Dom › Internet › Koje vrste radio valova postoje? Radiofrekvencijski raspon i njegova uporaba za radiokomunikacije. Kako se pobuđuju radio valovi?

Koje vrste radio valova postoje? Radiofrekvencijski raspon i njegova uporaba za radiokomunikacije. Kako se pobuđuju radio valovi?

Radio valovi prodiru kroz naše tijelo i svaki milimetar prostora oko nas. Nemoguće je zamisliti život moderne osobe bez njih. Radi valova prodrla u svako područje našeg života. Već više od 100 godina dio su naših života i nemoguće je zamisliti ljudsko postojanje bez njih.

Što je?

Radio val - elektro magnetsko zračenje,koja se posebnom frekvencijom širi u prostoru. Riječ "radio" dolazi od latinske riječi - beam. Jedan od x karakteristike radio valova - h A stoti dio vibracija,koji se mjeri u Hercima. Tako je dobio ime po njemačkom jeziku e nogo, fizičar Heinrich Hertz. Primao je elektromagnetske valove i proučavao njihova svojstva. Valne oscilacije i e e frekvencije su međusobno povezane. Što je viši posljednji , što su oscilacije kraće.

Priča

Postoji teorija o čemu str Radio valovi nastali su u trenutku velikog praska. I premda su magnetski valovi postojali oduvijek, čovječanstvo ih je otkrilo relativno nedavno. Godine 1868. Škot James Maxwell ih je opisao u svom radu. Tada je njemački fizičar teorijski dokazao njihovo postojanje. To se dogodilo 1887. Od tada interes za magnetske valove ne jenjava. ja kaet. Istraživanja radio valova provode se u mnogim vodećim institutima diljem svijeta.

Područja primjene Radio valovi su opsežni - uključuju radio, radarsku opremu, televiziju, teleskope, radare i sve vrste bežičnih komunikacija. Široko upotrebljavan njih i u kozmetologiji. Internet, televizija i telefonija - sve moderne komunikacije nemoguće su bez magnetskih valova.

Proširena primjena radio valova

To je zahvaljujući studiji ovaj fenomen , možemo slati informacije na daljinu ja . Radio valovi nastaju kada električna struja visoke frekvencije prolazi kroz vodič. Izum radija pripisuje se mnogima e novi pr i pisati sebi. I u gotovo svakoj zemlji postoji genij kojemu dugujemo ovaj jedinstveni izum. Kod nas se vjeruje da je jedan od izumitelja bio Aleksandar Stepanovič Popov.

Izum radija započeo je uređajem radio dirigenta Edwarda Branlya 1890. godine. Ovaj Francuz stvorio je vlastitu uređaj temeljen na ideji Heinricha Hertza, Do koji je bio da kada elektromagnetski val pogodi radio uređaj, stvara se iskra. Branly uređaj je korišten za e ma signal. Prvi koji je ovu spravu isprobao na 40 metara bio je Englez Oliver Lodge 1894. godine. poboljšan e Ljetnikovac Lodge. To se dogodilo 1895. godine.

Televizija

Primjena radio valova u t televizija i ima isti princip. TV tornjevi pojačavaju i emitiraju signal u televizore, a oni su već pretvoreni zu staviti ih u sliku. Primjena radiovalova u suvremenim komunikacijama izgleda isto. Samo zahtijeva gušću retrocerso mrežu R nih tornjeva. Ovi tornjevi su bazne stanice koje odašilju signal i primaju ga od pretplatnika.

Wi-Fi tehnologija, koja je razvijena 1991., danas je široko rasprostranjena.Njezin rad postao je moguć nakon proučavanja svojstava radio valova i njihova se upotreba značajno proširila.

Da, to je radar e t reprezentacija o onome što se događa na zemlji, na nebu i u moru i u svemiru. Princip rada je jednostavan - radioval koji emitira antena odbija se od prepreke i vraća natrag kao signal. Računalo obrađuje njega i izručiti t podatke o veličini predmeta, brzini kretanja i smjeru.

Radari od 1950 Koriste se i na cestama za kontrolu brzine automobila. Ovo je bilo zbog rastući broj automobila na cestama i potrebna kontrola Iznad njih . Radar je uređaj O za daljinsko određivanje brzine vozila u pokretu. Policajci su cijenili jednostavnost korištenja ja Ovaj uređaj i nekoliko godina kasnije pojavili su se radari na svim cestama u svijetu. Svake godine ovi su uređaji modificirani i poboljšani, a danas postoji ogroman broj vrsta. Dijele se u dvije skupine: laser i Doppler.

Svojstva radio valova

Radio valovi imaju zanimljiva svojstva:

eAko se radio val širi u mediju koji nije zrak, on apsorbira energiju;
Tstaza vala je zakrivljena ako se nalazi u nehomogenom sredstvu i naziva se lom radio vala;
Vradio valovi se šire u homogenoj sferiXiapravocrtno brzinom koja ovisi o parametrima medija, a popraćeni su smanjenjem gustoće toka energije s povećanjem udaljenosti;
DoKada radiovalovi putuju iz jednog medija u drugi, oni se reflektiraju i lome;
dRazlomak je svojstvo radio vala da se savija oko prepreke koja mu se nađe na putu, ali ovdje postoji jedan nužan uvjet - veličina prepreke mora biti razmjerna valnoj duljinis.

Vrste valova

Radio valovi se dijele natrikategorije:kratak, prosjek idugo. Prvi uključuju valove duljine od10 do 100 m, što vam omogućuje stvaranje usmjerenih antena. Mogu biti zemaljski i ionosferski.Korišteni su kratki radio valovikomunikacije i emitiranjeIvelike udaljenosti.

Duljina srednjih valova obično varira od 100 do 1000 m. Njihove frekvencije su 526-1606 kHz. Korištenje srednjih radio valova provodi se na mnogim radiodifuznim kanalima u Rusiji.

Dug je val od 1000 do 10 000 m.TOni iznad ovih pokazatelja nazivaju se ultradugi valovi. Ovi valovi imaju mala svojstvathapsorpcija pri prolasku kopnom i morem. ZatoGlavna primjena dugih radio valova je upodvodne i podzemne komunikacije. Posebnanjihovsvojstvo je stabilnostDonaponenost električne struje.

Zaključak

Konačno se isplatiloocjenatda proučavanje radio valovaet do danas.I, možda,donioeTnarodjošepuno iznenađenja.

Otkriće radio valova dalo je čovječanstvu mnoge mogućnosti. Među njima: radio, televizija, radari, radioteleskopi i bežične komunikacije. Sve nam je to olakšalo život. Uz pomoć radija ljudi uvijek mogu zatražiti pomoć spasilaca, brodovi i zrakoplovi mogu poslati signal za pomoć i možete saznati što se događa u svijetu.

Stvaranje elektromagnetskih valova eksperimentalno pripada fizičaru Hertzu. Za to je Hertz koristio visokofrekventno iskrište (Vibrator). Hertz je izveo ovaj eksperiment 1888. Vibrator se sastojao od dvije šipke odvojene iskrištem. Hertz je eksperimentirao s valovima frekvencije 100 000 000 Hz. Nakon što je izračunao vlastitu frekvenciju elektromagnetskih oscilacija vibratora, Hertz je uspio odrediti brzinu elektromagnetskog vala pomoću formule υ = λν. Pokazalo se da je približno jednaka brzini svjetlosti: c = 300 000 km/s .

Radio valovi– to su elektromagnetske oscilacije koje se šire svemirom brzinom svjetlosti (300 000 km/sek). Inače, svjetlost također spada u elektromagnetske valove, što uvjetuje njihova vrlo slična svojstva (refleksija, lom, slabljenje itd.).
Radio valovi prenose energiju koju emitira elektromagnetski oscilator kroz prostor. A rađaju se pri promjeni električnog polja, npr. pri prolasku izmjenične električne struje kroz vodič ili pri skakanju iskri kroz prostor, t.j. niz brzo uzastopnih strujnih impulsa.
Elektromagnetsko zračenje karakteriziraju frekvencija, valna duljina i snaga prenesene energije. Frekvencija elektromagnetskih valova pokazuje koliko se puta u sekundi mijenja smjer električne struje u emiteru i, prema tome, koliko se puta u sekundi mijenja veličina električnog i magnetskog polja u svakoj točki prostora. Frekvencija se mjeri u hercima (Hz), jedinici nazvanoj po velikom njemačkom znanstveniku Heinrichu Rudolfu Hertzu. 1 Hz je jedna vibracija u sekundi, 1 megaherc (MHz) je milijun vibracija u sekundi. Znajući da je brzina elektromagnetskih valova jednaka brzini svjetlosti, možemo odrediti udaljenost između točaka u prostoru u kojima je električno (ili magnetsko) polje u istoj fazi. Ta se udaljenost naziva valna duljina. Valna duljina (u metrima) izračunava se pomoću formule: ili približno gdje je ¦ frekvencija elektromagnetskog zračenja u MHz.

Najjednostavniji slučaj je širenje radio vala u slobodnom prostoru. Već na maloj udaljenosti od radio odašiljača može se smatrati točkom. A ako je tako, tada se fronta radio vala može smatrati sferičnom. Ako mentalno pratimo nekoliko sfera koje okružuju radio odašiljač, jasno je da će u nedostatku apsorpcije energija koja prolazi kroz sfere ostati nepromijenjena. Pa, površina sfere proporcionalna je kvadratu polumjera. To znači da će se intenzitet vala, tj. energija po jedinici površine po jedinici vremena, smanjivati kako se udaljava od izvora obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti.

Kako putuju radio valovi?

Raspon

Uzimajući u obzir karakteristike širenja, generiranja i (djelomično) zračenja, cijeli raspon radiovalova obično se dijeli na niz manjih raspona: ultradugi valovi, dugi valovi, srednji valovi, kratki valovi, metarski valovi, decimetarski valovi , centimetarski valovi, milimetarski valovi i submilimetarski valovi (Tablica 1). Podjela radijskih frekvencija na raspone u radijskim komunikacijama utvrđena je međunarodnim radijskim propisima (tablica 2). Sve su to službeni, jasno razgraničeni dijelovi spektra.
U isto vrijeme, pojam "pojas", ovisno o kontekstu, može se koristiti za označavanje bilo kojeg proizvoljnog dijela radijskih valova/radio frekvencija (na primjer, "amaterski pojas", "pojas mobilnih komunikacija", "niskopojasni pojas, ” “Pojas 2,4 GHz.” i tako dalje.)

Stol 1.- Podjela cjelokupnog raspona radio valova na manje pojaseve.

Stol 2.1.- Radiofrekvencijski raspon

Naziv raspona	Granice raspona
osnovni pojam	paralelni pojam
1. frekvencijski raspon 2. frekvencijski raspon 3. frekvencijski raspon 4. frekvencijski raspon 5. frekvencijski raspon 6. frekvencijski raspon 7. frekvencijski raspon 8. frekvencijski raspon 9. frekvencijski raspon 10. frekvencijski raspon 11. frekvencijsko područje 12. frekvencijsko područje	Ekstremno nizak ELF Ultra-niski VLF Infraniski VLF Vrlo nizak VLF Niske frekvencije LF Srednje frekvencije HF visoke frekvencije Vrlo visok VHF Ultra-visoki UHF Ultra visoka mikrovalna Ekstremno visok EHF Hiper visoka frekvencija	3-30 Hz 30-300 Hz 0,3-3 kHz 3-30 kHz 30-300 kHz 0,3-3 MHz 3-30 MHz 30-300 MHz 0,3-3 GHz 3-30 GHz 30-300 GHz 0,3-3 THz

Stol 2.2. - Raspon radio valova

Dinamički raspon
Dinamički raspon radioprijemnog uređaja je omjer najveće dopuštene razine primljenog signala (normaliziranog razinom nelinearnog izobličenja) i najmanje moguće razine primljenog signala (određene osjetljivošću uređaja), izražen u decibela. Drugim riječima, ovo je razlika između maksimalne i minimalne vrijednosti razine signala pri kojoj se izobličenje još ne opaža. Uzrok ovih izobličenja je nelinearnost putanje pojačanja predmetnog uređaja. Što je DD širi, uređaj može primiti jače signale bez izobličenja. Dinamički raspon je širi u skupim prijemnicima, iako ih je gotovo nemoguće usporediti u ovom parametru, jer vrlo je rijetko naznačeno u karakteristikama.

Raspodjela spektra

Radio valovi (radio frekvencije) koji se koriste u radiotehnici zauzimaju područje, ili znanstveno rečeno, spektar od 10 000 m (30 kHz) do 0,1 mm (3 000 GHz). Ovo je samo dio širokog spektra elektromagnetskih valova. Radio valove (smanjujuće duljine) prate toplinske ili infracrvene zrake. Nakon njih dolazi uski dio vidljivih svjetlosnih valova, zatim spektar ultraljubičastih, x-zraka i gama zraka - sve su to elektromagnetske vibracije iste prirode, koje se razlikuju samo u valnoj duljini, a time i frekvenciji. Iako je cijeli spektar podijeljen na regije, granice između njih su okvirno ocrtane. Područja slijede kontinuirano jedno za drugim, prelaze jedno u drugo, au nekim se slučajevima i preklapaju. Međunarodnim ugovorima cijeli spektar radijskih valova koji se koriste u radijskim komunikacijama podijeljen je na raspone:

Izvori

Radio emisija Sunca. Radioemisija Sunca zabilježena je u rasponu od nekoliko milimetara do 30 m. Radijacija je posebno jaka u metarskom području; rađa se u gornjim slojevima Sunčeve atmosfere, u njegovoj koroni, gdje je temperatura oko 1 milijun K. Kratkovalno zračenje Sunca je relativno slabo; izlazi iz kromosfere, smještene iznad vidljive površine Sunca – fotosfere.

Radio valovi su vrsta elektromagnetskih valova čije je postojanje još 1864. godine predvidio britanski fizičar, matematičar i mehaničar James Clerk Maxwell, autor teorije o elektromagnetskom polju.

Maxwellova teorija

James Clerk Maxwell

Sažimajući rezultate istraživanja provedenih prije njega u području električnih i magnetskih polja, Maxwell je sugerirao da izmjenična magnetska polja generiraju električna polja, a izmjenična električna polja generiraju magnetska polja itd. Najprije jedno od tih polja stvara neki vanjski izvor, a zatim se, izazivajući jedno drugo, kao da se odvajaju od izvornog izvora i egzistiraju neovisno o njemu, šireći se dalje prostorom u obliku elektromagnetskih valova.

Nažalost, poznatom znanstveniku nije bilo suđeno eksperimentalno potvrditi svoju briljantnu teoriju, koja je objedinila opis svih fenomena elektriciteta i magnetizma. Kasnije je to učinio drugi znanstvenik.

Hertzov eksperiment

Heinrich Rudolf Hertz

Prvi put u praksi postojanje elektromagnetskih valova dokazao je 1887. godine njemački fizičar Heinrich Rudolf Hertz, koji je u to vrijeme radio kao profesor fizike na Tehničkom sveučilištu u Karlsruheu. Treba reći da je Hertz poduzeo ovaj eksperiment uopće ne zato što se slagao s Maxwellom. Upravo suprotno, pretpostavio je da je Maxwell bio u zabludi, te da elektromagnetski valovi zapravo ne postoje. To je ono što je htio dokazati.

Prema Maxwellovoj teoriji, izvor elektromagnetskih valova mogu biti oscilirajuće električne čestice. U tu svrhu koristi se jednostavan oscilatorni krug koji se sastoji od kondenzatora i induktora.

Odašiljač elektromagnetskih valova (ako postoje) u Hertzovom prvom eksperimentu trebao je biti električno pražnjenje koje nastaje između dviju mjedenih kuglica postavljenih na krajeve metalnih šipki. U eksperimentalnoj instalaciji, kuglice, koje su imale ulogu kondenzatora, bile su odvojene malim razmakom, a same šipke bile su međusobno spojene induktivnim svitkom. Električni naboji nakupljeni u kuglicama.

Na udaljenosti od nekoliko metara od prvog kruga nalazio se drugi krug, koji nije bio povezan s prvim i predstavljao je otvoreni žičani prsten s istim mjedenim kuglicama na krajevima i s istim iskrištem kao u prvom krugu. Bio je to najjednostavniji rezonator – uređaj za hvatanje elektromagnetskih valova.

U nekom trenutku između kuglica primarnog kruga skočile su iskre. A ako u prirodi nema elektromagnetskih valova, u drugom krugu ne bi trebalo biti pražnjenja. Ali tijekom eksperimenta, takvo se pražnjenje pojavilo i između kuglica drugog kruga. To je značilo da elektromagnetski valovi još uvijek postoje. A njihova se energija može prenositi bežično.

Hertzov eksperiment u otkrivanju elektromagnetskih valova

Hertz je proveo niz eksperimenata koji su potvrdili Maxwellovu teoriju. Utvrdio je da je brzina širenja elektromagnetskih valova u vakuumu jednaka brzini svjetlosti. Štoviše, proučavajući širenje tih valova, dokazao je da se oni ponašaju na isti način kao svjetlosni valovi i da se pokoravaju zakonima refleksije i loma.

Ali nije imao pojma kako bi se to moglo primijeniti u praksi. I on je svoja otkrića smatrao apsolutno beskorisnim. "Maestro Maxwell je bio u pravu", rekao je Hertz studentima. "Elektromagnetski valovi postoje, ali ih ne možemo vidjeti našim očima." A na pitanje "Što je sljedeće?" odgovorio je: "Pretpostavljam da nije ništa."

U znanstvenoj zajednici Hertzovo otkriće nazvano je početkom nove “električne ere”.

Naknadno je iz cjelokupnog spektra elektromagnetskih valova izdvojen niz radiovalova koji su se počeli koristiti za prijenos radijskih signala.

Raspon radio valova

Tablica raspona radio valova

Svi elektromagnetski valovi putuju u vakuumu brzinom jednakom brzini svjetlosti. Razlikuju se po valnoj duljini, odnosno frekvenciji. Među njima nema oštre granice. Jedna vrsta elektromagnetskih valova glatko prelazi u drugu.

Ovisno o valnoj duljini, cijeli spektar elektromagnetskih valova konvencionalno se dijeli na gama zračenje, x-zrake, vidljivu svjetlost, infracrveno zračenje i radio valove.

Najkraću valnu duljinu ima gama zračenje, svega 2·10−10 m. Svi elektromagnetski valovi čija duljina prelazi valnu duljinu infracrvenog svjetla i nalaze se u rasponu od 1 mm do 100 km klasificirani su kao radio valovi. To su elektromagnetski valovi koji se koriste u radiotehnici. Frekvencija im se kreće od 3 kHz do 300 GHz.

Prema međunarodnim ugovorima, cjelokupni spektar radiovalova podijeljen je na sljedeća područja: decimilimetar, milimetar, centimetar, decimetar, metar, dekametar, hektometar, kilometar, mirijametar.

Milimetarski valovi

Nazivaju se valovi duljine od 1 mm do 1 cm milimetar. Frekvencija im se kreće od 30 do 300 GHz i tzv izuzetno visoka(EHF). Takvi se valovi koriste u radaru, svemirskim komunikacijama i radioastronomiji.

Spektar radijskih valova koji se koriste za radiodifuziju obično se dijeli na ultrakratke, kratke, srednje, duge i ultraduge valove.

Ultrakratki valovi

DO ultra-kratak uključuju centimetarske, decimetarske i metarske valove.

Valovi duljine od 1 cm do 10 cm i frekvencije od 3 do 30 GHz ( ultra visoke frekvencije EHF) nazivaju se centimetar. Ovaj raspon se koristi za prijenos podataka zračnim putem u satelitskim komunikacijskim kanalima, Wi-Fi bežičnim računalnim mrežama, u radarskim i radio komunikacijama.

Valovi valne duljine u rasponu od 10 cm do 1 m, frekvencije 300-3000 MHz nazivaju se decimetar, i njihovu učestalost ultra visoke frekvencije(UHF). Koriste se u radio komunikacijama, televiziji, voki-tokijima, mobilnim telefonima i mikrovalnim pećnicama.

Valovi čija se duljina kreće od 1 m do 10 m nazivaju se metar. Najčešće se koriste za radiokomunikacije, televiziju i radiodifuziju na kratkim udaljenostima.

Kratki valovi

Kratak valovi su valovi u rasponu od 10 do 100 m. Zovu se dekametar valovi.

Srednji valovi

Prosjek, odn hektometar, valovi zauzimaju raspon od 100 m do 1 km.

Dugi valovi

dugo, ili kilometar, valovi se kreću od 1 km do 10 km.

U radiodifuziji i radijskim komunikacijama koriste se kratki, srednji i dugi radiovalovi.

Ultra dugi valovi

Svi radio valovi čija duljina prelazi 10 km nazivaju se ekstra dugo. Dijele se na mirijametar (valne duljine od 10 km do 100 km), hektokilometar (u rasponu od 100 km do 1000 km), megametar (od 1000 km do 10 000 km) i dekamegametar (od 10 000 km do 100 000 km).

Za komunikaciju s podmornicama koriste se ultradugi radiovalovi.

Decimilimetarski valovi

Zasebno je potrebno reći o d ecimilimetar valovi. Takav razmatraju se valovi duljine od 0,1 mm do 1 mm. Također se nazivaju submilimetarski. Ovo je vrsta elektromagnetskog zračenja čiji se frekvencijski spektar nalazi između infracrvenog i ultravisokog zračenja, uključujući područje decimetarskih, centimetarskih i milimetarskih radiovalova. Iako prema međunarodnoj klasifikaciji spada u radio valove, koristi se uglavnom u medicini i sigurnosnim sustavima. Za razliku od rendgena, siguran je za ljudski organizam, stoga se koristi u uređajima za skeniranje organa ljudskog tijela. U zračnim lukama koristi se za "pregled" prtljage putnika. U fizici se naziva terahercno zračenje zbog visoke frekvencije koja se nalazi u rasponu od 10 11 -10 13 Hz.

Poštovani čitatelju!
Objava ovog dokumenta ne donosi nikakvu komercijalnu dobit. Ali takvi dokumenti pridonose profesionalnom i duhovnom rastu čitatelja i reklama su za papirnata izdanja takvih dokumenata. Sva prava pridržava nositelj autorskih prava.
Za sadržaj članka odgovorni su autori.

Što su radio valovi

Radio valovi su elektromagnetski valovi koji putuju svemirom brzinom svjetlosti (300 000 km/s). Inače, svjetlost također spada u elektromagnetske valove, što uvjetuje njihova vrlo slična svojstva (refleksija, lom, slabljenje itd.).
Radio valovi prenose energiju koju emitira elektromagnetski oscilator kroz prostor. A rađaju se pri promjeni električnog polja, npr. pri prolasku izmjenične električne struje kroz vodič ili pri skakanju iskri kroz prostor, t.j. niz brzo uzastopnih strujnih impulsa.
Elektromagnetsko zračenje karakteriziraju frekvencija, valna duljina i snaga prenesene energije. Frekvencija elektromagnetskih valova pokazuje koliko se puta u sekundi mijenja smjer električne struje u emiteru i, prema tome, koliko se puta u sekundi mijenja veličina električnog i magnetskog polja u svakoj točki prostora. Frekvencija se mjeri u hercima (Hz) - jedinicama nazvanim po velikom njemačkom znanstveniku Heinrichu Rudolfu Hertzu. 1 Hz je jedna vibracija u sekundi, 1 megaherc (MHz) je milijun vibracija u sekundi. Znajući da je brzina elektromagnetskih valova jednaka brzini svjetlosti, možemo odrediti udaljenost između točaka u prostoru u kojima je električno (ili magnetsko) polje u istoj fazi. Ta se udaljenost naziva valna duljina. Valna duljina (u metrima) izračunava se pomoću formule: ili približno gdje je ¦ frekvencija elektromagnetskog zračenja u MHz.

Iz formule je jasno da npr. frekvencija od 1 MHz odgovara valnoj duljini od cca. 300 m frekvencija se povećava, valna duljina se smanjuje - pogodite sami. Ubuduće ćemo se pobrinuti da poznavanje valne duljine bude vrlo važno pri odabiru antene za radio sustav, jer o tome izravno ovisi duljina antene. Elektromagnetski valovi slobodno putuju kroz zrak ili svemir (vakuum). Ali ako se metalna žica, antena ili bilo koje drugo vodljivo tijelo susretne na putu vala, tada mu predaju svoju energiju, uzrokujući tako izmjeničnu električnu struju u ovom vodiču. Ali vodič ne apsorbira svu energiju vala; dio se odbija od površine. Inače, to je osnova za korištenje elektromagnetskih valova u radaru. Još jedno korisno svojstvo elektromagnetskih valova (kao i svih drugih valova) je njihova sposobnost da se savijaju oko tijela na svom putu. Ali to je moguće samo kada su dimenzije tijela manje od valne duljine ili usporedive s njom. Na primjer, da bi se otkrio zrakoplov, duljina radio vala lokatora mora biti manja od njegovih geometrijskih dimenzija (manja od 10 m). Ako je tijelo duže od valne duljine, može je reflektirati. Ali možda se ne odražava - sjetimo se američkog nevidljivog zrakoplova "Stealth".
Energija koju prenose elektromagnetski valovi ovisi o snazi generatora (emitera) i udaljenosti do njega. Znanstveno to zvuči ovako: protok energije po jedinici površine izravno je proporcionalan snazi zračenja i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti do emitera. To znači da domet komunikacije ovisi o snazi odašiljača, ali u mnogo većoj mjeri o udaljenosti do njega. Na primjer, energetski tok elektromagnetskog zračenja Sunca na Zemljinu površinu doseže 1 kilovat po četvornom metru, a energetski tok srednjevalne radio postaje iznosi samo tisućinke, pa čak i milijuntinke vata po kvadratnom metru.

Raspodjela spektra

Raspon frekvencije	Naziv raspona (skraćeni naziv)	Ime raspon valova	Valna duljina
3–30 kHz	Vrlo niske frekvencije (VLF)	mirijametar	100–10 km
30–300 kHz	Niske frekvencije (LF)	Kilometar	10–1 km
300–3000 kHz	Srednje frekvencije (MF)	Hektometrijski	1–0,1 km
3–30 MHz	Visoke frekvencije (HF)	Dekametar	100–10 m
30–300 MHz	Vrlo visoke frekvencije (VHF)	Metar	10–1 m
300–3000 MHz	Ultra visoka frekvencije (UHF)	decimetar	1–0,1 m
3–30 GHz	Ultravisoke frekvencije (mikrovalna)	Centimetar	10–1 cm
30–300 GHz	Ekstremno visoke frekvencije (EHF)	Milimetar	10–1 mm
300–3000 GHz	Hiper visoke frekvencije (HHF)	decimilimetar	1–0,1 mm

Primjer raspodjele spektra između različitih usluga.
Ova raščlamba je prilično zbunjujuća, tako da mnoge usluge koriste vlastitu "internu" terminologiju. Obično se pri označavanju dometa dodijeljenih kopnenim mobilnim komunikacijama koriste sljedeći nazivi:

Termin	Raspon frekvencije	Objašnjenja
Kratkotalasni raspon (HF)	2–30 MHz	Zbog prirode distribucije u uglavnom se koristi za komunikaciju na velike udaljenosti.
« CB »	25,6–30,1 MHz	Civilni raspon u kojem mogu koristiti privatne komunikacije. U iz različitih zemalja u ovom području 40 do 80 fiksnih frekvencija (kanala).
« Niski pojas"	33–50 MHz	Nije jasno zašto, ali na ruskom nije pronašao termin koji to definira domet.
VHF	136-174 MHz	Najčešći raspon mobilne fiksne komunikacije.
DCV	400–512 MHz	Raspon mobilnih fiksnih komunikacija. Ponekad ovo područje nije identificirano u odvojen domet, ali kažu VHF, što podrazumijeva frekvencijski pojas od 136 do 512 MHz.
"800 MHz"	806–825 i 851–870 MHz	Tradicionalni "američki" raspon; široko korišten u mobilnim komunikacijama SAD. Nismo puno dobili distribucija.

Službeni nazivi frekvencijskih područja ne smiju se brkati s nazivima odjeljaka dodijeljenih različitim uslugama. Vrijedno je napomenuti da najveći svjetski proizvođači opreme za mobilne kopnene komunikacije proizvode modele dizajnirane za rad unutar ovih posebnih područja.
U budućnosti ćemo govoriti o svojstvima radiovalova u odnosu na njihovu upotrebu u kopnenim mobilnim radiokomunikacijama.

Kako radio valovi se šire

Radio valovi se emitiraju kroz antenu u svemir i šire se kao energija elektromagnetskog polja. Iako je priroda radio valova ista, njihova sposobnost širenja uvelike ovisi o valnoj duljini.
Zemlja je vodič električne energije za radio valove (iako ne baš dobar). Prolazeći preko površine zemlje, radio valovi postupno slabe. To je zbog činjenice da elektromagnetski valovi pobuđuju električne struje na površini zemlje, što troši dio energije. Oni. energiju apsorbira zemlja, a što je više, to je valna duljina kraća (veća frekvencija). Osim toga, energija vala slabi i zato što se zračenje širi u svim smjerovima prostora i, prema tome, što je prijamnik dalje od odašiljača, to manje energije pada po jedinici površine i manje je ulazi u antenu.
Prijenosi s dugovalnih postaja mogu se primati na udaljenostima do nekoliko tisuća kilometara, a razina signala opada glatko, bez skokova. Srednjovalne postaje mogu se čuti u rasponu od tisuća kilometara. Što se tiče kratkih valova, njihova energija naglo opada s udaljenošću od odašiljača. To objašnjava činjenicu da su se u zoru razvoja radija za komunikaciju uglavnom koristili valovi od 1 do 30 km. Valovi kraći od 100 metara općenito su se smatrali neprikladnima za komunikaciju na velike udaljenosti.
Međutim, daljnja istraživanja kratkih i ultrakratkih valova pokazala su da oni brzo slabe kada putuju blizu površine Zemlje. Kada je zračenje usmjereno prema gore, kratki valovi se vraćaju natrag.
Davne 1902. godine engleski matematičar Oliver Heaviside i američki inženjer elektrotehnike Arthur Edwin Kennelly gotovo su istodobno predvidjeli da iznad Zemlje postoji ionizirani sloj zraka – prirodno zrcalo koje reflektira elektromagnetske valove. Ovaj sloj je nazvan ionosfera. Zemljina ionosfera trebala je omogućiti povećanje dometa širenja radiovalova na udaljenosti veće od vidnog polja. Ta je pretpostavka eksperimentalno dokazana 1923. Radiofrekventni impulsi odašiljani su okomito prema gore, a povratni signali su primani. Mjerenje vremena između slanja i primanja impulsa omogućilo je određivanje visine i broja refleksijskih slojeva.

Širenje dugih i kratkih valova.

Nakon što se reflektiraju od ionosfere, kratki valovi vraćaju se na Zemlju, ostavljajući stotine kilometara “mrtve zone” ispod. Putujući do ionosfere i natrag, val se ne "smiruje", već se reflektira od površine Zemlje i ponovno juri u ionosferu, gdje se ponovno reflektira, itd. Dakle, reflektirajući se mnogo puta, radio val može nekoliko puta obići zemaljsku kuglu.
Utvrđeno je da visina refleksije prvenstveno ovisi o valnoj duljini. Što je val kraći, to je veća visina na kojoj se odbija i, prema tome, veća je "mrtva zona". Ova ovisnost vrijedi samo za kratkovalni dio spektra (do otprilike 25-30 MHz). Za kraće valne duljine ionosfera je prozirna. Valovi prodiru kroz njega i odlaze u svemir.
Slika pokazuje da refleksija ne ovisi samo o frekvenciji, već io dobu dana. To je zbog činjenice da je ionosfera ionizirana sunčevim zračenjem i postupno gubi svoju refleksivnost s pojavom mraka. Stupanj ionizacije također ovisi o sunčevoj aktivnosti, koja varira tijekom godine i od godine do godine u sedmogodišnjem ciklusu.

Reflektivni slojevi ionosfere i širenje kratkih valova
ovisno o učestalosti i dobu dana.

Širenje kratkih i ultrakratkih valova.

VHF radio valovi imaju svojstva sličnija svjetlosnim zrakama. Oni se praktički ne reflektiraju od ionosfere, vrlo se lagano savijaju oko zemljine površine i šire se unutar vidnog polja. Stoga je raspon ultrakratkih valova kratak. Ali to ima jasnu prednost za radio komunikacije. Pošto u VHF opsegu
Budući da se valovi šire unutar vidnog polja, radio postaje se mogu nalaziti na udaljenosti od 150-200 km jedna od druge bez međusobnog utjecaja. Ovo omogućuje susjednim postajama da ponovno koriste istu frekvenciju.
Svojstva radiovalova u području DCV i 800 MHz još su bliža svjetlosnim zrakama i stoga imaju još jedno zanimljivo i važno svojstvo. Prisjetimo se kako radi svjetiljka. Svjetlost iz žarulje koja se nalazi u žarištu reflektora skuplja se u uski snop zraka, koji se može
poslati u bilo kojem smjeru. Otprilike isto se može učiniti s visokofrekventnim radio valovima. Mogu se prikupiti zrcalima antene i poslati u uskim snopovima. Nemoguće je izgraditi takvu antenu za niskofrekventne valove, jer bi njezine dimenzije bile prevelike (promjer zrcala mora biti puno veći od valne duljine). Mogućnost usmjerenog zračenja valova omogućuje povećanje učinkovitosti komunikacijskog sustava.
To je zbog činjenice da uski snop omogućuje manje rasipanje energije u stranu
smjerovima, što omogućuje korištenje manje snažnih odašiljača za postizanje zadanog komunikacijskog dometa. Usmjereno zračenje stvara manje smetnje drugim komunikacijskim sustavima koji nisu u dometu snopa.
Prijem radijskih valova također može iskoristiti prednost usmjerenog zračenja. Na primjer, mnogi su upoznati s paraboličnim satelitskim antenama, koje fokusiraju zračenje satelitskog odašiljača na točku gdje je instaliran prijemni senzor. Korištenje usmjerenih prijemnih antena u radioastronomiji omogućilo je mnoga temeljna znanstvena otkrića. Sposobnost fokusiranja visokofrekventnih radiovalova osigurala je njihovu široku upotrebu u radarima, radiorelejnim komunikacijama, satelitskom emitiranju, bežičnom prijenosu podataka itd.

Parabolično usmjerene antene.

Treba napomenuti da se smanjenjem valne duljine povećava njihovo slabljenje i apsorpcija u atmosferi. Konkretno, na širenje valova kraćih od 1 cm počinju utjecati takvi fenomeni kao što su magla, kiša, oblaci, što može postati ozbiljna smetnja koja uvelike ograničava domet komunikacije.
Naučili smo da radiovalovi imaju različita svojstva širenja, a svaki dio ovog raspona koristi se tamo gdje se njegove prednosti mogu najbolje iskoristiti.

Radiofrekvencijski raspon i njegova uporaba za radiokomunikacije

2.1 Osnove radio propagacije

Radiokomunikacije osiguravaju prijenos informacija na daljinu pomoću elektromagnetskih valova (radiovalova).

Radio valovi prenose energiju koju emitira elektromagnetski oscilator kroz prostor. A rađaju se pri promjeni električnog polja, npr. pri prolasku izmjenične električne struje kroz vodič ili pri skakanju iskri kroz prostor, t.j. niz brzo uzastopnih strujnih impulsa.

Riža. 2.1 Struktura elektromagnetskog vala.

Elektromagnetsko zračenje karakteriziraju frekvencija, valna duljina i snaga prenesene energije. Frekvencija elektromagnetskih valova pokazuje koliko se puta u sekundi mijenja smjer električne struje u emiteru i, prema tome, koliko se puta u sekundi mijenja veličina električnog i magnetskog polja u svakoj točki prostora.

Frekvencija se mjeri u hercima (Hz), jedinici nazvanoj po velikom njemačkom znanstveniku Heinrichu Rudolfu Hertzu. 1Hz je jedna vibracija u sekundi, 1 MegaHertz (MHz) je milijun vibracija u sekundi. Znajući da je brzina elektromagnetskih valova jednaka brzini svjetlosti, možemo odrediti udaljenost između točaka u prostoru u kojima je električno (ili magnetsko) polje u istoj fazi. Ta se udaljenost naziva valna duljina.

Valna duljina (u metrima) izračunava se pomoću formule:

, ili otprilike

gdje je f frekvencija elektromagnetskog zračenja u MHz.

Iz formule je jasno da npr. frekvencija od 1 MHz odgovara valnoj duljini od oko 300 m. S povećanjem frekvencije valna duljina se smanjuje, a s smanjenjem frekvencije raste.

Elektromagnetski valovi slobodno putuju kroz zrak ili svemir (vakuum). Ali ako se metalna žica, antena ili bilo koje drugo vodljivo tijelo susretne na putu vala, tada mu predaju svoju energiju, uzrokujući tako izmjeničnu električnu struju u ovom vodiču. Ali vodič ne apsorbira svu energiju vala; dio se odbija od površine. Inače, to je osnova za korištenje elektromagnetskih valova u radaru.

Još jedno korisno svojstvo elektromagnetskih valova (kao i svih drugih valova) je njihova sposobnost da se savijaju oko tijela na svom putu. Ali to je moguće samo kada su dimenzije tijela manje od valne duljine ili usporedive s njom. Na primjer, da bi se otkrio zrakoplov, duljina radio vala lokatora mora biti manja od njegovih geometrijskih dimenzija (manja od 10 m). Ako je tijelo dulje od valne duljine, može je reflektirati. Ali možda se neće odražavati - sjetite se "Stealtha".

Energija koju prenose elektromagnetski valovi ovisi o snazi generatora (emitera) i udaljenosti do njega, tj. protok energije po jedinici površine izravno je proporcionalan snazi zračenja i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti do emitera. To znači da domet komunikacije ovisi o snazi odašiljača, ali u mnogo većoj mjeri o udaljenosti do njega.

Na primjer, energetski tok elektromagnetskog zračenja Sunca na Zemljinu površinu doseže 1 kilovat po četvornom metru, a energetski tok srednjevalne radio postaje iznosi samo tisućinke, pa čak i milijuntinke vata po kvadratnom metru.

2.2 Dodjela radiofrekvencijskog spektra

Radio valovi (radio frekvencije) koji se koriste u radiotehnici zauzimaju spektar od 10 000 m (30 kHz) do 0,1 mm (3 000 GHz). Ovo je samo dio širokog spektra elektromagnetskih valova. Radio valove (smanjujuće duljine) prate toplinske ili infracrvene zrake. Nakon njih dolazi uski dio vidljivih svjetlosnih valova, zatim spektar ultraljubičastih, x-zraka i gama zraka - sve su to elektromagnetske vibracije iste prirode, koje se razlikuju samo u valnoj duljini, a time i frekvenciji.

Iako je cijeli spektar podijeljen na regije, granice između njih su okvirno ocrtane. Područja slijede kontinuirano jedno za drugim, prelaze jedno u drugo, au nekim se slučajevima i preklapaju.

Ali ti su dometi vrlo opsežni i podijeljeni su na dijelove koji uključuju takozvane radiodifuzne i televizijske domete, domete za kopnene i zračne, svemirske i pomorske komunikacije, za prijenos podataka i medicinu, za radar i radionavigaciju itd. . Svakoj radijskoj službi dodijeljen je vlastiti dio spektra ili fiksne frekvencije. U stvarnosti se za potrebe radiokomunikacije koriste oscilacije u frekvencijskom području od 10 kHz do 100 GHz. Korištenje određenog frekvencijskog raspona za komunikaciju ovisi o mnogim čimbenicima, posebice o uvjetima širenja radio valova različitih raspona, potrebnom komunikacijskom rasponu, izvedivosti vrijednosti snage odašiljača u odabranom frekvencijskom području itd.

Prema međunarodnim ugovorima cijeli spektar radiovalova koji se koriste u radiokomunikacijama podijeljen je na raspone (tablica 1.):

stol 1

Ne.	Naziv raspona			Ograničenja raspona
Ne.	Valovi	Zastarjeli pojmovi	Frekvencije	Radio valovi	Frekvencije
1	DKMGMVDecaMega mjerač		Ekstremno niske frekvencije (ELF)	100.000-10.000 km	3-30 Hz
2	MGMVMegametar		Ultra niske frekvencije (ELF)	10.000-1.000 km	30-3.000Hz
3	GCMMVHektakilometar		Infraniske frekvencije (ILF)	1.000-100 km	0,3-3 kHz
4	MRMVMmirijametar	DODATI	Vrlo niske frekvencije (VLF) VLF	100-10 km	3-30 kHz
5	KMVKilometar	Daleki istok	Niskofrekventni (LF) LF	10-1 km	30-300 kHz
6	GCMVHektametar	NE	Srednje frekvencije (MF) VF	1000-100m	0,3-3 MHz
7	DKMVDekametar	HF	Visoka frekvencija (HF) HF	100-10m	3-30 MHz
8	MVMeter	VHF	Vrlo visoke frekvencije (VHF) VHF	10-1m	30-300 MHz
9	DCMVDecimetar	VHF	Ultra visoke frekvencije (UHF) UHF	10-1 dm	0,3-3 GHz
10	SMVCentimetar	VHF	Ultra visoke frekvencije (mikrovalna) SHF	10-1 cm	3-30 GHz
11	MMVMilimetar	VHF	Ekstremno visoke frekvencije (EHF) EHF	10-1 mm	30-300 GHz
12	DCMMVDecimillie- metar Submilli- metar	SUMMV	Hiper visoke frekvencije (HHF)	1-0,1 mm	0,3-3 THz
13	Svjetlo			< 0,1 мм	> 3 THz

Riža. 2.2 Primjer dodjele spektra između različitih usluga.

Radio valovi se emitiraju kroz antenu u svemir i šire se kao energija elektromagnetskog polja. Iako je priroda radio valova ista, njihova sposobnost širenja uvelike ovisi o valnoj duljini.

Zemlja je vodič električne energije za radio valove (iako ne baš dobar). Prolazeći preko površine zemlje, radio valovi postupno slabe. To je zbog činjenice da elektromagnetski valovi pobuđuju električne struje na površini zemlje, što troši dio energije. Oni. energiju apsorbira zemlja, a što je više, to je valna duljina kraća (veća frekvencija).

Osim toga, energija vala slabi i zato što se zračenje širi u svim smjerovima prostora i, prema tome, što je prijamnik dalje od odašiljača, to manje energije pada po jedinici površine i manje je ulazi u antenu.

Prijenosi s dugovalnih postaja mogu se primati na udaljenostima do nekoliko tisuća kilometara, a razina signala opada glatko, bez skokova. Srednjovalne postaje mogu se čuti u rasponu od tisuća kilometara. Što se tiče kratkih valova, njihova energija naglo opada s udaljenošću od odašiljača. To objašnjava činjenicu da su se u zoru razvoja radija za komunikaciju uglavnom koristili valovi od 1 do 30 km. Valovi kraći od 100 metara općenito su se smatrali neprikladnima za komunikaciju na velike udaljenosti.

Međutim, daljnja istraživanja kratkih i ultrakratkih valova pokazala su da oni brzo slabe kada putuju blizu površine Zemlje. Kada je zračenje usmjereno prema gore, kratki valovi se vraćaju natrag.

Davne 1902. godine engleski matematičar Oliver Heaviside i američki inženjer elektrotehnike Arthur Edwin Kennelly gotovo su istodobno predvidjeli da iznad Zemlje postoji ionizirani sloj zraka – prirodno zrcalo koje reflektira elektromagnetske valove. Ovaj je sloj nazvan ionosfera.

Zemljina ionosfera trebala je omogućiti povećanje dometa širenja radiovalova na udaljenosti veće od vidnog polja. Ova pretpostavka je eksperimentalno dokazana 1923. godine. RF impulsi su odašiljani okomito prema gore i primljeni su povratni signali. Mjerenje vremena između slanja i primanja impulsa omogućilo je određivanje visine i broja refleksijskih slojeva.

2.3 Utjecaj atmosfere na širenje radiovalova

Priroda širenja radiovalova ovisi o valnoj duljini, zakrivljenosti Zemlje, tlu, sastavu atmosfere, dobu dana i godine, stanju ionosfere, Zemljinom magnetskom polju i meteorološkim uvjetima.

Razmotrimo strukturu atmosfere koja ima značajan utjecaj na širenje radiovalova. Ovisno o dobu dana i godini mijenja se sadržaj vlage i gustoća zraka.

Zrak koji okružuje zemljinu površinu tvori atmosferu čija je nadmorska visina otprilike 1000-2000 km. Sastav zemljine atmosfere je heterogen.

Riža. 2.3 Struktura atmosfere.

Slojevi atmosfere do visine od približno 100-130 km su homogenog sastava. Ovi slojevi sadrže zrak koji sadrži (po volumenu) 78% dušika i 21% kisika. Donji sloj atmosfere debljine 10-15 km (sl. 2.3) naziva se troposfera. Ovaj sloj sadrži vodenu paru, čiji sadržaj naglo varira s promjenama meteoroloških uvjeta.

Troposfera postupno prelazi u stratosfera. Granica je visina na kojoj temperatura prestaje padati.

Na visinama od približno 60 km i više iznad Zemlje, pod utjecajem sunčevih i kozmičkih zraka, dolazi do ionizacije zraka u atmosferi: dio atoma se raspada u slobodne elektroni I ioni. U gornjim slojevima atmosfere ionizacija je neznatna, jer je plin vrlo razrijeđen (mali je broj molekula po jedinici volumena). Kako sunčeve zrake prodiru u gušće slojeve atmosfere, stupanj ionizacije raste. Približavanjem Zemlji energija sunčevih zraka opada, a stupanj ionizacije ponovno opada. Osim toga, u nižim slojevima atmosfere, zbog velike gustoće, negativni naboji ne mogu dugo postojati; dolazi do procesa obnove neutralnih molekula.

Ionizacija u razrijeđenoj atmosferi na visinama od 60-80 km od Zemlje i iznad traje dugo vremena. Na tim je visinama atmosfera vrlo razrijeđena, gustoća slobodnih elektrona i iona toliko je niska da se sudari, a time i obnova neutralnih atoma, događaju relativno rijetko.

Gornji sloj atmosfere naziva se ionosfera. Ionizirani zrak ima značajan utjecaj na širenje radiovalova.

Tijekom dana nastaju četiri pravilna sloja ili ionizacijski maksimumi – slojevi D, E, F 1 i F 2. Sloj F 2 ima najveću ionizaciju (najveći broj slobodnih elektrona po jedinici volumena).

Nakon zalaska sunca ionizirajuće zračenje naglo opada. Obnavljaju se neutralne molekule i atomi, što dovodi do smanjenja stupnja ionizacije. Noću slojevi potpuno nestaju D I F 2, slojna ionizacija E značajno smanjuje, a sloj F 2 zadržava ionizaciju s određenim prigušenjem.

Riža. 2.4 Ovisnost širenja radiovalova o frekvenciji i dobu dana.

Visina slojeva ionosfere se cijelo vrijeme mijenja ovisno o intenzitetu sunčevih zraka. Danju je visina ioniziranih slojeva manja, a noću veća. Ljeti je na našim geografskim širinama koncentracija elektrona u ioniziranim slojevima veća nego zimi (s izuzetkom sloja F 2). Stupanj ionizacije također ovisi o razini sunčeve aktivnosti, određenoj brojem sunčevih pjega. Razdoblje Sunčeve aktivnosti je otprilike 11 godina.

U polarnim geografskim širinama opažaju se nepravilni procesi ionizacije povezani s takozvanim ionosferskim poremećajima.

Postoji nekoliko putova kojima radio val dolazi do prijemne antene. Kao što je već navedeno, radiovalovi koji se šire preko površine zemlje i savijaju oko nje zbog pojave difrakcije nazivaju se površinski ili prizemni valovi (smjer 1, slika 2.5). Valovi koji se šire u smjerovima 2 i 3 nazivaju se prostorni. Dijele se na ionosferske i troposferske. Potonji se promatraju samo u VHF rasponu. ionosferski nazivaju se valovi koje reflektira ili raspršuje ionosfera, troposferski– valovi reflektirani ili raspršeni na nehomogenim slojevima ili "zrncima" troposfere.

Riža. 2.5 Putevi širenja radiovalova.

Površinski val baza njegove prednje strane dodiruje Zemlju, kao što je prikazano na sl. 2.6. Ovaj val, s točkastim izvorom, uvijek ima vertikalnu polarizaciju, jer horizontalnu komponentu vala apsorbira Zemlja. Na dovoljnoj udaljenosti od izvora, izraženoj u valnim duljinama, svaki segment valne fronte je ravni val.

Zemljina površina apsorbira dio energije površinskih valova koji se duž nje šire, budući da Zemlja ima aktivni otpor.

Riža. 2.6 Širenje površinskih valova.

Što je val kraći, tj. što je veća frekvencija, veća je struja inducirana u zemlji i veći su gubici. Gubici u Zemlji smanjuju se s povećanjem vodljivosti tla, budući da valovi manje prodiru u Zemlju, što je vodljivost tla veća. U Zemlji se također javljaju dielektrični gubici koji se također povećavaju skraćivanjem valova.

Za frekvencije iznad 1 MHz, površinski val je zapravo jako oslabljen zbog apsorpcije od strane Zemlje i stoga se ne koristi osim u lokalnoj pokrivenosti. Na televizijskim frekvencijama slabljenje je toliko veliko da se površinski val može koristiti na udaljenostima ne većim od 1-2 km od odašiljača.

Komunikacija na velikim udaljenostima odvija se uglavnom prostornim valovima.

Da bi se dobila refrakcija, odnosno povratak vala na Zemlju, val mora biti emitiran pod određenim kutom u odnosu na Zemljinu površinu. Naziva se najveći kut zračenja pod kojim se radijski val određene frekvencije vraća na zemlju kritični kut za dati ionizirani sloj (sl. 2.7).

Riža. 2.7 Utjecaj kuta zračenja na prolaz prostornog vala.

Svaki ionizirani sloj ima svoje kritična frekvencija I kritični kut.

Na sl. 2.7 prikazuje zraku koja se lako lomi slojem E, budući da zraka ulazi pod kutom ispod kritičnog kuta ovog sloja. Snop 3 prolazi kroz područje E, ali se vraća na Zemlju kao sloj F 2 jer ulazi pod kutom ispod kritičnog kuta sloja F 2. Zraka 4 također prolazi kroz sloj E. Ide u sloj F 2 pod kritičnim kutom i vraća se na Zemlju. Zraka 5 prolazi oba područja i gubi se u prostoru.

Sve zrake prikazane na sl. 2.7, odnose se na istu frekvenciju. Ako se koristi niža frekvencija, potrebni su veći kritični kutovi za obje regije; obrnuto, ako se frekvencija poveća, obje regije imaju manje kritične kutove. Ako nastavite povećavati frekvenciju, doći će do točke kada će val koji se širi od odašiljača paralelno sa Zemljom premašiti kritični kut za bilo koje područje. Ovo stanje se javlja na frekvenciji od oko 30 MHz. Iznad te frekvencije komunikacija svemirskim valovima postaje nepouzdana.

Dakle, svaka kritična frekvencija ima svoj kritični kut, i, obrnuto, svaki kritični kut ima svoju kritičnu frekvenciju. Posljedično, svaki prostorni val čija je frekvencija jednaka ili manja od kritične će se vratiti na Zemlju na određenoj udaljenosti od odašiljača.

Na sl. 2.7 zraka 2 pada na sloj E pod kritičnim kutom. Zabilježite gdje reflektirani val udara u Zemlju (signal se gubi iznad kritičnog kuta); prostorni val, došavši do ioniziranog sloja, odbija se od njega i vraća na Zemlju na velikoj udaljenosti od odašiljača. Na određenoj udaljenosti od odašiljača, ovisno o snazi odašiljača i valnoj duljini, moguće je primiti površinski val. Od mjesta gdje završava prijam površinskog vala, zona tišine a završava tamo gdje se pojavljuje reflektirani prostorni val. Zone tišine nemaju oštru granicu.

Riža. 2.8 Zone prijema površinskih i prostornih valova.

Kako se frekvencija povećava, vrijednost mrtva zona raste zbog smanjenja kritičnog kuta. Za komunikaciju s dopisnikom na određenoj udaljenosti od odašiljača u određeno doba dana i godišnja doba postoji najveća dopuštena frekvencija, koji se može koristiti za komunikaciju svemirskim valovima. Svako područje ionosfere ima svoju najveću dopuštenu frekvenciju za komunikaciju.

Kratki, a posebno ultrakratki valovi u ionosferi gube neznatan dio svoje energije. Što je frekvencija veća, elektroni prijeđu kraći put tijekom svojih oscilacija, zbog čega se smanjuje broj njihovih sudara s molekulama, odnosno smanjuje se gubitak energije vala.

U niže ioniziranim slojevima gubici su veći, jer povišeni tlak ukazuje na veću gustoću plina, a s većom gustoćom plina povećava se vjerojatnost sudara čestica.

Dugi valovi se reflektiraju od nižih slojeva ionosfere, koji imaju najmanju koncentraciju elektrona, pod bilo kojim kutom elevacije, uključujući i one blizu 90°. Tlo prosječne vlažnosti gotovo je dirigent za duge valove, pa se oni dobro odbijaju od Zemlje. Višestruka refleksija od ionosfere i Zemlje objašnjava širenje dugih valova na velike udaljenosti.

Širenje dugih valova ne ovisi o dobu godine i meteorološkim uvjetima, o razdoblju Sunčeve aktivnosti i o ionosferskim poremećajima. Kada se reflektiraju od ionosfere, dugi valovi podliježu velikoj apsorpciji. Zbog toga su potrebni odašiljači velike snage za komunikaciju na velikim udaljenostima.

Srednji valovi primjetno se apsorbiraju u ionosferi i tlu slabe i srednje vodljivosti. Danju se opaža samo površinski val, budući da je nebeski val (duži od 300 m) gotovo potpuno apsorbiran u ionosferi. Za potpunu unutarnju refleksiju, srednji valovi moraju prijeći određenu udaljenost u nižim slojevima ionosfere, koji imaju, iako nisku koncentraciju elektrona, ali značajnu gustoću zraka.

Noću, s nestankom D sloja, apsorpcija u ionosferi se smanjuje, zbog čega je moguće održavati komunikaciju pomoću nebeskih valova na udaljenostima od 1500-2000 km sa snagom odašiljača od oko 1 kW. Uvjeti komunikacije zimi su nešto bolji nego ljeti.

Prednost srednjih valova je da na njih ne utječu ionosferski poremećaji.

Prema međunarodnom ugovoru, signali za pomoć (SOS signali) odašilju se na valovima duljine oko 600 m.

Pozitivna strana prostorne valne komunikacije na kratkim i srednjim valovima je mogućnost komunikacije na velikim udaljenostima uz malu snagu odašiljača. Ali prostorna valna komunikacija ima i značajne nedostatke.

Prvo, nestabilnost komunikacije zbog promjena visine ioniziranih slojeva atmosfere tijekom dana i godine. Da biste održavali kontakt s istom točkom dnevno, morate promijeniti valnu duljinu 2-3 puta. Često se zbog promjena stanja atmosfere komunikacija neko vrijeme potpuno poremeti.

Drugo, prisutnost zone tišine.

Valovi kraći od 25 m Klasificirani su kao "dnevni valovi" jer dobro putuju tijekom dana. “Noćni valovi” uključuju valove dulje od 40 m. Ovi valovi dobro putuju noću.

Uvjeti za širenje kratkih radio valova određeni su stanjem ioniziranog sloja Fg. Koncentracija elektrona u ovom sloju često je poremećena zbog neravnomjernosti sunčevog zračenja, što uzrokuje ionosferske poremećaje i magnetske oluje. Zbog toga se energija kratkih radijskih valova znatno apsorbira, što pogoršava radio komunikaciju, a ponekad je i potpuno onemogućuje. Ionosferski poremećaji opažaju se osobito često na geografskim širinama blizu polova. Stoga su kratkovalne komunikacije tamo nepouzdane.

Najistaknutiji ionosferski poremećaji imaju svoju periodičnost: ponavljaju se kroz 27 dana(vrijeme ophoda Sunca oko svoje osi).

U kratkovalnom području jako je izražen utjecaj industrijskih, atmosferskih i međusobnih smetnji.

Optimalne komunikacijske frekvencije na kratkim valovima odabiru se na temelju radijskih prognoza, koje se dijele na dugoročno I kratkoročni. Dugoročne prognoze pokazuju očekivano prosječno stanje ionosfere u određenom vremenskom razdoblju (mjesec, godišnje doba, godina ili više), dok se kratkoročne prognoze sastavljaju za dan, pet dana i karakteriziraju moguća odstupanja ionosfere od njezine prosječno stanje. Prognoze se sastavljaju u obliku grafikona kao rezultat obrade sustavnih opažanja ionosfere, Sunčeve aktivnosti i stanja zemaljskog magnetizma.

Ultrakratki valovi(VHF) se ne reflektiraju od ionosfere, oni slobodno prolaze kroz nju, tj. ti valovi nemaju prostorni ionosferski val. Površinski ultrakratki val, na kojem je moguća radio komunikacija, ima dva značajna nedostatka: prvo, površinski val se ne savija oko zemljine površine i velikih prepreka i, drugo, snažno se apsorbira u tlu.

Ultrakratki valovi naširoko se koriste tamo gdje je potreban kratki radijski domet (komunikacija je obično ograničena na liniju vidljivosti). U ovom slučaju, komunikacija se provodi prostornim troposferskim valom. Obično se sastoji od dvije komponente: izravne zrake i zrake reflektirane od Zemlje (slika 2.9).

Riža. 2.9 Direktne i odbijene zrake prostornog vala.

Ako su antene dovoljno blizu, obje će zrake obično doći do prijemne antene, ali će im intenziteti biti različiti. Zraka odbijena od Zemlje je slabija zbog gubitaka koji nastaju prilikom refleksije od Zemlje. Izravni snop ima gotovo isto slabljenje kao i val u slobodnom prostoru. U prijemnoj anteni ukupni signal jednak je vektorskom zbroju ove dvije komponente.

Prijemna i odašiljačka antena obično su iste visine, pa se duljina puta reflektirane zrake malo razlikuje od izravne zrake. Reflektirani val ima fazni pomak od 180°. Dakle, zanemarujući gubitke u Zemlji tijekom refleksije, ako dvije zrake putuju istom udaljenosti, njihov vektorski zbroj je nula, kao rezultat neće biti signala na prijemnoj anteni.

U stvarnosti, reflektirana zraka putuje malo većom udaljenosti, stoga će fazna razlika u prijemnoj anteni biti oko 180°. Fazna razlika definirana je razlikom puta u omjerima valnih duljina, a ne u linearnim jedinicama. Drugim riječima, ukupni signal primljen u ovim uvjetima uglavnom ovisi o korištenoj frekvenciji. Na primjer, ako je radna valna duljina 360 m, a razlika putanje 2 m, fazni pomak će se razlikovati od 180° samo za 2°. Kao rezultat toga, postoji gotovo potpuni nedostatak signala u prijemnoj anteni. Ako je valna duljina 4 m, ista razlika putanje od 2 m uzrokovat će faznu razliku od 180°, potpuno poništavajući fazni pomak refleksije od 180°. U tom slučaju signal udvostručuje napon.

Iz ovoga slijedi da na niskim frekvencijama uporaba prostornih valova nije od interesa za komunikaciju. Samo na visokim frekvencijama, gdje je razlika u putanji razmjerna korištenoj valnoj duljini, nebeski val se široko koristi.

Domet VHF odašiljača značajno se povećava kada zrakoplovi komuniciraju u zraku i sa Zemljom.

DO prednosti VHF-a Treba razmotriti mogućnost korištenja malih antena. Osim toga, veliki broj radio postaja može istovremeno raditi u VHF području bez međusobnih smetnji. U odsječku valnog raspona od 10 do 1 m moguće je postaviti više istovremeno aktivnih stanica nego u rasponu kratkih, srednjih i dugih valova zajedno.

Relejne linije koje rade na VHF-u postale su raširene. Između dvije komunikacijske točke koje se nalaze na velikoj udaljenosti postavljeno je nekoliko VHF primopredajnika koji se nalaze unutar vidnog polja jedan od drugog. Međustanice rade automatski. Organizacija relejnih linija omogućuje vam povećanje dometa komunikacije na VHF-u i implementaciju višekanalne komunikacije (istodobno obavljanje nekoliko telefonskih i telegrafskih prijenosa).

Trenutno se velika pažnja posvećuje korištenju VHF raspona za radiokomunikacije na velikim udaljenostima.

Najviše se koriste komunikacijske linije koje rade u rasponu od 20-80 MHz i koriste fenomen ionosferskog raspršenja. Smatralo se da je radiokomunikacija kroz ionosferu moguća samo na frekvencijama ispod 30 MHz (valna duljina veća od 10 m), a kako je taj raspon potpuno opterećen i nemoguće je daljnje povećanje broja kanala u njemu, interes za raspršeno širenje radio valova sasvim je razumljivo.

Ovaj fenomen leži u činjenici da se dio energije zračenja ultravisokih frekvencija raspršuje na nehomogenostima koje postoje u ionosferi. Ove nehomogenosti stvaraju zračne struje slojeva s različitim temperaturama i vlagom, lutajuće nabijene čestice, produkti ionizacije repova meteorita i drugi još uvijek nedovoljno poznati izvori. Budući da je troposfera uvijek nehomogena, raspršena refrakcija radio valova postoji sustavno.

Raspršeno širenje radio valova slično je raspršenju svjetla reflektora u tamnoj noći. Što je snop svjetla jači, to proizvodi više difuznog svjetla.

Prilikom studiranja velika udaljenost ultrakratkih valova uočen je fenomen naglog kratkotrajnog porasta čujnosti signala. Takvi nasumični izboji traju od nekoliko milisekundi do nekoliko sekundi. Međutim, u praksi se promatraju tijekom dana s prekidima koji rijetko prelaze nekoliko sekundi. Pojava trenutaka povećane čujnosti objašnjava se uglavnom refleksijom radio valova od ioniziranih slojeva meteorita koji gore na visini od oko 100 km. Promjer ovih meteorita ne prelazi nekoliko milimetara, a njihovi se tragovi protežu nekoliko kilometara.

Iz tragovi meteorita Radio valovi frekvencije 50-30 MHz (6-10 m) dobro se odbijaju.

Svaki dan nekoliko milijardi ovih meteorita uleti u zemljinu atmosferu, ostavljajući za sobom ionizirane tragove s visokom gustoćom ionizacije zraka. To omogućuje pouzdan rad radioveza na velikim udaljenostima kada se koriste odašiljači relativno male snage. Sastavni dio stanica na takvim prugama je i pomoćna oprema za izravni ispis opremljena memorijskim elementom.

Budući da svaki trag meteorita traje samo nekoliko sekundi, prijenos se odvija automatski u kratkim rafalima.

Trenutno se naširoko koriste komunikacije i televizijski prijenosi putem umjetnih satelita Zemlje.

Dakle, prema mehanizmu širenja radiovalova, radiokomunikacijske linije se mogu klasificirati u linije prema:

proces širenja radiovalova duž zemljine površine i savijanja oko nje (tzv zemaljski ili površinski valovi);

proces širenja radio valova unutar vidnog polja ( ravno valovi);

refleksija radio valova od ionosfere ( ionosferski valovi);

proces širenja radio valova u troposferi ( troposferski valovi);

refleksija radio valova od tragova meteora;

refleksija ili relej od umjetnih Zemljinih satelita;

refleksija od umjetno stvorenih tvorevina plinske plazme ili umjetno stvorenih vodljivih površina.

2.4 Značajke širenja radio valova različitih raspona

Na uvjete širenja radiovalova u prostoru između odašiljača i dopisničkog radio-prijemnika utječu konačna vodljivost zemljine površine i svojstva okoliša iznad zemlje. Ovaj utjecaj je različit za različite valne raspone (frekvencije).

mirijametar I kilometar valovi (DODATI I Daleki istok) mogu se širiti i kao zemaljski i kao ionosferski. Prisutnost zemaljskog vala koji se širi stotinama, pa čak i tisućama kilometara objašnjava se činjenicom da jakost polja ovih valova opada s udaljenošću prilično sporo, budući da je apsorpcija njihove energije od strane zemlje ili vodene površine mala. Što je dulji val i što je bolja vodljivost tla, osigurana je radio komunikacija na većim udaljenostima.

Pješčana, suha tla i stijene u velikoj mjeri apsorbiraju elektromagnetsku energiju. Prilikom širenja zbog pojave difrakcije zavijaju se oko konveksne zemljine površine i prepreka na kojima se na putu nalaze: šume, planine, brda itd. Polazeći od udaljenosti od 300-400 km od odašiljača, pojavljuje se ionosferski val, reflektiran od nižeg područja ionosfere (od sloja D ili E). Tijekom dana, zbog prisutnosti D sloja, apsorpcija elektromagnetske energije postaje značajnija. Noću, s nestankom ovog sloja, komunikacijski domet se povećava. Dakle, prolaz dugih valova noću općenito je bolji nego danju. Globalne komunikacije na LW i LW provode se valovima koji se šire u sfernom valovodu kojeg tvore ionosfera i zemljina površina.

Prednosti VLF i LW opsega:

radio valovi VLF i DV raspona imaju svojstvo prodiranja u vodeni stupac i širenja u nekim strukturama tla;

zahvaljujući valovima koji se šire u Zemljinom sfernom valovodu, komunikacija je osigurana tisućama kilometara;

komunikacijski domet malo ovisi o ionosferskim poremećajima;

dobra difrakcijska svojstva radiovalova u tim rasponima omogućuju komunikaciju preko stotina pa čak i tisuća kilometara korištenjem zemaljskih valova;

konstantnost parametara radio veze osigurava stabilnu razinu signala na prijemnoj točki.

ManeSDV-,DV,- raspon:

Učinkovito zračenje valova u razmatranim dijelovima raspona može se postići samo uz pomoć vrlo glomaznih antenskih uređaja, dimenzija koje su razmjerne valnoj duljini. Izgradnja i restauracija antenskih uređaja ove veličine u ograničenom vremenu (za vojne potrebe) je teška;

budući da su dimenzije stvarnih antena manje od valne duljine, kompenzacija njihove smanjene učinkovitosti postiže se povećanjem snage odašiljača na stotine ili više kW;

stvaranje rezonantnih sustava u ovom rasponu i pri značajnim snagama određuje veliku veličinu izlaznih stupnjeva: odašiljači, poteškoće brzog podešavanja na drugu frekvenciju;

Za napajanje radijskih postaja u VLF i LW pojasu) potrebni su veliki kapaciteti elektrane;

značajan nedostatak VLF i LW pojasa je njihov mali frekvencijski kapacitet;

prilično visoka razina industrijskih i atmosferskih smetnji;

ovisnost razine signala na prijemnom mjestu o dobu dana.

Područje praktične primjene radio valova u VLF i DV rasponima:

komunikacija s podvodnim objektima;

globalne okosnice i podzemne komunikacije;

radiofarovi, kao i komunikacije u dalekom zrakoplovstvu i mornarici.

Hektometarski valovi(NE) mogu se širiti površinskim i prostornim valovima. Štoviše, njihov komunikacijski domet s površinskim valom je kraći (ne prelazi 1000-1500 km), budući da njihovu energiju apsorbira tlo više od energije dugih valova. Valovi koji dopiru do ionosfere sloj ih intenzivno apsorbira D kada postoji, ali je dobro slojevito E.

Za srednje valove, komunikacijski raspon je vrlo ovisan iz vrijeme dana. Danju su srednji valovi toliko jaki se apsorbiraju u nižim slojevima ionosfere, da je nebeski val praktički odsutan. Noćni sloj D a dno sloja E nestaju, pa se apsorpcija srednjih valova smanjuje; a prostorni valovi počinju igrati glavnu ulogu. Dakle, važna značajka srednjih valova je da tijekom dana komunikaciju na njima podržava površinski val, a noću istovremeno i površinski i prostorni valovi.

Prednosti CB asortimana:

noću ljeti i većim dijelom dana zimi, komunikacijski domet koji omogućuje ionosferski val doseže tisuće kilometara;

srednjevalni antenski uređaji pokazuju se prilično učinkovitima i imaju prihvatljive dimenzije čak i za mobilne radio komunikacije;

frekvencijski kapacitet ovog raspona veći je od opsega VLF i LW;

dobra difrakcijska svojstva radio valova u ovom rasponu;

snage odašiljača su manje od onih u VLF i LW pojasevima;

mala ovisnost o ionosferskim poremećajima i magnetskim olujama.

Nedostaci CB asortimana:

preopterećenost CB pojasa snažnim radio postajama stvara poteškoće u njegovoj širokoj upotrebi;

ograničeni frekvencijski kapacitet raspona otežava manevriranje frekvencijama;

domet komunikacije na SI tijekom dana ljeti je uvijek ograničen, jer je moguć samo prizemnim valom;

dovoljno velike snage odašiljača;

teško je koristiti visoko učinkovite antenske uređaje, složenost izgradnje i restauracije u kratkom vremenu;

prilično visok stupanj međusobne i atmosferske interferencije.

Područje praktične primjene mikrovalnih radio valova; Srednjovalne radijske postaje najčešće se koriste u arktičkim regijama, kao rezerva u slučajevima gubitka široko korištenih kratkovalnih radiokomunikacija zbog ionosferskih i magnetskih smetnji, kao iu dalekom zrakoplovstvu i mornarici.

Dekametarski valovi (K.B.) zauzimaju poseban položaj. Mogu se širiti i kao prizemni i kao ionosferski valovi. Podzemni valovi, s relativno niskim snagama odašiljača karakterističnim za mobilne radiopostaje, šire se na udaljenosti ne većim od nekoliko desetaka kilometara, jer doživljavaju značajnu apsorpciju u tlu, koja se povećava s povećanjem frekvencije.

Zbog jednokratne ili višestruke refleksije od ionosfere, pod povoljnim uvjetima, ionosferski valovi mogu se širiti na velike udaljenosti. Njihovo glavno svojstvo je da ih slabo apsorbiraju niži dijelovi ionosfere (slojevi D I E) i dobro se reflektiraju od njegovih gornjih područja (uglavnom sloja F2 . nalazi se na visini od 300-500 km iznad zemlje). To omogućuje korištenje radijskih postaja relativno male snage za izravnu komunikaciju na neograničenom rasponu udaljenosti.

Do značajnog pada kvalitete KB radiokomunikacija ionosferskim valovima dolazi zbog slabljenja signala. Priroda fedinga uglavnom se svodi na interferenciju nekoliko zraka koje dolaze na mjesto primanja, a čija se faza stalno mijenja zbog promjena stanja ionosfere.

Razlozi dolaska nekoliko zraka na mjesto prijema signala mogu biti:

zračenje ionosfere pod kutovima pod kojima prolaze zrake

različit broj refleksija od ionosfere i Zemlje konvergira u točki primanja;

pojava dvostrukog loma pod utjecajem Zemljinog magnetskog polja, zbog koje dvije zrake (obična i izvanredna), reflektirane od različitih slojeva ionosfere, dolaze do iste točke primanja;

heterogenost ionosfere, što dovodi do difuzne refleksije valova iz njezinih različitih regija, tj. na refleksiju snopova mnogih elementarnih zraka.

Fading se također može dogoditi zbog polarizacijskih fluktuacija valova kada se reflektiraju od ionosfere, što dovodi do promjene u omjeru okomite i horizontalne komponente električnog polja na mjestu prijema. Polarizacijski blijednji opažaju se puno rjeđe od interferencijskih i čine 10-15% njihovog ukupnog broja.

Razina signala na prijemnim točkama kao rezultat blijeđenja može varirati u širokom rasponu - desetke, pa čak i stotine puta. Vremenski interval između dubokog blijeđenja je slučajna varijabla i može varirati od desetinki sekunde do nekoliko sekundi, a ponekad i više, a prijelaz s visokih na niske razine može biti ili gladak ili vrlo nagao. Brze promjene razine često se preklapaju sa sporim.

Uvjeti prolaska kratkih valova kroz ionosferu variraju iz godine u godinu, što je povezano s gotovo periodičnim promjenama Sunčeve aktivnosti, tj. s promjenom broja i površine Sunčevih pjega (Wolf broj), koje su izvori zračenja koje ionizira atmosferu. Period ponavljanja maksimalne solarne aktivnosti je 11,3±4 godine. Tijekom godina maksimalne solarne aktivnosti povećavaju se maksimalne primjenjive frekvencije (MUF) i širi se radni raspon frekvencija.

Na sl. Slika 2.10 prikazuje tipičnu obitelj dnevnih grafova MUF i najmanje primjenjive frekvencije (LOF) za izračenu snagu od 1 kW.

Riža. 2.10 Napredak MUF i LF krivulja.

Ova obitelj dnevnih karata odgovara određenim geografskim područjima. Iz ovoga slijedi da primjenjivi frekvencijski raspon za komunikaciju na određenoj udaljenosti može biti vrlo malen. Potrebno je uzeti u obzir da ionosferske prognoze mogu imati pogrešku, stoga se pri odabiru maksimalnih komunikacijskih frekvencija nastoji ne prijeći linija takozvane optimalne radne frekvencije (ORF), koja je 20-30% ispod MUF linija. Naravno, to dodatno smanjuje radnu širinu polja. Pad razine signala pri približavanju maksimalnoj primjenjivoj frekvenciji objašnjava se varijabilnošću parametara ionosfere.

S obzirom na to da se stanje ionosfere mijenja, komunikacija nebeskim valovima zahtijeva pravilan izbor frekvencija tijekom dana:

Danju koriste frekvencije od 12-30 MHz,

UJUTRO i NAVEČER 8-12 MHz, NOĆ 3-8 MHz.

Iz grafikona je također vidljivo da se smanjenjem duljine radiokomunikacijske linije smanjuje raspon primjenjivih frekvencija (za udaljenosti do 500 km noću može biti samo 1-2 MHz).

Uvjeti radiokomunikacije za duge linije pokazuju se povoljnijim nego za kratke, budući da ih je manje, a raspon odgovarajućih frekvencija za njih mnogo je širi.

Ionosferske i magnetske oluje mogu imati značajan utjecaj na stanje KB radio komunikacija (osobito u polarnim područjima), tj. poremećaji ionosfere i magnetskog polja Zemlje pod utjecajem tokova nabijenih čestica koje emitira Sunce. Ova strujanja često uništavaju glavni reflektirajući ionosferski sloj F2 u području visokih geomagnetskih širina. Magnetske oluje mogu se dogoditi ne samo u polarnim regijama, već i diljem svijeta. Ionosferski poremećaji imaju periodičnost i povezani su s vremenom revolucije Sunca oko svoje osi, koje je jednako 27 dana.

Kratke valove karakterizira prisutnost zona tišine (mrtvih zona). Zona tišine (slika 2.8) javlja se tijekom radiokomunikacije na velikim udaljenostima u područjima do kojih površinski val ne dopire zbog svog slabljenja, a nebeski val se reflektira od ionosfere na većoj udaljenosti. To se događa kada se koriste visoko usmjerene antene kada emitiraju pod malim kutovima u odnosu na horizont.

Prednosti HF raspona:

ionosferski se valovi mogu širiti na velike udaljenosti zbog jednostruke ili višestruke refleksije od ionosfere pod povoljnim uvjetima. Slabo ih apsorbiraju niži dijelovi ionosfere (slojevi D i E), a dobro reflektiraju gornji (uglavnom F2 sloj);

mogućnost korištenja radijskih postaja relativno niske snage za izravnu komunikaciju na neograničenom rasponu udaljenosti;

frekvencijski kapacitet HF područja znatno je veći od opsega VLF, LW i SV, što omogućuje istovremeni rad velikog broja radio postaja;

antenski uređaji koji se koriste u dekametarskom valnom području imaju prihvatljive dimenzije (čak i za ugradnju na pokretne objekte) i mogu imati jasno definirana usmjerena svojstva. Imaju kratko vrijeme postavljanja, jeftini su i mogu se lako popraviti ako su oštećeni.

Nedostaci HF raspona:

radio komunikacija ionosferskim valovima može se provesti ako su korištene frekvencije ispod maksimalnih vrijednosti (MUF), određenih za svaku duljinu radio komunikacijske linije stupnjem ionizacije reflektirajućih slojeva;

komunikacija je moguća samo ako snage odašiljača i pojačanja korištenih antena, uz apsorpciju energije u ionosferi, osiguravaju potrebnu jakost elektromagnetskog polja na prijemnoj točki. Ovaj uvjet ograničava donju granicu primjenjivih frekvencija (ULF);

nedovoljan frekvencijski kapacitet za korištenje širokopojasnih načina rada i frekvencijskih manevara;

veliki broj radio stanica koje rade istovremeno s velikim komunikacijskim dometom stvara visoku razinu međusobnih smetnji;

veliki komunikacijski domet olakšava neprijatelju korištenje namjernog ometanja;

prisutnost tihih zona pri osiguravanju komunikacije na velikim udaljenostima;

značajno smanjenje kvalitete KB radiokomunikacija ionosferskim valovima zbog blijeđenja signala koje nastaje zbog varijabilnosti strukture reflektirajućih slojeva ionosfere, njezinog stalnog poremećaja i višestaznog širenja valova.

Područje praktične primjene HF radio valova

KB radio nalazi najširu praktičnu primjenu za komunikaciju s udaljenim pretplatnicima.

Metarski valovi (VHF) uključuju brojne dijelove frekvencijskog područja koji imaju ogroman frekvencijski kapacitet.

Naravno, ta se područja međusobno značajno razlikuju po svojstvima širenja radiovalova. Zemlja snažno apsorbira VHF energiju (općenito, proporcionalno kvadratu frekvencije), tako da prizemni val prilično brzo slabi. VHF nije karakteriziran pravilnom refleksijom od ionosfere; stoga se komunikacija izračunava korištenjem valova na tlu i valova koji se šire u slobodnom prostoru. Nebeski valovi kraći od 6-7 m (43-50 MHz), u pravilu, prolaze kroz ionosferu bez odbijanja od nje.

VHF propagacija se odvija u ravnoj liniji, maksimalni domet ograničen je dometom linije vidljivosti. Može se odrediti formulom:

gdje je Dmax – domet linije vidljivosti, km;

h1 – visina odašiljačke antene, m;

h2 – visina prijemne antene, m.

Međutim, zbog refrakcije (loma), širenje radio valova je zakrivljeno. U ovom slučaju točniji koeficijent u formuli raspona neće biti 3,57, već 4,1-4,5. Iz ove formule proizlazi da je za povećanje dometa komunikacije na VHF potrebno podići antene odašiljača i prijemnika više.

Povećanje snage odašiljača ne dovodi do proporcionalnog povećanja dometa komunikacije, pa se u tom dometu koriste radiostanice male snage. Pri komunikaciji zbog troposferskog i ionosferskog raspršenja potrebni su odašiljači značajne snage.

Na prvi pogled komunikacijski domet prizemnih valova na VHF-u trebao bi biti vrlo kratak. Međutim, treba uzeti u obzir da s povećanjem frekvencije raste učinkovitost antenskih uređaja, čime se kompenziraju gubici energije u Zemlji.

Komunikacijski raspon prizemnih valova ovisi o valnoj duljini. Najveći raspon se postiže na metarskim valovima, posebno na valovima koji graniče s HF područjem.

Metarski valovi imaju svojstvo difrakcija, tj. sposobnost savijanja oko neravnog terena. Povećanje dometa komunikacije na metarskim valovima pospješuje fenomen troposfere refrakcija, tj. fenomen refrakcije u troposferi, koji osigurava komunikaciju na zatvorenim rutama.

U metarskom području valnih duljina često se opaža širenje radiovalova na velike udaljenosti, što je posljedica niza razloga. Propagacija na velike udaljenosti može se dogoditi kada se formiraju sporadični ionizirani oblaci ( sporadični sloj Fs). Poznato je da se ovaj sloj može pojaviti u bilo koje doba godine i dana, ali za našu hemisferu - uglavnom u kasno proljeće i rano ljeto tijekom dana. Značajka ovih oblaka je vrlo visoka koncentracija iona, ponekad dovoljna da reflektira valove cijelog VHF raspona. U ovom slučaju, zona lokacije izvora zračenja u odnosu na prijemne točke najčešće je na udaljenosti od 2000-2500 km, a ponekad i bliže. Intenzitet signala reflektiranih od Fs sloja može biti vrlo visok čak i pri vrlo niskim snagama izvora.

Drugi razlog za širenje metarskih valova na velike udaljenosti tijekom godina maksimalne solarne aktivnosti mogao bi biti pravilan F2 sloj. Ova se raspodjela očituje u zimskim mjesecima tijekom osvijetljenog vremena refleksijskih točaka, tj. kada je apsorpcija energije valova u nižim područjima ionosfere minimalna. Raspon komunikacije može doseći globalne razmjere.

Širenje metarskih valova na velike udaljenosti također se može dogoditi tijekom nuklearnih eksplozija na velikim visinama. U tom slučaju, osim donjeg područja povećane ionizacije, javlja se i gornje (na razini Fs sloja). Metarski valovi prodiru kroz donje područje, doživljavaju određenu apsorpciju, reflektiraju se od gornjeg područja i vraćaju se na Zemlju. Prijeđene udaljenosti u ovom slučaju kreću se od 100 do 2500 km. Odražena jakost polja nykh valova ovisi o frekvenciji: najniže frekvencije podvrgavaju se najvećoj apsorpciji u donjem području ionizacije, a one najviše doživljavaju nepotpunu refleksiju od gornjeg područja.

Sučelje između KB i metarskih valova događa se na valnoj duljini od 10 m (30 MHz). Svojstva širenja radio valova ne mogu se naglo promijeniti, tj. mora postojati regija ili dio frekvencija koji je prijelazni. Takav dio frekvencijskog područja je dio 20-30 MHz. Tijekom godina minimalne Sunčeve aktivnosti (kao i noću, bez obzira na fazu aktivnosti), te su frekvencije praktički neprikladne za komunikaciju na daljinu ionosferskim valovima te je njihova upotreba izrazito ograničena. Istodobno, pod navedenim uvjetima, svojstva širenja valova u ovom dijelu postaju vrlo bliska svojstvima metarskih valova. Nije slučajno da se ovaj frekvencijski raspon koristi u interesu radijskih komunikacija usmjerenih na metarske valove.

Prednosti VHF raspona:

male dimenzije antena omogućuju ostvarivanje izraženog usmjerenog zračenja, kompenzirajući brzo slabljenje energije radio valova;

uvjeti razmnožavanja općenito ne ovise o dobu dana i godini, kao ni o sunčevoj aktivnosti;

ograničeni komunikacijski domet omogućuje opetovano korištenje istih frekvencija na površinama, čija udaljenost između granica nije manja od zbroja raspona radijskih postaja s istim frekvencijama;

niža razina nenamjernih (prirodnog i umjetnog podrijetla) i namjernih smetnji zbog visoko usmjerenih antena i og ograničen domet komunikacije;

veliki frekvencijski kapacitet, koji omogućuje korištenje širokopojasnih signala otpornih na buku za veliki broj stanica koje rade istovremeno;

pri korištenju širokopojasnih signala za radijske komunikacije dovoljna je nestabilnost frekvencije radijske linije δf=10 -4;

sposobnost VHF-a da prodre u ionosferu bez značajnih gubitaka energije omogućila je obavljanje svemirske radiokomunikacije na udaljenostima koje se mjere milijunima kilometara;

visokokvalitetni radio kanal;

zbog vrlo malih gubitaka energije u slobodnom prostoru, domet komunikacije između zrakoplova opremljenih radio postajama relativno male snage može doseći nekoliko stotina kilometara;

svojstvo dalekometnog širenja metarskih valova;

mala snaga odašiljača i mala ovisnost komunikacijskog dometa o snazi.

Nedostaci VHF raspona:

kratki domet radiokomunikacije prizemnim valom, praktički ograničen vidokrugom;

kada se koriste visoko usmjerene antene, teško je raditi s nekoliko dopisnika;

Pri korištenju antena s kružnim smjerom smanjuje se domet komunikacije, otpornost na izviđanje i otpornost na smetnje.

Područje praktične primjene VHF radiovalova Domet istovremeno koristi velik broj radio postaja, tim više što je domet međusobnih smetnji između njih obično malen. Svojstva širenja prizemnih valova osiguravaju široku upotrebu ultrakratkih valova za komunikaciju na razini taktičke kontrole, uključujući između različitih vrsta pokretnih objekata. Komunikacija na međuplanetarnim udaljenostima.

Uzimajući u obzir prednosti i nedostatke svakog raspona, možemo zaključiti da su najprihvatljiviji dometi za radiostanice male snage dekametarski (KB) i metarski (VHF) valovi.

2.5 Utjecaj nuklearnih eksplozija na stanje radio veza

Tijekom nuklearnih eksplozija, trenutno gama zračenje, u interakciji s atomima okoline, stvara struju brzih elektrona koji lete velikom brzinom, uglavnom u radijalnom smjeru od središta eksplozije, a pozitivni ioni ostaju gotovo na mjestu. Tako se neko vrijeme u prostoru događa razdvajanje pozitivnih i negativnih naboja, što dovodi do pojave električnog i magnetskog polja. Zbog kratkog trajanja ova se polja obično zovu elektromagnetski puls (AMY) nuklearna eksplozija. Trajanje njegovog postojanja je otprilike 150-200 milisekundi.

Elektromagnetski puls (peti štetni faktor nuklearne eksplozije) u nedostatku posebnih zaštitnih mjera, može oštetiti upravljačku i komunikacijsku opremu te poremetiti rad električnih uređaja spojenih na duge vanjske vodove.

Sustavi komunikacije, signalizacije i upravljanja najosjetljiviji su na djelovanje elektromagnetskog pulsa nuklearne eksplozije. Kao rezultat utjecaja EMR-a od nuklearne eksplozije na zemlji ili u zraku, na antenama radijskih postaja inducira se električni napon pod čijim utjecajem dolazi do proboja izolacije, transformatora, taljenja žica, kvara iskrišta, oštećenja elektroničkih cijevi, poluvodički uređaji, kondenzatori, otpornici itd. mogu se pojaviti.

Utvrđeno je da kada je oprema izložena EMR-u, najveći napon se inducira na ulaznim krugovima. U odnosu na tranzistore uočava se sljedeća ovisnost: što je veće pojačanje tranzistora, to je njegova električna čvrstoća manja.

Radio oprema ima snagu istosmjernog napona ne veću od 2-4 kV. S obzirom da je elektromagnetski impuls nuklearne eksplozije kratkotrajan, krajnja električna čvrstoća opreme bez zaštitne opreme može se smatrati višom - otprilike 8-10 kV.

U tablici 1 prikazuje približne udaljenosti (u km) na kojima se u vrijeme nuklearne eksplozije u antenama radijskih postaja induciraju naponi veći od 10 i 50 kV, opasni za opremu.

stol 1

Na većim udaljenostima utjecaj EMR-a sličan je udaru nedaleko pražnjenja groma i ne uzrokuje štetu na opremi.

Utjecaj elektromagnetskih impulsa na radio opremu naglo se smanjuje ako se koriste posebne zaštitne mjere.

Najučinkovitiji način zaštite elektronička oprema smještena u zgradama je korištenje elektrovodljivih (metalnih) zaslona, koji značajno smanjuju razine napona inducirane na unutarnjim žicama i kabelima. Koriste se zaštitna sredstva slična sredstvima za zaštitu od udara groma: odvodnici s odvodnim i zapornim svicima, osigurači, uređaji za odvajanje, sklopovi za automatsko isključivanje opreme iz voda.

Dobra zaštitna mjera također je pouzdano uzemljenje opreme u jednoj točki. Također je učinkovita implementacija radiotehničkih uređaja blok po blok, sa zaštitom za svaki blok i cijeli uređaj u cjelini. To omogućuje brzu zamjenu pokvarene jedinice rezervnom (u najkritičnijoj opremi jedinice se dupliciraju s automatskim prebacivanjem ako su glavne oštećene). U nekim slučajevima selenski elementi i stabilizatori mogu se koristiti za zaštitu od EMI.

Osim toga, može se primijeniti zaštitne ulazne naprave, koji su različiti relejni ili elektronički uređaji koji reagiraju na višak napona u krugu. Kada stigne naponski impuls induciran u liniji elektromagnetskim impulsom, oni prekidaju napajanje uređaja ili jednostavno prekidaju radne krugove.

Pri izboru zaštitnih uređaja treba uzeti u obzir da je djelovanje EMR-a karakterizirano masovnim karakterom, odnosno istovremenom aktivacijom zaštitnih uređaja u svim krugovima koji se nalaze u eksplozivnom području. Stoga zaštitni krugovi koji se koriste moraju automatski vratiti funkcionalnost krugova odmah nakon prestanka elektromagnetskog impulsa.

Otpornost opreme na učinke napona koji nastaju u vodovima tijekom nuklearne eksplozije uvelike ovisi o ispravnom radu voda i pažljivom praćenju ispravnosti zaštitne opreme.

DO važne operativne zahtjeve To uključuje periodičnu i pravovremenu provjeru električne čvrstoće izolacije linije i ulaznih krugova opreme, pravovremenu identifikaciju i uklanjanje problema s uzemljenjem žice, praćenje ispravnosti odvodnika, osigurača itd.

Nuklearna eksplozija na velikim visinama praćeno stvaranjem područja povećane ionizacije. U eksplozijama na visinama do približno 20 km, ionizirano područje ograničeno je najprije veličinom svjetlećeg područja, a potom i oblakom eksplozije. Na visinama od 20-60 km, veličina ioniziranog područja nešto je veća od veličine oblaka eksplozije, posebno na gornjoj granici ovog visinskog raspona.

Tijekom nuklearnih eksplozija na velikim visinama u atmosferi se pojavljuju dva područja povećane ionizacije.

Prvo područje nastaje u području eksplozije zbog ionizirane tvari streljiva i ionizacije zraka udarnim valom. Dimenzije ovog područja u horizontalnom smjeru dosežu desetke i stotine metara.

Drugo područje povećana ionizacija javlja se ispod središta eksplozije u slojevima atmosfere na visinama od 60-90 km kao rezultat apsorpcije prodornog zračenja iz zraka. Udaljenosti na kojima prodorno zračenje proizvodi ionizaciju u horizontalnom smjeru su stotine pa čak i tisuće kilometara.

Područja povećane ionizacije koja nastaju tijekom nuklearne eksplozije na velikim visinama apsorbiraju radio valove i mijenjaju smjer njihovog širenja, što dovodi do značajnih poremećaja u radu radio opreme. U tom slučaju dolazi do prekida radiokomunikacije, au nekim slučajevima ona je i potpuno poremećena.

Priroda štetnog učinka elektromagnetskog pulsa nuklearnih eksplozija na velikim visinama u osnovi je slična prirodi štetnog učinka EMR-a od eksplozija na zemlji iu zraku.

Mjere zaštite od štetnih učinaka elektromagnetskih impulsa od eksplozija na velikim visinama iste su kao i protiv EMP od eksplozija na zemlji iu zraku.

2.5.1 Zaštita od ionizirajućeg i elektromagnetskog zračenja

nuklearne eksplozije na velikim visinama (HEA)

RS smetnje mogu nastati kao posljedica eksplozija nuklearnog oružja, praćenih emisijom snažnih elektromagnetskih impulsa kratkog trajanja (10-8 sekundi) i promjenama električnih svojstava atmosfere.

EMP (radio bljesak) se javlja:

Prvo , kao rezultat asimetričnog širenja oblaka električnih pražnjenja nastalih pod utjecajem ionizirajućeg zračenja od eksplozija;

Drugo , zbog brzog širenja visoko vodljivog plina (plazme) nastalog iz produkata eksplozije.

Nakon eksplozije u svemiru nastaje vatrena kugla, koja je visoko ionizirana kugla. Ova sfera se brzo širi (brzinom od oko 100-120 km/h) iznad površine zemlje, pretvarajući se u sferu lažne konfiguracije, debljina sfere doseže 16-20 km. Koncentracija elektrona u sferi može doseći i do 105-106 elektrona/cm3, tj. 100-1000 puta više od normalne koncentracije elektrona u sloju ionosfere. D.

Visinske nuklearne eksplozije (HAE) na visinama većim od 30 km značajno utječu na električna svojstva atmosfere na velikim područjima tijekom dugog vremenskog razdoblja, pa stoga imaju snažan utjecaj na širenje radiovalova.

Osim toga, snažan elektromagnetski puls koji se javlja tijekom IJV inducira visoke napone (do 10 000-50 000 V) i struje do nekoliko tisuća ampera u žičanim komunikacijskim linijama.

Snaga EMR-a je tolika da je njegova energija dovoljna da prodre u debljinu zemlje do 30 m i inducira EMF u radijusu od 50-200 km od epicentra eksplozije.

Međutim, glavni utjecaj INV-a je da ogromna količina energije oslobođena eksplozijom, kao i intenzivni tokovi neutrona, X-zraka, ultraljubičastih i gama zraka dovode do stvaranja visoko ioniziranih područja u atmosferi i povećanja gustoću elektrona u ionosferi, što pak dovodi do apsorpcije radio valova i poremećaja stabilnosti upravljačkog sustava.

2.5.2 Karakteristični znakovi IJV

IJV u određenom području ili blizu njega popraćen je trenutačnim prekidom prijema udaljenih postaja u HF području valnih duljina.

U trenutku prekida veze u telefonima se zamjećuje kratko škljocanje, a zatim se čuje samo vlastita buka prijemnika i slabi pucketavi zvukovi poput pražnjenja groma.

Nekoliko minuta nakon prestanka komunikacije na HF-u, smetnje od udaljenih postaja u metarskom području valnih duljina na VHF-u naglo se povećavaju.

Domet radara i točnost mjerenja koordinata su smanjeni.

Osnova zaštite elektroničkih sredstava je pravilna uporaba frekvencijskog područja i svih čimbenika koji nastaju kao posljedica uporabe INV-a.

2.5.3 Osnovne definicije:

reflektirani radio val (reflektirani val ) – radioval koji se širi nakon refleksije od sučelja dva medija ili od nehomogenosti medija;

izravni radio val (ravni val ) – radio val koji se širi izravno od izvora do mjesta primanja;

zemaljski radio val (zemljani val ) – radio val koji se širi blizu Zemljine površine i uključuje izravni val, val odbijen od Zemlje i površinski val;

ionosferski radio val (nebeski val ) – radio val koji se širi kao rezultat refleksije od ionosfere ili raspršenja na njoj;

apsorpcija radio valova (apsorpcija ) – smanjenje energije radijskog vala zbog njegove djelomične pretvorbe u toplinsku energiju kao rezultat interakcije s okolinom;

višestazno širenje radio valova (višestazno širenje ) – širenje radio valova od odašiljačke do prijamne antene duž nekoliko putanja;

efektivna visina refleksije sloja (efektivna nadmorska visina ) je hipotetska visina refleksije radio vala od ioniziranog sloja, ovisno o raspodjeli koncentracije elektrona po visini i duljini radio vala, određena kroz vrijeme između prijenosa i prijema reflektiranog ionosferskog vala tijekom vertikalnog sondiranja. pod pretpostavkom da je brzina širenja radio vala duž cijelog puta jednaka brzini svjetlosti u vakuumu;

ionosferski skok (skok ) - putanja širenja radiovalova od jedne točke na površini Zemlje do druge, čiji je prolaz popraćen jednom refleksijom od ionosfere;

najveća primjenjiva frekvencija (MUHR) – najviša frekvencija radijskog zračenja na kojoj postoji ionosfersko širenje radio valova između danih točaka u danom trenutku pod određenim uvjetima, to je frekvencija koja se još reflektira od ionosfere;

optimalna radna frekvencija (ORCH) – frekvencija radioemisije ispod IF-a, pri kojoj se može ostvariti stabilna radiokomunikacija u određenim geofizičkim uvjetima. U pravilu je ORF 15% niži od MUF;

vertikalno sondiranje ionosfere (okomito sondiranje ) – sondiranje ionosfere korištenjem radijskih signala emitiranih okomito prema gore u odnosu na površinu Zemlje, pod uvjetom da su točke emitiranja i prijema kombinirane;

ionosferski poremećaj – poremećaj u raspodjeli ionizacije u slojevima atmosfere, koji obično premašuje promjene prosječnih karakteristika ionizacije za dane geografske uvjete;

ionosferska oluja – dugotrajni ionosferski poremećaj visokog intenziteta.

Popularno u kategoriji: