUF. Por supuesto, esto reduce aún más el ancho de trabajo de la sección de cocina. La disminución del nivel de la señal al acercarse a la frecuencia máxima aplicable se explica por la variabilidad de los parámetros ionosféricos.

Debido a que el estado de la ionosfera cambia, la comunicación con las ondas del cielo requiere la elección correcta de frecuencias durante el día:

Durante el DÍA utilizan frecuencias de 12-30 MHz,

MAÑANA y TARDE 8-12 MHz, NOCHE 3-8 MHz.

También se desprende claramente de los gráficos que a medida que disminuye la longitud de la línea de comunicación por radio, también disminuye el rango de frecuencias aplicables (para distancias de hasta 500 km por la noche, puede ser solo de 1 a 2 MHz).

Las condiciones de comunicación por radio para líneas largas resultan más favorables que para las cortas, ya que hay menos y la gama de frecuencias adecuadas para ellas es mucho más amplia.

Las tormentas ionosféricas y magnéticas pueden tener un impacto significativo en el estado de las comunicaciones por radio de KB (especialmente en las regiones polares), es decir perturbaciones de la ionosfera y del campo magnético terrestre bajo la influencia de corrientes de partículas cargadas emitidas por el Sol. Estos flujos destruyen a menudo la principal capa ionosférica reflectante F2 en la región de altas latitudes geomagnéticas. Las tormentas magnéticas pueden ocurrir no sólo en las regiones polares, sino en todo el mundo. Las perturbaciones ionosféricas tienen periodicidad y están asociadas al tiempo de revolución del Sol alrededor de su eje, que es de 27 días.

Las ondas cortas se caracterizan por la presencia de zonas de silencio (zonas muertas). La zona de silencio (Fig. 2.8) se produce durante las comunicaciones por radio a largas distancias en áreas a las que la onda superficial no llega debido a su atenuación, y la onda celeste se refleja desde la ionosfera a una distancia mayor. Esto ocurre cuando se utilizan antenas altamente direccionales cuando emiten en pequeños ángulos con respecto al horizonte.

Ventajas de la gama HF:

Las ondas ionosféricas pueden propagarse a largas distancias debido a reflexiones únicas o múltiples de la ionosfera en condiciones favorables. Son débilmente absorbidos por las regiones inferiores de la ionosfera (capas D y E) y bien reflejados por las superiores (principalmente por la capa F2);

la capacidad de utilizar estaciones de radio de potencia relativamente baja para comunicaciones directas en un rango ilimitado de distancias;

la capacidad de frecuencia del rango HF es significativamente mayor que la de las bandas VLF, LW y SV, lo que permite operar simultáneamente una gran cantidad de estaciones de radio;

Los dispositivos de antena utilizados en el rango de ondas decámetros tienen dimensiones aceptables (incluso para instalación en objetos en movimiento) y pueden tener propiedades direccionales claramente definidas. Tienen un tiempo de implementación corto, son económicos y pueden repararse fácilmente si se dañan.

Desventajas de la gama HF:

la radiocomunicación por ondas ionosféricas se puede realizar si las frecuencias utilizadas están por debajo de los valores máximos (MUF), determinados para cada longitud de la línea de radiocomunicación por el grado de ionización de las capas reflectantes;

la comunicación sólo es posible si las potencias de los transmisores y las ganancias de las antenas utilizadas, con la absorción de energía en la ionosfera, proporcionan la fuerza necesaria del campo electromagnético en el punto de recepción. Esta condición limita el límite inferior de frecuencias aplicables (ULF);

capacidad de frecuencia insuficiente para utilizar modos de operación de banda ancha y maniobras de frecuencia;

una gran cantidad de estaciones de radio que funcionan simultáneamente con un largo alcance de comunicación crea un alto nivel de interferencia mutua;

el largo alcance de comunicación facilita que el enemigo utilice interferencias deliberadas;

la presencia de zonas silenciosas al garantizar la comunicación a largas distancias;

una disminución significativa en la calidad de las comunicaciones por radio de KB por ondas ionosféricas debido al desvanecimiento de las señales que surgen debido a la variabilidad de la estructura de las capas reflectantes de la ionosfera, su constante perturbación y la propagación de ondas multitrayectorias.

Campo de aplicación práctica de las ondas de radio HF.

Las radios KB encuentran la aplicación práctica más amplia para la comunicación con suscriptores remotos.

Las ondas métricas (VHF) incluyen una serie de secciones del rango de frecuencia que tienen una enorme capacidad de frecuencia.

Naturalmente, estas áreas difieren significativamente entre sí en las propiedades de propagación de ondas de radio. La energía VHF es fuertemente absorbida por la Tierra (en general, proporcional al cuadrado de la frecuencia), por lo que la onda terrestre se atenúa con bastante rapidez. VHF no se caracteriza por una reflexión regular de la ionosfera; por lo tanto, la comunicación se calcula utilizando ondas terrestres y ondas que se propagan en el espacio libre. Las ondas del cielo de menos de 6-7 m (43-50 MHz), por regla general, atraviesan la ionosfera sin reflejarse en ella.

La propagación VHF se produce en línea recta, el alcance máximo está limitado por el alcance de la línea de visión. Se puede determinar mediante la fórmula:

donde Dmax – alcance de la línea de visión, km;

h1 – altura de la antena transmisora, m;

h2 – altura de la antena receptora, m.

Sin embargo, debido a la refracción (refracción), la propagación de las ondas de radio se desvía. En este caso, el coeficiente más preciso en la fórmula del rango no será 3,57, sino 4,1-4,5. De esta fórmula se deduce que para aumentar el alcance de comunicación en VHF es necesario elevar más las antenas del transmisor y del receptor.

Un aumento en la potencia del transmisor no conduce a un aumento proporcional en el alcance de comunicación, por lo que se utilizan estaciones de radio de baja potencia en este rango. Cuando se comunica debido a la dispersión troposférica e ionosférica, se requieren transmisores de potencia significativa.

A primera vista, el alcance de comunicación de las ondas terrestres en VHF debería ser muy corto. Sin embargo, hay que tener en cuenta que a medida que aumenta la frecuencia, aumenta la eficiencia de los dispositivos de antena, compensando así las pérdidas de energía en la Tierra.

El rango de comunicación de las ondas terrestres depende de la longitud de onda. El mayor alcance se consigue en ondas métricas, especialmente en ondas adyacentes al rango de HF.

Las ondas métricas tienen la propiedad. difracción, es decir. Capacidad para doblarse en terrenos irregulares. El aumento del alcance de comunicación en ondas métricas se ve facilitado por el fenómeno de la troposfera. refracción, es decir. el fenómeno de la refracción en la troposfera, que asegura la comunicación en rutas cerradas.

En el rango de longitud de onda de los metros, a menudo se observa la propagación de ondas de radio a larga distancia, lo que se debe a varias razones. La propagación a larga distancia puede ocurrir cuando se forman nubes ionizadas esporádicas ( capa esporádica Fs). Se sabe que esta capa puede aparecer en cualquier época del año y del día, excepto en nuestro hemisferio, principalmente a finales de primavera y principios de verano durante el día. Una característica de estas nubes es una concentración de iones muy alta, a veces suficiente para reflejar ondas de todo el rango VHF. En este caso, la zona de ubicación de las fuentes de radiación en relación con los puntos receptores suele estar a una distancia de 2000 a 2500 km y, a veces, más cerca. La intensidad de las señales reflejadas desde la capa Fs puede ser muy alta incluso con potencias de fuente muy bajas.

Otra razón para la propagación a larga distancia de las ondas métricas durante los años de máxima actividad solar puede ser la capa regular F2. Esta distribución se manifiesta en los meses de invierno durante el tiempo de iluminación de los puntos de reflexión, es decir, cuando la absorción de la energía de las olas en las regiones inferiores de la ionosfera es mínima. El alcance de la comunicación puede alcanzar escalas globales.

La propagación a larga distancia de ondas métricas también puede ocurrir durante explosiones nucleares a gran altitud. En este caso, además de la región inferior de mayor ionización, aparece una superior (al nivel de la capa Fs). Las ondas métricas penetran a través de la región inferior, experimentan cierta absorción, se reflejan desde la región superior y regresan a la Tierra. Las distancias recorridas en este caso oscilan entre 100 y 2500 km. Fuerza de campo reflejada nij Las ondas dependen de la frecuencia: las frecuencias más bajas experimentan la mayor absorción en la región de ionización inferior, y las más altas experimentan una reflexión incompleta en la región superior.

La interfaz entre las ondas KB y métricas se produce a una longitud de onda de 10 m (30 MHz). Las propiedades de propagación de las ondas de radio no pueden cambiar abruptamente, es decir. debe haber una región o sección de frecuencias que sea transicional. Una sección de este tipo del rango de frecuencia es la sección de 20-30 MHz. Durante los años de mínima actividad solar (así como durante la noche, independientemente de la fase de actividad), estas frecuencias son prácticamente inadecuadas para la comunicación a larga distancia mediante ondas ionosféricas y su uso es extremadamente limitado. Al mismo tiempo, en las condiciones especificadas, las propiedades de propagación de las ondas en esta sección se vuelven muy cercanas a las propiedades de las ondas de un metro. No es casualidad que este rango de frecuencia se utilice en interés de las comunicaciones por radio centradas en ondas métricas.

Ventajas de la gama VHF:

las pequeñas dimensiones de las antenas permiten realizar una radiación direccional pronunciada, compensando la rápida atenuación de la energía de las ondas de radio;

las condiciones de propagación generalmente no dependen de la hora del día y del año, ni de la actividad solar;

el alcance de comunicación limitado permite utilizar repetidamente las mismas frecuencias en áreas de superficie cuya distancia entre cuyos límites no sea menor que la suma del alcance de las estaciones de radio con las mismas frecuencias;

Menor nivel de interferencias no intencionadas (de origen natural y artificial) e intencionadas debido a antenas altamente direccionales y og rango de comunicación limitado;

enorme capacidad de frecuencia, que permite el uso de señales de banda ancha resistentes al ruido para un gran número de estaciones que funcionan simultáneamente;

cuando se utilizan señales de banda ancha para comunicaciones por radio, la inestabilidad de frecuencia de la línea de radio δf=10 -4 es suficiente;

la capacidad del VHF para penetrar la ionosfera sin pérdidas significativas de energía ha permitido realizar comunicaciones por radio espaciales a distancias medidas en millones de kilómetros;

canal de radio de alta calidad;

debido a las muy bajas pérdidas de energía en el espacio libre, el alcance de comunicación entre aviones equipados con estaciones de radio de potencia relativamente baja puede alcanzar varios cientos de kilómetros;

propiedad de propagación de largo alcance de ondas métricas;

baja potencia de los transmisores y pequeña dependencia del alcance de comunicación de la potencia.

Desventajas de la gama VHF:

corto alcance de comunicación por radio por onda terrestre, prácticamente limitado por la línea de visión;

cuando se utilizan antenas altamente direccionales, resulta difícil trabajar con varios corresponsales;

Cuando se utilizan antenas con dirección circular, se reducen el alcance de comunicación, la inmunidad al reconocimiento y la inmunidad al ruido.

Campo de aplicación práctica de las ondas de radio VHF. El alcance es utilizado simultáneamente por una gran cantidad de estaciones de radio, especialmente porque el alcance de interferencia mutua entre ellas suele ser pequeño. Las propiedades de propagación de las ondas terrestres garantizan el uso generalizado de ondas ultracortas para la comunicación a nivel de control táctico, incluso entre varios tipos de objetos en movimiento. Comunicación a distancias interplanetarias.

Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de cada rango, podemos concluir que los rangos más aceptables para estaciones de radio de baja potencia son los rangos de ondas decámetros (KB) y metros (VHF).

2.5 La influencia de las explosiones nucleares en el estado de las comunicaciones por radio.

Durante las explosiones nucleares, la radiación gamma instantánea, al interactuar con los átomos del medio ambiente, crea una corriente de electrones rápidos que vuelan a gran velocidad, principalmente en la dirección radial desde el centro de la explosión, y los iones positivos permanecen casi en su lugar. Así, durante algún tiempo se produce en el espacio una separación de cargas positivas y negativas, lo que conduce a la aparición de campos eléctricos y magnéticos. Debido a su corta duración, estos campos suelen denominarse pulso electromagnetico (AMY) Explosión nuclear. La duración de su existencia es de aproximadamente 150-200 milisegundos.

Pulso electromagnetico (quinto factor dañino de una explosión nuclear) en ausencia de medidas de protección especiales, pueden dañar los equipos de control y comunicación e interrumpir el funcionamiento de los dispositivos eléctricos conectados a líneas externas largas.

Los sistemas de comunicación, señalización y control son los más susceptibles a los efectos del pulso electromagnético de una explosión nuclear. Como resultado del impacto de EMR de una explosión nuclear terrestre o aérea, se induce voltaje eléctrico en las antenas de las estaciones de radio, bajo la influencia de lo cual se rompe el aislamiento, los transformadores, se derriten los cables, se fallan las descargas de chispas y se dañan los componentes electrónicos. Pueden producirse daños en tubos, dispositivos semiconductores, condensadores, resistencias, etc.

Se ha establecido que cuando los equipos se exponen a EMR, se induce el mayor voltaje en los circuitos de entrada. En relación a los transistores, se observa la siguiente dependencia: cuanto mayor es la ganancia del transistor, menor es su resistencia eléctrica.

Los equipos de radio tienen una tensión de CC de no más de 2-4 kV. Teniendo en cuenta que el pulso electromagnético de una explosión nuclear es de corta duración, la resistencia eléctrica máxima de los equipos sin equipo de protección puede considerarse mayor: aproximadamente 8-10 kV.

En mesa 1 muestra las distancias aproximadas (en km) a las que se inducen en las antenas de las estaciones de radio tensiones superiores a 10 y 50 kV, peligrosas para los equipos, en el momento de una explosión nuclear.

tabla 1

A distancias mayores, el impacto de la EMR es similar al impacto de la descarga de un rayo no muy distante y no causa daños a los equipos.

El impacto de los pulsos electromagnéticos en los equipos de radio se reduce drásticamente si se utilizan medidas de protección especiales.

La forma más eficaz de proteger Los equipos electrónicos ubicados en edificios son el uso de pantallas (metálicas) eléctricamente conductoras, que reducen significativamente los niveles de voltaje inducidos en los alambres y cables internos. Se utilizan medios de protección similares a los medios de protección contra rayos: pararrayos con bobinas de drenaje y bloqueo, cartuchos fusibles, dispositivos de desacoplamiento, circuitos para desconectar automáticamente los equipos de la línea.

Una buena medida de protección También existe una conexión a tierra fiable del equipo en un punto. También es eficaz implementar dispositivos de ingeniería de radio bloque por bloque, con protección para cada bloque y para todo el dispositivo en su conjunto. Esto permite reemplazar rápidamente una unidad averiada por una de respaldo (en los equipos más críticos, las unidades se duplican con conmutación automática si las principales están dañadas). En algunos casos, se pueden utilizar elementos de selenio y estabilizadores para proteger contra EMI.

Además, se puede aplicar dispositivos de protección de entrada, que son varios relés o dispositivos electrónicos que responden al exceso de voltaje en el circuito. Cuando llega un pulso de voltaje inducido en la línea por un pulso electromagnético, cortan la alimentación del dispositivo o simplemente rompen los circuitos de funcionamiento.

Al elegir los dispositivos de protección, se debe tener en cuenta que el impacto de la EMR se caracteriza por un carácter masivo, es decir, la activación simultánea de los dispositivos de protección en todos los circuitos ubicados en el área de explosión. Por lo tanto, los circuitos de protección utilizados deben restaurar automáticamente la funcionalidad de los circuitos inmediatamente después de la terminación del pulso electromagnético.

La resistencia del equipo a los efectos del voltaje que surge en las líneas durante una explosión nuclear depende en gran medida del funcionamiento correcto de la línea y del control cuidadoso de la capacidad de servicio del equipo de protección.

A requisitos operativos importantes Esto incluye la verificación periódica y oportuna de la resistencia eléctrica del aislamiento de la línea y los circuitos de entrada del equipo, la identificación y eliminación oportuna de problemas de conexión a tierra de los cables, el control de la capacidad de servicio de los descargadores, los cartuchos fusibles, etc.

Explosión nuclear a gran altura acompañado de la formación de áreas de mayor ionización. En explosiones a altitudes de hasta aproximadamente 20 km, la región ionizada está limitada primero por el tamaño de la región luminosa y luego por la nube de explosión. En altitudes de 20 a 60 km, el tamaño de la región ionizada es ligeramente mayor que el tamaño de la nube de explosión, especialmente en el límite superior de este rango de altitud.

Durante las explosiones nucleares a gran altura, aparecen en la atmósfera dos áreas de mayor ionización.

Primera zona Se forma en la zona de la explosión debido a la sustancia ionizada de la munición y a la ionización del aire por la onda de choque. Las dimensiones de esta zona en dirección horizontal alcanzan decenas y cientos de metros.

Segunda zona Debajo del centro de la explosión, en las capas de la atmósfera a altitudes de 60 a 90 km, se produce una mayor ionización como resultado de la absorción de la radiación penetrante por el aire. Las distancias a las que la radiación penetrante produce ionización en dirección horizontal son cientos e incluso miles de kilómetros.

Las áreas de mayor ionización que se producen durante una explosión nuclear a gran altitud absorben ondas de radio y cambian la dirección de su propagación, lo que provoca una interrupción significativa en el funcionamiento de los equipos de radio. En este caso, se producen interrupciones en la comunicación por radio y, en algunos casos, se interrumpe por completo.

La naturaleza del efecto dañino del pulso electromagnético de las explosiones nucleares a gran altitud es básicamente similar a la naturaleza del efecto dañino de los EMR de explosiones terrestres y aéreas.

Las medidas para protegerse contra los efectos dañinos de los pulsos electromagnéticos de explosiones a gran altitud son las mismas que contra el EMP de explosiones terrestres y aéreas.

2.5.1 Protección contra radiaciones ionizantes y electromagnéticas.

explosiones nucleares a gran altitud (HEA)

La interferencia RS puede ocurrir como resultado de explosiones de armas nucleares, acompañadas de la emisión de potentes pulsos electromagnéticos de corta duración (10-8 segundos) y cambios en las propiedades eléctricas de la atmósfera.

Se produce EMP (flash de radio):

En primer lugar , como resultado de la expansión asimétrica de una nube de descargas eléctricas formada bajo la influencia de radiaciones ionizantes de explosiones;

En segundo lugar , debido a la rápida expansión de un gas altamente conductor (plasma) formado a partir de los productos de la explosión.

Después de una explosión en el espacio, se crea una bola de fuego, que es una esfera altamente ionizada. Esta esfera se expande rápidamente (a una velocidad de unos 100-120 km/h) sobre la superficie terrestre, transformándose en una esfera de configuración falsa, el espesor de la esfera alcanza los 16-20 km. La concentración de electrones en la esfera puede alcanzar hasta 105-106 electrones/cm3, es decir, 100-1000 veces mayor que la concentración normal de electrones en la capa ionosférica. D.

Las explosiones nucleares a gran altitud (HAE) a altitudes superiores a 30 km afectan significativamente las características eléctricas de la atmósfera en grandes áreas durante un largo período de tiempo y, por tanto, tienen una fuerte influencia en la propagación de ondas de radio.

Además, el potente pulso electromagnético que se produce durante la IJV induce altos voltajes (hasta 10.000-50.000 V) y corrientes de hasta varios miles de amperios en las líneas de comunicación por cable.

El poder del EMR es tan grande que su energía es suficiente para penetrar en el espesor de la Tierra hasta 30 m e inducir un EMF en un radio de 50 a 200 km desde el epicentro de la explosión.

Sin embargo, el principal impacto de los INV es que la enorme cantidad de energía liberada por la explosión, así como los intensos flujos de neutrones, rayos X, rayos ultravioleta y gamma, provocan la formación de áreas altamente ionizadas en la atmósfera y un aumento de la densidad de electrones en la ionosfera, lo que a su vez conduce a la absorción de ondas de radio y a la alteración de la estabilidad del sistema de control.

2.5.2 Signos característicos de IJV.

Un IJV en o cerca de un área determinada va acompañado de un cese inmediato de la recepción de estaciones distantes en la gama de longitudes de onda HF.

En el momento en que se corta la conexión, se escucha un breve clic en los teléfonos y después sólo se escucha el ruido del propio receptor y débiles crujidos, como descargas de truenos.

Unos minutos después de que cesa la comunicación en HF, la interferencia procedente de estaciones distantes en el rango de longitud de onda métrica en VHF aumenta considerablemente.

Se reducen el alcance del radar y la precisión de la medición de coordenadas.

La base de la protección de los medios electrónicos es el uso correcto del rango de frecuencia y todos los factores que surgen como resultado del uso de INV.

2.5.3 Definiciones básicas:

onda de radio reflejada (onda reflejada ) – una onda de radio que se propaga después de la reflexión desde la interfaz entre dos medios o debido a la falta de homogeneidad del medio;

onda de radio directa (onda recta ) – una onda de radio que se propaga directamente desde las fuentes hasta el lugar de recepción;

onda de radio terrestre (onda terrestre ) – una onda de radio que se propaga cerca de la superficie de la Tierra e incluye una onda directa, una onda reflejada desde la Tierra y una onda superficial;

onda de radio ionosférica (ola del cielo ) – una onda de radio que se propaga como resultado de la reflexión de la ionosfera o de la dispersión en ella;

absorción de ondas de radio (absorción ) – una disminución de la energía de una onda de radio debido a su conversión parcial en energía térmica como resultado de la interacción con el medio ambiente;

propagación por trayectos múltiples de ondas de radio (propagación multitrayecto ) – propagación de ondas de radio desde la antena transmisora a la receptora a lo largo de varias trayectorias;

altura de reflexión de capa efectiva (altitud efectiva ) es la altura hipotética de reflexión de una onda de radio desde la capa ionizada, dependiendo de la distribución de la concentración de electrones sobre la altura y longitud de la onda de radio, determinada a través del tiempo entre la transmisión y la recepción de la onda ionosférica reflejada durante el sondeo vertical. bajo el supuesto de que la velocidad de propagación de la onda de radio a lo largo de todo el camino es igual a la velocidad de la luz en el vacío;

salto ionosférico (salto ) – la trayectoria de propagación de las ondas de radio de un punto de la superficie de la Tierra a otro, cuyo paso va acompañado de una reflexión de la ionosfera;

frecuencia máxima aplicable (MUHR) – la frecuencia más alta de emisión de radio en la que hay propagación ionosférica de ondas de radio entre puntos dados en un momento dado bajo ciertas condiciones, esta es la frecuencia que todavía se refleja desde la ionosfera;

frecuencia de funcionamiento óptima (ORQUEA) – frecuencia de emisión de radio por debajo de la FI, en la que se pueden realizar comunicaciones por radio estables en determinadas condiciones geofísicas. Como regla general, el ORF es un 15% más bajo que el MUF;

sondeo ionosférico vertical (sondeo vertical ) – sondeo ionosférico utilizando señales de radio emitidas verticalmente hacia arriba con respecto a la superficie de la Tierra, siempre que los puntos de emisión y recepción estén combinados;

perturbación ionosférica – una perturbación en la distribución de la ionización en las capas de la atmósfera, que normalmente supera los cambios en las características medias de ionización para determinadas condiciones geográficas;

tormenta ionosférica – perturbación ionosférica prolongada de alta intensidad.

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