電波にはどんな種類があるの？ 無線周波数範囲と無線通信でのその使用。 電波はどのようにして励起されるのでしょうか？
電波は私たちの体や周囲のあらゆるミリの空間に侵入します。 彼らなしで現代人の生活を想像することは不可能です。波のために 私たちの生活のあらゆる領域に浸透しています。 100 年以上にわたり、それらは私たちの生活の一部であり、それらなしでの人間の存在を想像することは不可能です。
それは何ですか？
電波 - エレクトロ 磁気放射、特別な周波数で空間を伝播する。 「ラジオ」という言葉はラテン語のビームに由来します。 xのうちの1つ 電波の特性 - hあ 振動の100分の1、ヘルツで測定される。 だからドイツ語にちなんで名付けられました e いや、物理学者ハインリヒ・ヘルツ。 彼は電磁波を受信し、その性質を研究しました。 波動と電子 e 周波数は互いに関連しています。 より高いです最後 、振動が短くなります。
話
理論があります何について 電波はビッグバンの瞬間に発生しました。 磁気波は常に存在していましたが、人類が磁気波を発見したのは比較的最近のことです。 1868年、スコットランド人のジェームズ・マクスウェルは著書の中でそれらについて説明しました。 その後、ドイツの物理学者が理論的にその存在を証明しました。 これは1887年に起こりました。 それ以来、磁気波への関心は衰えていません。私 カエット。 電波に関する研究は、世界中の多くの主要な研究機関で行われています。
応用分野電波 これらには、ラジオ、レーダー機器、テレビ、望遠鏡、レーダー、あらゆる種類の無線通信が含まれます。 広く使われています彼らと 美容学で。 インターネット、テレビ、電話など、現代の通信はすべて磁気波なしでは不可能です。
電波の用途拡大
勉強のおかげですこの現象 遠く離れた場所に情報を送ることができます私 。 電波は、高周波電流が導体を通過するときに形成されます。 ラジオの発明は多くの人の功績によるものです。ええと、私 自分自身に書きます。 そして、ほとんどすべての国に、このユニークな発明のおかげである天才がいます。 我が国では、発明者の一人はアレクサンダー・ステパノヴィッチ・ポポフであると考えられています。
ラジオの発明は、1890 年にラジオ指揮者のエドワード ブランリーが考案したことから始まりました。 このフランス人男性彼は自分で作成した ハインリヒ・ヘルツのアイデアに基づいたデバイス、に それは、電磁波が無線機器に当たると火花が発生するというものでした。 Branly デバイスは次の目的で使用されました。 e マ信号。 この装置を 40 メートルの距離で最初にテストしたのは、1894 年にイギリス人のオリバー ロッジでした。 改良された e ロッジマンション。 これは1895年に起こりました。
テレビ
電波の応用テレビと 同じ原理を持っています。 テレビ塔は増幅して送信します信号 テレビに、そしてそれらはすでに変換されていますず それらを画像の中に入れます。現代の通信における電波の応用 同じに見えます。 必要なのは、より高密度のレトロセルソ ネットワークだけです R ニューヨークタワーズ。 これらのタワーは、信号を送信し、加入者から信号を受信する基地局です。
1991 年に開発された Wi-Fi 技術は現在広く普及しています。彼女の研究は電波の性質を研究した後に可能となり、その利用は大幅に拡大しました。.
正確にはレーダーはい分からない 地球、空、海、宇宙で何が起こっているのか。 動作原理はシンプルで、アンテナから送信された電波が障害物に反射して信号として戻ってきます。 コンピューターが処理する彼を引き渡します オブジェクトのサイズ、移動速度、方向に関するデータ。
1950 年以来のレーダー 道路上では車の速度を制御するためにも使用されます。 これは期限だった成長している 道路上の車の数と必要な制御それらの上 。 レーダーは装置です○ 移動中の車両の速度を遠隔から測定します。 警察官も使いやすさを高く評価私 この装置と数年後、世界中のすべての道路にレーダーが設置されました。 これらのデバイスは毎年修正および改良されており、現在では膨大な数の種類があります。 それらは、レーザーとドップラーの 2 つのグループに分けられます。
電波の性質
電波には興味深い特徴があります。
- e電波が空気以外の媒体中を伝播すると、エネルギーを吸収します。
- T波が不均質な媒質内にある場合、波の経路は曲がります。これを電波の屈折と呼びます。
- V電波は均一な球内を伝播します夏媒質のパラメータに応じた速度で直線的に進み、距離が増すにつれてエネルギー束密度が減少します。
- に電波がある媒体から別の媒体に伝わるとき、電波は反射および屈折します。
- dフラクションとは、電波がその経路上で遭遇する障害物の周囲で曲がる性質のことですが、ここには必要な条件が 1 つあります。それは、障害の大きさが波長に比例する必要があるということです。s.
波の種類
電波は次のように分けられます。三つカテゴリ:短い, 平均的と長さ。 最初のものには、次の長さの波が含まれます。10 10まで0 m を使用すると、指向性アンテナを作成できます。 それらは地上のものと電離層のものである可能性があります。短波が使われているのは、通信と放送そして長い距離。
中波の長さは通常 100 ～ 1000 m であり、その周波数特性は 526 ～ 1606 kHz です。 中波の使用は、ロシアの多くの放送チャンネルで導入されています。
ロングとは1000メートルから10000メートルの波です。Tこれらの指標を超える波は超長波と呼ばれます。 これらの波にはほとんど特性がありません番目陸や海を通過する際に吸収されます。 それが理由です長波の主な用途は次のとおりです。水中および地下通信。 特別彼らの財産は安定性に電圧e電流の大きさ。
結論
ついに価値があるマークtそれは電波の研究ですe今日まで。そして、おそらく、持ってくるeT人々まだeたくさんの驚き。
電波の発見は人類に多くの機会を与えました。 その中には、ラジオ、テレビ、レーダー、電波望遠鏡、無線通信などがあります。 これらすべてが私たちの生活を楽にしてくれました。 無線の助けを借りて、人々はいつでも救助者に助けを求めることができ、船や飛行機は救難信号を送信することができ、世界で何が起こっているかを知ることができます。
電磁波の生成実験は物理学者ヘルツに属します。 このために、Hertz は高周波スパーク ギャップ (バイブレーター) を使用しました。 ハーツは 1888 年にこの実験を実施しました。振動子は、火花ギャップによって分離された 2 本のロッドで構成されていました。 ヘルツは 1 億 Hz の周波数の波を実験しました。 振動子の電磁振動の固有振動数を計算したヘルツは、式 υ = λν を使用して電磁波の速度を決定することができ、これは光の速度にほぼ等しいことが判明しました: c = 300,000 km/s 。
電波– これらは、光の速度 (300,000 km/秒) で空間を伝播する電磁振動です。 ところで、光も電磁波に属し、非常によく似た性質（反射、屈折、減衰など）が決まります。
電波は、電磁発振器によって放出されるエネルギーを空間に運びます。 そしてそれらは、電場が変化するとき、たとえば、交流電流が導体を通過するとき、または火花が空間を飛び越えるとき、つまり、 急速に連続する一連の電流パルス。
電磁放射は、伝達されるエネルギーの周波数、波長、パワーによって特徴付けられます。 電磁波の周波数は、エミッター内で電流の方向が 1 秒間に何回変化するかを示します。したがって、空間内の各点での電場と磁場の大きさが 1 秒間に何回変化するかを示します。 周波数はヘルツ (Hz) で測定されます。ヘルツ (Hz) は、ドイツの偉大な科学者ハインリヒ ルドルフ ヘルツにちなんで名付けられた単位です。 1 Hz は 1 秒あたり 1 回の振動、1 メガヘルツ (MHz) は 1 秒あたり 100 万回の振動です。 電磁波の速度が光の速度と等しいことがわかっているので、電場 (または磁場) が同じ位相にある空間内の点間の距離を決定できます。 この距離は波長と呼ばれます。 波長 (メートル単位) は、次の式を使用して計算されます。 または、近似的に、｜ は MHz 単位の電磁放射の周波数です。
最も単純なケースは、自由空間での電波の伝播です。 すでに無線送信機から近い距離にあるので、それは点と見なすことができます。 もしそうなら、電波の波面は球面であると考えることができます。 無線送信機を囲むいくつかの球体を頭の中で追跡すると、吸収がなければ球体を通過するエネルギーは変化しないことが明らかです。 さて、球の表面は半径の二乗に比例します。 これは、波の強度、つまり単位時間当たりの単位面積あたりのエネルギーが、波源から遠ざかるにつれて、距離の二乗に反比例して減少することを意味します。
電波はどのように伝わるのでしょうか？
電波はアンテナから空間に放射され、電磁界エネルギーとして伝播します。 また、電波の性質は同じですが、その伝播能力は波長に大きく依存します。
地球は電波にとって電気の導体です（ただし、あまり良い導体ではありません）。 地表を通過すると電波は徐々に弱まっていきます。 これは、電磁波が地表で電流を励起し、エネルギーの一部を消費するためです。 それらの。 エネルギーは地球に吸収され、多ければ多いほど波長が短くなります（周波数が高くなります）。 さらに、放射は空間の全方向に伝播するため、波のエネルギーは弱くなり、したがって、受信機が送信機から遠ざかるほど、単位面積当たりのエネルギーの低下が少なくなり、アンテナに入るエネルギーも少なくなります。
長波放送局からの送信は数千キロメートル離れた場所でも受信でき、信号レベルはジャンプすることなく滑らかに減少します。 中波放送局は数千キロメートルの範囲内で聞くことができます。 短波の場合、そのエネルギーは送信機から離れるにつれて急激に減少します。 これは、無線開発の黎明期には主に 1 ～ 30 km の電波が通信に使用されていたという事実を説明しています。 一般に、100メートル未満の電波は長距離通信には不向きと考えられていました。
しかし、短波と超短波のさらなる研究により、それらが地表近くを伝わると急速に減衰することが示されました。 放射が上に向けられると、短い波が戻ってきます。
範囲
伝播、生成、および（部分的な）放射の特性を考慮して、電波の全範囲は通常、超長波、長波、中波、短波、メートル波、デシメートル波などのいくつかの小さな範囲に分割されます。 、センチ波、ミリ波、サブミリ波です（表1）。 無線通信における無線周波数の範囲への分割は、国際無線規制によって確立されています (表 2)。 これらはすべて公式であり、スペクトルの明確に境界が定められたセクションです。
同時に、「バンド」という用語は、文脈に応じて、電波/無線周波数の任意のセクションを指定するために使用することもできます（たとえば、「アマチュアバンド」、「モバイル通信バンド」、「ローバンドバンド」、 「2.4GHz帯」など）
テーブル 1.- 電波の全範囲をより小さな帯域に分割します。
テーブル 2.1.- 無線周波数範囲
| 範囲名 | 範囲の境界 | |
| 基本用語 | 並列項 | |
| 第 1 周波数範囲 2番目の周波数範囲 3番目の周波数範囲 4番目の周波数範囲 5番目の周波数範囲 6番目の周波数範囲 7番目の周波数範囲 8番目の周波数範囲 9番目の周波数範囲 10番目の周波数範囲 11番目の周波数範囲 12番目の周波数範囲 |
非常に低いELF 超低VLF インフラローVLF 非常に低いVLF 低周波LF 中周波 高周波HF 非常に高いVHF 超高域UHF 超高マイクロ波 非常に高いEHF 超高周波 |
3～30Hz 30～300Hz 0.3～3kHz 3～30kHz 30～300kHz 0.3～3MHz 3～30MHz 30～300MHz 0.3～3GHz 3～30GHz 30～300GHz 0.3～3THz |
テーブル 2.2。 - 電波到達範囲
ダイナミックレンジ
無線受信デバイスのダイナミック レンジは、受信信号の最大許容レベル (非線形歪みのレベルによって正規化される) と受信信号の最小可能レベル (デバイスの感度によって決定される) の比であり、次のように表されます。デシベル。 つまり、歪みがまだ観測されていない信号レベルの最大値と最小値の差です。 これらの歪みの原因は、問題のデバイスの増幅経路の非線形性です。 DD が広いほど、デバイスは歪みなく強い信号を受信できます。 高価な受信機の方がダイナミックレンジが広いですが、このパラメータで比較することはほとんど不可能です。 特性に示されることはほとんどありません。
スペクトルの割り当て
無線工学で使用される電波 (無線周波数) は、10,000 m (30 kHz) から 0.1 mm (3,000 GHz) の領域、より科学的にはスペクトルを占めます。 これは電磁波の広大なスペクトルの一部にすぎません。 電波（長さは減少）の後に、熱線または赤外線が続きます。 その後、可視光波の狭い部分が続き、次に紫外線、X 線、ガンマ線のスペクトルが続きます。これらはすべて同じ性質の電磁振動であり、波長、したがって周波数が異なるだけです。 スペクトル全体は領域に分割されますが、それらの間の境界は暫定的に概説されています。 領域は継続的に相互に続き、相互に移行し、場合によっては重複します。 国際協定により、無線通信で使用される電波の全スペクトルは次の範囲に分割されます。
情報源
太陽からの電波放射。太陽からの電波放射は数ミリメートルから 30 メートルの範囲の波長で記録されており、特にメートル範囲で放射が強くなります。 それは、温度が約100万Kである太陽の大気の上層、コロナ内で生まれます。太陽からの短波放射は比較的弱いです。 それは太陽の目に見える表面の上にある彩層、つまり光球から出てきます。
電波は電磁波の一種であり、電磁場の理論の著者である英国の物理学者、数学者、機械工のジェームズ クラーク マクスウェルによって 1864 年にその存在が予測されました。
マクスウェルの理論
ジェームズ・クラーク・マクスウェル
マクスウェルは、電場と磁場の分野で以前に行われた研究結果を要約して、交流磁場は電場を生成し、交流電場は磁場を生成するなどと提案しました。 まず、これらのフィールドの 1 つが何らかの外部ソースによって作成され、次に相互に出現を引き起こして、元のソースから切り離されて独立して存在し、電磁波の形で空間にさらに広がります。
残念ながら、この有名な科学者は、電気と磁気のすべての現象の説明を統合した彼の素晴らしい理論を実験的に確認する運命にはありませんでした。 これは後に別の科学者によって行われました。
ハーツの実験
ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツ
電磁波の存在は 1887 年にドイツの物理学者ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツによって初めて実際に証明されました。ヘルツは当時カールスルーエ工科大学で物理学の教授を務めていました。 ハーツがこの実験に着手したのは、決してマクスウェルの意見に同意したからではないと言わなければなりません。 それどころか、彼はマクスウェルが間違っており、電磁波は実際には存在しないと考えました。 これが彼が証明したかったことです。
マクスウェルの理論によれば、電磁波の発生源は振動する電気粒子である可能性があります。 この目的のために、コンデンサとインダクタで構成される単純な発振回路が使用されます。
ヘルツの最初の実験における電磁波の発信源（存在する場合）は、金属棒の端に取り付けられた 2 つの真鍮の球の間で生じる放電であると考えられていました。 実験装置では、コンデンサとして機能するボールが小さなギャップで分離され、ロッド自体がインダクタンス コイルによって互いに接続されていました。 ボールに蓄積された電荷。
最初の回路から数メートルの距離に 2 番目の回路があり、最初の回路には接続されておらず、端に同じ真鍮ボールがあり、最初の回路と同じ火花ギャップを持つオープンワイヤリングを表していました。 それは最も単純な共振器、つまり電磁波を捕捉するための装置でした。
ある時点で、一次回路のボール間で火花が飛び散りました。 そして、自然界に電磁波が存在しない場合、2 番目の回路では放電は発生しないはずです。 しかし、実験中に、そのような放電は2番目の回路のボール間にも発生しました。 つまり、電磁波はまだ存在しているということになります。 そして、そのエネルギーはワイヤレスで送信できます。
ヘルツの電磁波検出実験
ハーツはマクスウェルの理論を裏付ける一連の実験を実施した。 彼は、真空中の電磁波の伝播速度が光の速度と等しいことを確立しました。 さらに、これらの波の伝播を研究することにより、それらが光波と同じように動作し、反射と屈折の法則に従うことを証明しました。
しかし、これを実際にどのように応用できるのか、彼にはまったく分かりませんでした。 そして彼は自分の発見はまったく役に立たないと考えていました。 「マエストロ・マクスウェルは正しかった」とハーツ氏は学生たちに語った。 「電磁波は存在しますが、私たちの目で見ることはできません。」 そして「次は何ですか？」という質問には、 彼は「何もないと思いますよ」と答えた。
科学界では、ハーツの発見は新たな「電気時代」の始まりと呼ばれました。
その後、電磁波の全スペクトルからある範囲の電波が分離され、無線信号の送信に使用され始めました。
電波到達範囲
電波到達範囲表
すべての電磁波は真空中を光速と同じ速度で伝わります。 それらは波長または周波数が異なります。 それらの間には明確な境界はありません。 ある種類の電磁波は、別の種類の電磁波にスムーズに移行します。
波長に応じて、電磁波の全スペクトルは従来、ガンマ線、X線、可視光線、赤外線、および電波に分類されます。
ガンマ線の波長は最も短く、わずか 2・10−10 m です。 長さが赤外線の波長を超え、1 mm から 100 km の範囲にあるすべての電磁波は電波として分類されます。 これらは無線工学で使用される電磁波です。 周波数の範囲は 3 kHz ～ 300 GHz です。
国際協定によれば、電波の全スペクトルは次の範囲に分割されます: デシミリメートル、ミリメートル、センチメートル、デシメートル、メートル、デカメートル、ヘクトメートル、キロメートル、ミリメートル。
ミリ波
長さ1mmから1cmまでの波を波といいます。 ミリメートル。 周波数は 30 ～ 300 GHz の範囲であり、 すごく高い(EHF)。 このような波は、レーダー、宇宙通信、電波天文学に使用されます。
ラジオ放送に使用される電波のスペクトルは、通常、超短波、短波、中波、長波、超長波に分けられます。
超短波
に 超短いセンチメートル波、デシメートル波、メートル波が含まれます。
長さ 1 cm ～ 10 cm、周波数 3 ～ 30 GHz の波 ( 超高周波 EHF）と呼ばれます センチメートル。 この範囲は、衛星通信チャネル、Wi-Fi ワイヤレス コンピュータ ネットワーク、レーダーおよび無線通信でデータを無線で送信するために使用されます。
波長が10cm～1m、周波数が300～3000MHzの電波をいいます。 デシメートル、とその頻度 超高周波(UHF)。 これらは、無線通信、テレビ、トランシーバー、携帯電話、電子レンジで使用されます。
長さが1mから10mまでの波を波といいます。 メーター。 ほとんどの場合、無線通信、テレビ、短距離ラジオ放送に使用されます。
短波
短い波とは、10～100メートルの範囲の波のことです。 デカメートル波。
中波
平均的、または ヘクトメートル、波の範囲は100メートルから1キロメートルです。
長波
長さ、 または キロメートル、波の範囲は1kmから10kmです。
ラジオ放送や無線通信には短波、中波、長波が使われます。
超長波
長さが10kmを超えるすべての電波をこう呼びます。 余分に長い。 ミリメーター（波長10kmから100km）、ヘクトキロメーター（100kmから1000kmの範囲）、メガメーター（1000kmから10,000km）、デカメガメーター（10,000kmから100,000km）に分けられます。
潜水艦との通信には超長波が使われます。
デシミリ波
それとは別に、dについて言う必要があります。 エシミリメートル波。 そのような 長さ 0.1 mm ～ 1 mm の波が考慮されます。 それらはまた呼ばれます サブミリメートル。 これは電磁放射線の一種であり、その周波数スペクトルは赤外線と超短波放射線の間に位置し、デシメートル、センチメートル、ミリメートルの範囲の電波を含みます。 国際分類によれば電波に属しますが、主に医療やセキュリティシステムで使用されています。 X線と異なり人体に安全なため、人体の臓器を検査する装置などに使用されています。 空港では、乗客の荷物を「検査」するために使用されます。 物理学では、10 11 ～ 10 13 Hz の範囲にある高周波のため、テラヘルツ放射線と呼ばれます。
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電波とは何ですか
電波は光の速さ（秒速30万km）で空間を伝わる電磁波です。 ところで、光も電磁波に属し、非常によく似た性質（反射、屈折、減衰など）が決まります。
電波は、電磁発振器によって放出されるエネルギーを空間に運びます。 そしてそれらは、電場が変化するとき、たとえば、交流電流が導体を通過するとき、または火花が空間を飛び越えるとき、つまり、 急速に連続する一連の電流パルス。
電磁放射は、伝達されるエネルギーの周波数、波長、パワーによって特徴付けられます。 電磁波の周波数は、エミッター内で電流の方向が 1 秒間に何回変化するかを示します。したがって、空間内の各点での電場と磁場の大きさが 1 秒間に何回変化するかを示します。 周波数はヘルツ (Hz) で測定されます。ヘルツ (Hz) は、ドイツの偉大な科学者ハインリヒ ルドルフ ヘルツにちなんで名付けられた単位です。 1 Hz は 1 秒あたり 1 回の振動、1 メガヘルツ (MHz) は 1 秒あたり 100 万回の振動です。 電磁波の速度が光の速度と等しいことがわかっているので、電場 (または磁場) が同じ位相にある空間内の点間の距離を決定できます。 この距離は波長と呼ばれます。 波長 (メートル単位) は、次の式を使用して計算されます。 または、近似的に、｜ は MHz 単位の電磁放射の周波数です。
この式から、たとえば、1 MHz の周波数は約 100 mA の波長に相当することがわかります。 300 m 周波数が増加すると、波長は減少し、減少します - 自分で推測してください。 将来的には、アンテナの長さは波長に直接依存するため、無線システム用のアンテナを選択する際には、波長の知識が非常に重要になるようにしていきます。 電磁波は空気や宇宙空間（真空）を自由に伝わります。 しかし、金属線、アンテナ、またはその他の導電体が波の経路上で接触すると、それらはそのエネルギーをそれに放棄し、それによってこの導体に交流電流が発生します。 しかし、すべての波のエネルギーが導体に吸収されるわけではなく、その一部は表面から反射されます。 ちなみに、これがレーダーにおける電磁波の利用の根拠です。 電磁波 (他の波と同様) のもう 1 つの有用な特性は、その経路内で物体の周囲を曲がる能力です。 しかし、これは物体の寸法が波長より小さいか、それに匹敵する場合にのみ可能です。 たとえば、航空機を検出するには、ロケーター電波の長さがその幾何学的寸法より短くなければなりません (10 m 未満)。 体が波長より長い場合、それを反射することができます。 しかし、それは反映されないかもしれません - アメリカのステルス航空機「ステルス」を思い出してください。
電磁波によって運ばれるエネルギーは、発生器（エミッタ）の出力と発生器までの距離によって異なります。 科学的に言えば、単位面積あたりのエネルギー流は放射パワーに正比例し、エミッタまでの距離の二乗に反比例するということです。 これは、通信範囲が送信機の出力に依存しますが、それよりもはるかに大きな範囲は送信機までの距離に依存することを意味します。 たとえば、太陽から地表への電磁放射線のエネルギーの流れは 1 平方メートルあたり 1 キロワットに達しますが、中波放送ラジオ局のエネルギー フローは 1 平方メートルあたりわずか 1,000 分の 1、さらには 100 万分の 1 です。
スペクトルの割り当て
無線工学で使用される電波 (無線周波数) は、10,000 m (30 kHz) から 0.1 mm (3,000 GHz) の領域、より科学的にはスペクトルを占めます。 これは電磁波の広大なスペクトルの一部にすぎません。 電波（長さは減少）の後に、熱線または赤外線が続きます。 その後、可視光波の狭い部分が続き、次に紫外線、X 線、ガンマ線のスペクトルが続きます。これらはすべて同じ性質の電磁振動であり、波長、したがって周波数が異なるだけです。 スペクトル全体は領域に分割されますが、それらの間の境界は暫定的に概説されています。 領域は継続的に相互に続き、相互に移行し、場合によっては重複します。 国際協定により、無線通信で使用される電波の全スペクトルは次の範囲に分割されます。
|
範囲 |
範囲名
|
名前 |
波長 |
|
3～30kHz |
超低周波 (VLF) |
ミリアメーター |
100～10km |
|
30～300kHz |
低周波 (LF) |
キロメートル |
10～1km |
|
300～3000kHz |
中周波（MF） |
ヘクトメトリック |
1～0.1km |
|
3～30MHz |
高周波（HF） |
デカメートル |
100～10m |
|
30～300MHz |
超高周波 (VHF) |
メーター |
10～1m |
|
300～3000MHz |
超高周波数（UHF） |
デシメートル |
1～0.1m |
|
3～30GHz |
超短波（マイクロ波） |
センチメートル |
10～1cm |
|
30～300GHz |
超高周波 (EHF) |
ミリメートル |
10～1mm |
|
300～3000GHz |
超高周波 (HHF) |
デシミリメートル |
1～0.1mm |
しかし、これらの範囲は非常に広範囲であり、さらに、いわゆる放送およびテレビの範囲、陸上および航空、宇宙および海上の通信、データ伝送および医療、レーダーおよび無線ナビゲーションなどの範囲を含むセクションに分割されています。 。 各無線サービスには、スペクトルの独自のセクションまたは固定周波数が割り当てられます。
異なるサービス間のスペクトル割り当ての例。
この内訳は非常にわかりにくいため、多くのサービスが独自の「内部」用語を使用しています。 通常、陸上移動通信に割り当てられる範囲を指定する場合、次の名前が使用されます。
|
学期 |
範囲 |
説明 |
|
短波 |
2～30MHz |
流通の性質上、 |
|
« CB » |
25.6～30.1MHz |
彼らができる民事範囲 |
|
« ローバンド」 |
33～50MHz |
|
|
VHF |
136～174MHz |
最も一般的な範囲 |
|
DCV |
400～512MHz |
モバイル固定電話通信の範囲。 |
|
「800MHz」 |
806 ～ 825 年および |
伝統的な「アメリカン」シリーズ。 |
周波数範囲の正式名称を、さまざまなサービスに割り当てられたセクションの名称と混同しないでください。 移動陸上通信用機器の世界の主要メーカーが、これらの特定のエリア内で動作するように設計されたモデルを製造していることは注目に値します。
将来的には、陸上移動無線通信での使用に関連した電波の特性について説明します。
どうやって 電波は伝播する
電波はアンテナから空間に放射され、電磁界エネルギーとして伝播します。 また、電波の性質は同じですが、その伝播能力は波長に大きく依存します。
地球は電波にとって電気の導体です（ただし、あまり良い導体ではありません）。 地表を通過すると電波は徐々に弱まっていきます。 これは、電磁波が地表で電流を励起し、エネルギーの一部を消費するためです。 それらの。 エネルギーは地球に吸収され、多ければ多いほど波長が短くなります（周波数が高くなります）。 さらに、放射は空間の全方向に伝播するため、波のエネルギーは弱くなり、したがって、受信機が送信機から遠ざかるほど、単位面積当たりのエネルギーの低下が少なくなり、アンテナに入るエネルギーも少なくなります。
長波放送局からの送信は数千キロメートル離れた場所でも受信でき、信号レベルはジャンプすることなく滑らかに減少します。 中波放送局は数千キロメートルの範囲内で聞くことができます。 短波の場合、そのエネルギーは送信機から離れるにつれて急激に減少します。 これは、無線開発の黎明期には主に 1 ～ 30 km の電波が通信に使用されていたという事実を説明しています。 一般に、100メートル未満の電波は長距離通信には不向きと考えられていました。
しかし、短波と超短波のさらなる研究により、それらが地表近くを伝わると急速に減衰することが示されました。 放射が上に向けられると、短い波が戻ってきます。
1902 年に遡ると、英国の数学者オリバー ヘビサイドと米国の電気技師アーサー エドウィン ケネリーは、地球上にイオン化した空気の層、つまり電磁波を反射する天然の鏡があるとほぼ同時に予測しました。 この層は電離層と呼ばれました。 地球の電離層は、電波の伝播範囲を見通しを超える距離まで広げることを可能にしたはずです。 この仮定は 1923 年に実験的に証明されました。無線周波数パルスが垂直上向きに送信され、戻ってきた信号が受信されました。 パルスの送信と受信の間の時間を測定することで、反射層の高さと数を決定することができました。
長波と短波の伝播。 
短波は電離層で反射された後、地球に戻り、その下に数百キロメートルの「デッドゾーン」が残ります。 電離層に行って戻っても、波は「落ち着く」のではなく、地表で反射され、再び電離層に突入し、そこで再び反射されるなど、何度も反射されます。波は地球を何周もすることができます。
反射高さは主に波長に依存することが確立されています。 波が短いほど、反射される高さが高くなり、したがって「デッドゾーン」が大きくなります。 この依存性は、スペクトルの短波部分 (最大約 25 ～ 30 MHz) にのみ当てはまります。 より短い波長では、電離層は透明です。 波はそれを突き抜けて宇宙空間に到達します。
この図は、反射が周波数だけでなく時間帯にも依存することを示しています。 これは、電離層が太陽放射によって電離し、暗闇の始まりとともに反射率が徐々に失われるという事実によるものです。 電離の度合いは太陽活動にも依存し、太陽活動は年間を通じて、また 7 年周期で毎年変化します。
電離層の反射層と短波の伝播
頻度と時間帯によります。 
短波および超短波の伝播。 
VHF 電波は光線に近い性質を持っています。 それらは電離層からはほとんど反射されず、地表の周りでわずかに曲がり、視線内に広がります。 したがって、超短波の到達距離は短い。 しかし、これには無線通信にとって明らかな利点があります。 VHF帯なので
電波は見通し内を伝播するため、無線局は相互に影響を与えることなく、150 ～ 200 km の距離に配置できます。 これにより、隣接する局が同じ周波数を再利用できるようになります。
DCV および 800 MHz 範囲の電波の特性は光線にさらに近いため、別の興味深い重要な特性があります。 懐中電灯の仕組みを思い出してみましょう。 リフレクターの焦点にある電球からの光は細い光線に集められ、
任意の方向に送信します。 ほぼ同じことが高周波電波でも起こります。 それらはアンテナミラーによって収集され、狭いビームで送信されます。 低周波波用にそのようなアンテナを構築することは不可能です。その寸法が大きすぎるためです（ミラーの直径は波長よりもはるかに大きくなければなりません）。 波の指向性放射の可能性により、通信システムの効率を高めることが可能になります。
これは、ビームが狭いと側面でのエネルギー散逸が少なくなるという事実によるものです。
これにより、出力の低い送信機を使用して所定の通信範囲を達成できるようになります。 指向性放射により、ビーム範囲内にない他の通信システムとの干渉が少なくなります。
電波受信も指向性放射を利用できます。 たとえば、衛星送信機の放射を受信センサーが設置されている点に集中させるパラボラ衛星アンテナについては多くの人がよく知っています。 電波天文学における指向性受信アンテナの使用により、多くの基本的な科学的発見が可能になりました。 高周波電波を集束させる能力により、レーダー、無線中継通信、衛星放送、無線データ伝送などで広く使用されています。
パラボラ指向性アンテナ。 
波長が短くなるにつれて、大気中での減衰と吸収が増加することに注意してください。 特に、1 cm より短い電波の伝播は、霧、雨、雲などの現象の影響を受け始め、通信範囲を大幅に制限する深刻な干渉となる可能性があります。
電波には異なる伝播特性があり、この範囲の各部分がその利点を最大限に活用できる場所で使用されることがわかりました。
無線周波数範囲と無線通信でのその使用
2.1 無線伝播の基礎
無線通信は、電磁波 (電波) を使用して、距離を超えて情報を確実に送信します。
電波– これらは、光の速度 (300,000 km/秒) で空間を伝播する電磁振動です。 ところで、光も電磁波に属し、非常によく似た性質（反射、屈折、減衰など）が決まります。
電波は、電磁発振器によって放出されるエネルギーを空間に運びます。 そしてそれらは、電場が変化するとき、たとえば、交流電流が導体を通過するとき、または火花が空間を飛び越えるとき、つまり、 急速に連続する一連の電流パルス。
米。 2.1 電磁波の構造
電磁放射は、伝達されるエネルギーの周波数、波長、パワーによって特徴付けられます。 電磁波の周波数は、エミッター内で電流の方向が 1 秒間に何回変化するかを示します。したがって、空間内の各点での電場と磁場の大きさが 1 秒間に何回変化するかを示します。
周波数はヘルツ (Hz) で測定されます。ヘルツ (Hz) は、ドイツの偉大な科学者ハインリヒ ルドルフ ヘルツにちなんで名付けられた単位です。 1Hz は 1 秒あたり 1 回の振動、1 メガヘルツ (MHz) は 1 秒あたり 100 万回の振動です。 電磁波の速度が光の速度と等しいことがわかっているので、電場 (または磁場) が同じ位相にある空間内の点間の距離を決定できます。 この距離は波長と呼ばれます。
波長 (メートル単位) は次の式を使用して計算されます。
、またはおよそ
ここで、f は電磁放射の周波数 (MHz) です。
この式から、例えば周波数1MHzは波長約300mに相当し、周波数が高くなると波長は短くなり、周波数が低くなると波長は長くなります。
電磁波は空気や宇宙空間（真空）を自由に伝わります。 しかし、金属線、アンテナ、またはその他の導電体が波の経路上で接触すると、それらはそのエネルギーをそれに放棄し、それによってこの導体に交流電流が発生します。 しかし、波のエネルギーのすべてが導体に吸収されるわけではなく、その一部は表面から反射されます。 ちなみに、これがレーダーにおける電磁波の利用の根拠です。
電磁波 (他の波と同様) のもう 1 つの有用な特性は、その経路内で物体の周囲を曲がる能力です。 しかし、これは物体の寸法が波長より小さいか、それに匹敵する場合にのみ可能です。 たとえば、航空機を検出するには、ロケーター電波の長さがその幾何学的寸法より短くなければなりません (10 m 未満)。 体が波長より長い場合、それを反射することができます。 ただし、反映されない可能性があります。「ステルス」を思い出してください。
電磁波によって運ばれるエネルギーは、発生器（エミッター）の出力とそこまでの距離、つまり、 単位面積あたりのエネルギー流は放射パワーに正比例し、エミッターまでの距離の二乗に反比例します。 これは、通信範囲が送信機の出力に依存しますが、それよりもはるかに大きな範囲は送信機までの距離に依存することを意味します。
たとえば、太陽から地表への電磁放射線のエネルギーの流れは 1 平方メートルあたり 1 キロワットに達しますが、中波放送ラジオ局のエネルギー フローは 1 平方メートルあたりわずか 1,000 分の 1、さらには 100 万分の 1 です。
2.2 無線周波数スペクトルの割り当て
無線工学で使用される電波（無線周波数）は、10,000 m（30 kHz）から 0.1 mm（3,000 GHz）のスペクトルを占めます。 これは電磁波の広大なスペクトルの一部にすぎません。 電波（長さは減少）の後に、熱線または赤外線が続きます。 その後、可視光波の狭い部分が続き、次に紫外線、X 線、ガンマ線のスペクトルが続きます。これらはすべて同じ性質の電磁振動であり、波長、したがって周波数が異なるだけです。
スペクトル全体は領域に分割されますが、それらの間の境界は暫定的に概説されています。 領域は継続的に相互に続き、相互に移行し、場合によっては重複します。
しかし、これらの範囲は非常に広範囲であり、さらに、いわゆる放送およびテレビの範囲、陸上および航空、宇宙および海上の通信、データ伝送および医療、レーダーおよび無線ナビゲーションなどの範囲を含むセクションに分割されています。 。 各無線サービスには、スペクトルの独自のセクションまたは固定周波数が割り当てられます。 実際には、無線通信の目的では、10 kHz ～ 100 GHz の周波数範囲の発振が使用されます。 通信に特定の周波数範囲を使用するかどうかは、多くの要因、特にさまざまな範囲の電波の伝播条件、必要な通信範囲、選択した周波数範囲での送信電力値の実現可能性などによって決まります。
国際協定によれば、無線通信で使用される電波の全スペクトルは範囲に分割されています (表 1)。
表1
| いいえ。 | 範囲名 | 範囲制限 | |||
| 波 | 廃止された用語 | 周波数 | 電波 | 周波数 | |
| 1 | DKMGMVデカメガメーター | 超低周波 (ELF) | 100.000-10.000km | 3～30Hz | |
| 2 | MGMVMメガメーター | 超低周波 (ELF) | 10.000～1.000km | 30～3.000Hz | |
| 3 | GCMMVヘクタキロメーター | インフラ低周波 (ILF) | 1.000～100km | 0.3～3kHz | |
| 4 | MRMVMミリメーター | 追加 | 超低周波 (VLF) VLF | 100～10km | 3～30kHz |
| 5 | KMVキロメートル | 極東 | 低周波（LF） LF | 10～1km | 30～300kHz |
| 6 | GCMVヘクタメートル | 北東 | 中周波 (MF) VF | 1000～100m | 0.3～3MHz |
| 7 | DKMVデカメートル | HF | 高周波 (HF) HF | 100～10m | 3～30MHz |
| 8 | MVメーター | VHF | 超短波 (VHF) VHF | 10～1m | 30～300MHz |
| 9 | DCMVデシメートル | VHF | 超短波 (UHF) UHF | 10-1DM | 0.3～3GHz |
| 10 | SMVセンチメートル | VHF | 超短波（マイクロ波）SHF | 10～1cm | 3～30GHz |
| 11 | MMMミリメートル | VHF | 超高周波 (EHF) EHF | 10～1mm | 30～300GHz |
| 12 | DCMMMVデシミリー- メーター サブミリ- メーター |
SUMMV | 超高周波 (HHF) | 1～0.1mm | 0.3～3THz |
| 13 | ライト | < 0,1 мм | > 3 テラヘルツ | ||
米。 2.2 異なるサービス間のスペクトル割り当ての例。
電波はアンテナから空間に放射され、電磁界エネルギーとして伝播します。 また、電波の性質は同じですが、その伝播能力は波長に大きく依存します。
地球は電波にとって電気の導体です（ただし、あまり良い導体ではありません）。 地表を通過すると電波は徐々に弱まっていきます。 これは、電磁波が地表で電流を励起し、エネルギーの一部を消費するためです。 それらの。 エネルギーは地球に吸収され、多ければ多いほど波長が短くなります（周波数が高くなります）。
さらに、放射は空間の全方向に伝播するため、波のエネルギーは弱くなり、したがって、受信機が送信機から遠ざかるほど、単位面積当たりのエネルギーの低下が少なくなり、アンテナに入るエネルギーも少なくなります。
長波放送局からの送信は数千キロメートル離れた場所でも受信でき、信号レベルはジャンプすることなく滑らかに減少します。 中波放送局は数千キロメートルの範囲内で聞くことができます。 短波の場合、そのエネルギーは送信機から離れるにつれて急激に減少します。 これは、無線開発の黎明期には主に 1 ～ 30 km の電波が通信に使用されていたという事実を説明しています。 一般に、100メートル未満の電波は長距離通信には不向きと考えられていました。
しかし、短波と超短波のさらなる研究により、それらが地表近くを伝わると急速に減衰することが示されました。 放射が上に向けられると、短い波が戻ってきます。
1902 年に遡ると、英国の数学者オリバー ヘビサイドと米国の電気技師アーサー エドウィン ケネリーは、地球上にイオン化した空気の層、つまり電磁波を反射する天然の鏡があるとほぼ同時に予測しました。 このレイヤーの名前は 電離層。
地球の電離層は、電波の伝播範囲を見通しを超える距離まで広げることを可能にしたはずです。 この仮定は 1923 年に実験的に証明されました。 RF パルスは垂直上向きに送信され、戻ってきた信号が受信されました。 パルスの送信と受信の間の時間を測定することで、反射層の高さと数を決定することができました。
2.3 電波の伝播に対する大気の影響
電波の伝播の性質は、波長、地球の曲率、土壌、大気の組成、時刻、時刻、電離層の状態、地球の磁場、気象条件によって異なります。
電波の伝播に大きな影響を与える大気の構造を考えてみましょう。 一日の時間や一年の時間によって、水分量と空気密度は変化します。
地球の表面を取り囲む空気は、高度約 1000 ～ 2000 km の大気を形成しています。 地球の大気の組成は不均一です。
米。 2.3 大気の構造。
高度約 100 ～ 130 km までの大気の層は、組成が均一です。 これらの層には、(体積比で) 78% の窒素と 21% の酸素を含む空気が含まれています。 厚さ10〜15 kmの大気の下層（図2.3）はと呼ばれます 対流圏。 この層には水蒸気が含まれており、その含有量は気象条件の変化に応じて急激に変動します。
対流圏は徐々に変わります 成層圏。 境界とは、温度の低下が止まる高さです。
地球上空約 60 km 以上の高度では、太陽光線と宇宙線の影響を受けて、大気中で空気のイオン化が発生し、原子の一部が自由に崩壊します。 電子そして イオン。 大気の上層では、ガスが非常に希薄であるため（単位体積あたりの分子数が少ない）、イオン化は重要ではありません。 太陽光線が大気のより密度の高い層に浸透すると、イオン化の度合いが増加します。 地球に近づくにつれて太陽光線のエネルギーは減少し、電離度は再び減少します。 さらに、大気の下層では、密度が高いため、マイナス電荷は長時間存在できません。 中性分子の回復プロセスが発生します。
地球から60〜80km以上の高度の希薄大気中での電離は長期間持続します。 これらの高度では、大気は非常に希薄であり、自由電子と自由イオンの密度が非常に低いため、衝突、つまり中性原子の回復は比較的まれに発生します。
大気の上層は電離層と呼ばれます。 イオン化した空気は電波の伝播に大きな影響を与えます。
日中、4つの通常の層またはイオン化最大値が形成されます - 層 D, E, F 1と F 2. F 2 層はイオン化が最も大きくなります (単位体積あたりの自由電子の数が最も多くなります)。
日没後、電離放射線は急激に減少します。 中性の分子や原子が減少し、イオン化度が低下します。 夜になると層が完全に消えてしまいます Dそして F 2、層イオン化 Eが大幅に減少し、層が F 2 は、ある程度の減衰を伴いながらイオン化を保持します。
米。 2.4 周波数と時刻に対する電波伝播の依存性。
電離層の高さは太陽光の強さに応じて常に変化します。 日中はイオン化層の高さは低くなり、夜間は高くなります。 私たちの緯度では、夏には電離層の電子濃度が冬よりも高くなります（層を除く）。 F 2)。 電離の程度は、黒点の数によって決まる太陽活動のレベルにも依存します。 太陽活動の周期は約11年です。
極緯度では、いわゆる電離層擾乱に関連する不規則な電離プロセスが観察されます。
電波が受信アンテナに到達する経路はいくつかあります。 すでに述べたように、地球の表面を伝播し、回折現象によりその周囲で曲がる電波は、表面波または地上波と呼ばれます（方向 1、図 2.5）。 方向 2 と方向 3 に伝播する波を次のように呼びます。 空間的な。 電離層と対流圏に分けられます。 後者は VHF 範囲でのみ観察されます。 電離層電離層によって反射または散乱された波と呼ばれます。 対流圏– 対流圏の不均一な層または「粒子」によって反射または散乱される波。
米。 2.5 電波伝播の経路。
表面波図に示すように、その前面の付け根は地球に接しています。 2.6. この波は点源を持ち、波の水平成分が地球に吸収されるため、常に垂直偏波になります。 波長で表すと、光源から十分な距離がある場合、波面のどの部分も平面波になります。
地球には能動的抵抗があるため、地球の表面はそれに沿って伝播する表面波のエネルギーの一部を吸収します。
米。 2.6 表面波の伝播。
波が短いほど、つまり 周波数が高くなるほど、地球に誘導される電流が大きくなり、損失も大きくなります。 土壌の導電率が高くなるほど、地球に浸透する波が少なくなるため、土壌の損失は土壌の導電率が増加するにつれて減少します。 地球でも誘電損失が発生しますが、これも波長が短くなるにつれて増加します。
1 MHz を超える周波数では、表面波は地球による吸収により実際に大きく減衰するため、局地的な受信範囲を除いて使用されません。 テレビの周波数では、減衰が非常に大きいため、送信機から 1 ～ 2 km 以内の距離で表面波を使用できます。
長距離の通信は主に空間波によって行われます。
屈折、つまり波が地球に戻るには、波は地球の表面に対して特定の角度で放射されなければなりません。 特定の周波数の電波が地球に戻ってくる最大の放射角をいいます。 臨界角特定のイオン化層の場合 (図 2.7)。 
米。 2.7 空間波の通過に対する放射角の影響。
各イオン化層には独自の層があります 臨界周波数そして 臨界角.
図では、 2.7 は、層によって屈折しやすいビームを示しています。 Eこれは、ビームがこの層の臨界角よりも低い角度で入射するためです。 ビーム3がエリアを通過 E、しかし層として地球に戻ります F 2 臨界層角度よりも低い角度で進入するため F 2. ビーム 4 も層を通過します E。 レイヤーに入ります F臨界角2で地球に帰還します。 レイ 5 は両方のエリアを通過し、宇宙で失われてしまいます。
図に示されているすべての光線。 2.7、同じ周波数を参照してください。 より低い周波数が使用される場合、両方の領域でより大きな臨界角が必要になります。 逆に、周波数が増加すると、両方の領域の臨界角が小さくなります。 周波数を上げ続けると、送信機から地球に平行に伝播する波がどの領域でも臨界角を超える時点が来ます。 この状態は約 30 MHz の周波数で発生します。 この周波数を超えると、空間波通信の信頼性が低くなります。
したがって、各臨界周波数には独自の臨界角があり、逆に、各臨界角には独自の臨界周波数があります。 したがって、臨界周波数以下の空間波は、送信機から一定の距離で地球に戻ってきます。
図では、 2.7 光線 2 は臨界角で層 E に当たります。 反射波が地球に当たる場所に注意してください (臨界角を超えると信号が失われます)。 電離層に到達した空間波はそこで反射され、送信機から遠く離れた地球に戻ってきます。 送信機から一定の距離がある場合、送信機の出力と波長に応じて、表面波を受信することができます。 表面波の受信が終わったところから、 サイレンスゾーンそして反射された空間波が現れるところで終わります。 サイレンス ゾーンには明確な境界がありません。
米。 2.8 表面波と空間波の受信ゾーン。
周波数が増加するにつれて、値は デッドゾーン臨界角の減少により増加します。 特定の時間帯や季節に、送信機から一定の距離にいる通信相手と通信するには、次のような方法があります。 最大許容周波数、空間波通信に使用できます。 各電離層領域には、通信に許容される独自の最大周波数があります。
電離層内の短波、特に超短波は、エネルギーのわずかな部分を失います。 周波数が高くなるほど、電子が振動中に移動する距離は短くなり、その結果、分子との衝突回数が減少します。つまり、波エネルギーの損失が減少します。
より低い電離層では、圧力の増加はガス密度の高さを示し、ガス密度が高くなると粒子衝突の確率が増加するため、損失が大きくなります。
長波は、90°に近い角度を含むあらゆる仰角で、電子濃度が最も低い電離層の下層から反射されます。 平均的な水分の土壌は長波の伝導体に近いため、地球からよく反射されます。 電離層と地球からの複数の反射は、長波の長距離伝播を説明します。
長波の伝播季節や気象条件、太陽活動の周期や電離層の擾乱には依存しません。 長波は電離層から反射されると大きく吸収されます。 長距離通信には高出力送信機が必要となるのはこのためです。
中波電離層と低および中程度の導電率の土壌に顕著に吸収されます。 日中は、空の波（300 m 以上）は電離層でほぼ完全に吸収されるため、表面波のみが観察されます。 全反射の場合、中波は、電子の濃度は低いものの、空気密度がかなり高い電離層の下層をある程度の距離を伝わる必要があります。
夜間には、D層の消失により電離層での吸収が減少し、その結果、約1kWの送信電力で1500〜2000kmの距離で空波を使用した通信を維持することが可能になります。 冬は夏に比べて通信状況が若干良くなります。
中波の利点電離層の擾乱の影響を受けないということです。
国際協定によれば、遭難信号（SOS信号）は長さ約600メートルの波で送信される。
短波および中波での空間波通信の良い面は、低い送信電力で長距離通信が可能であることです。 しかし 空間波通信と 重大な欠点。
まず最初に、日中および年間における大気の電離層の高さの変化による通信の不安定性。 1日に同じポイントとの接触を維持するには、波長を2〜3回変更する必要があります。 大気の状態の変化により、通信がしばらくの間完全に中断されることがよくあります。
第二に、サイレンスゾーンの存在。
25m未満の波日中によく伝わるため、「日中波」に分類されます。 「夜間波」とは、長さが40mを超える波のことで、夜間によく伝わる波です。
短波の伝播条件は電離層Fgの状態によって決まります。 この層の電子濃度は、太陽放射の不均一性によってしばしば乱れ、電離層擾乱や磁気嵐を引き起こします。 その結果、短い電波のエネルギーが大幅に吸収され、無線通信が劣化し、場合によってはまったく通信できなくなることもあります。 電離層の擾乱は、極に近い緯度で特に頻繁に観察されます。 したがって、そこでの短波通信は信頼できません。
最も注目すべき 電離層擾乱 独自の周期性を持ち、繰り返します。 27日(太陽がその軸の周りを公転する時間)。
短波範囲では、産業、大気、相互干渉の影響を強く受けます。
最適な通信周波数 短い波でラジオ予報に基づいて選択されます。 長期そして 短期。 長期予報は、特定の期間 (月、季節、年など) にわたる電離層の予想される平均的な状態を示します。一方、短期予報は 1 日、5 日間についてまとめられ、電離層がその状態から逸脱する可能性を特徴づけます。平均的な状態。 予報は、電離層や太陽活動、地磁気の状態などを系統的に観測し、グラフとしてまとめられます。
超短波（VHF）は電離層から反射されず、電離層を自由に通過します。つまり、これらの波には空間電離層波がありません。 無線通信が可能な表面超短波には、地表や大きな障害物を避けて曲がらないこと、土壌に強く吸収されること、という2つの大きな欠点があります。
超短波は、短い無線距離が必要な場合に広く使用されています (通常、通信は見通し内に限定されます)。 この場合、通信は対流圏空間波により行われる。 それは通常、直接ビームと地球から反射されたビームの 2 つの成分で構成されます (図 2.9)。
米。 2.9 空間波の直接光線と反射光線。
アンテナが十分に近い場合、通常は両方のビームが受信アンテナに到達しますが、その強度は異なります。 地球から反射されるビームは、地球からの反射中に損失が発生するため、より弱くなります。 直接ビームは、自由空間の波とほぼ同じ減衰を持ちます。 受信アンテナでは、信号の合計はこれら 2 つの成分のベクトル和に等しくなります。
受信アンテナと送信アンテナは通常同じ高さであるため、反射ビームの経路長は直接ビームとはわずかに異なります。 反射波は 180°の位相シフトを持ちます。 したがって、反射中の地球での損失を無視すると、2 つのビームが同じ距離を移動する場合、それらのベクトルの合計はゼロになり、その結果、受信アンテナには信号が存在しなくなります。
実際には、反射ビームはもう少し長い距離を移動するため、受信アンテナの位相差は約 180°になります。 位相差は、線形単位ではなく波長比の経路差によって定義されます。 言い換えれば、これらの条件下で受信される信号全体は、主に使用される周波数に依存します。 たとえば、動作波長が 360 m で経路差が 2 m の場合、位相シフトは 180° から 2° だけ異なります。 その結果、受信アンテナには信号がほぼ完全になくなります。 波長が 4 メートルの場合、同じ 2 メートルの光路差により 180 度の位相差が生じ、反射の 180 度の位相シフトが完全に打ち消されます。 この場合、信号の電圧は 2 倍になります。
このことから、低周波数では空間波の使用は通信にとって重要ではないことがわかります。 スカイウェーブが広く使用されるのは、経路差が使用される波長に比例する高周波数の場合のみです。
航空機が空中および地球と通信する場合、VHF 送信機の範囲は大幅に増加します。
に VHFの利点小型アンテナを使用する可能性を考慮する必要があります。 さらに、多数の無線局が相互干渉することなく VHF 範囲で同時に運用できます。 10 から 1 m の波の範囲では、短、中、長の波の範囲を合わせた場合よりも多くの同時に動作するステーションを配置することが可能です。
VHF で動作する中継回線が普及しています。 遠く離れた 2 つの通信ポイントの間に、複数の VHF トランシーバーが互いの見通し内に設置されています。 中間駅は自動運転となります。 中継線を構成することで、VHF での通信範囲を広げ、マルチチャネル通信 (複数の電話や電信の送信を同時に行う) を実現できます。
現在、長距離無線通信における VHF 範囲の使用に大きな注目が集まっています。
最も広く使用されているのは、20 ～ 80 MHz の範囲で動作し、電離層散乱現象を利用した通信回線です。 電離層を介した無線通信は 30 MHz 以下の周波数 (波長 10 m 以上) でのみ可能であると考えられていましたが、この範囲は完全に負荷がかかっており、チャネル数をこれ以上増やすことは不可能であるため、無線通信への関心は高まっています。電波の散乱伝播は非常に理解できます。
この現象は、超短波放射のエネルギーの一部が電離層に存在する不均一性によって散乱されるという事実にあります。 これらの不均一性は、異なる温度と湿度の層の気流、さまよう荷電粒子、隕石の尾のイオン化生成物、およびその他のまだよく理解されていない原因によって引き起こされます。 対流圏は常に不均一であるため、電波の散乱屈折が体系的に存在します。
電波の散乱伝播は、暗い夜のスポットライトの光の散乱に似ています。 光線が強力であればあるほど、より多くの拡散光が生成されます。
勉強するとき 長距離超短波では、信号の可聴性が短期間に急激に増加する現象が注目されました。 このようなランダムな性質のバーストは、数ミリ秒から数秒続きます。 ただし、実際には、数秒を超える中断はほとんどありませんが、一日中観察されます。 可聴性が増加する瞬間の出現は、主に高度約 100 km で燃えている隕石のイオン化層からの電波の反射によって説明されます。 これらの隕石の直径は数ミリメートルを超えず、その痕跡は数キロメートルに及びます。
から 隕石跡周波数 50 ～ 30 MHz (6 ～ 10 m) の電波はよく反射されます。
毎日、数十億個のこれらの隕石が地球の大気中に飛来し、高密度の空気イオン化によるイオン化の痕跡を残します。 これにより、比較的低電力の送信機を使用する場合でも、長距離無線リンクの信頼性の高い動作を得ることが可能になります。 このような路線の駅に不可欠な部分は、メモリ要素を備えた補助直接印刷装置です。
各隕石の軌跡は数秒しか続かないため、送信は自動的に短いバーストで実行されます。
現在、人工地球衛星を利用した通信やテレビ放送が広く普及しています。
したがって、電波伝播のメカニズムに従って、無線通信回線は次のように分類できます。
電波が地表に沿って伝播し、その周囲で曲がる過程（いわゆる 地上のまたは表面波）;
見通し内での電波の伝播プロセス ( 真っ直ぐ波）;
電離層からの電波の反射（ 電離層波）;
対流圏における電波の伝播過程（ 対流圏波）;
流星跡からの電波の反射。
人工地球衛星からの反射または中継。
人工的に作成されたガスプラズマの形成または人工的に作成された導電性表面からの反射。
2.4 さまざまな範囲の電波伝播の特徴
送信機と通信相手の無線受信機の間の空間における電波の伝播条件は、地表の有限の導電率と地球上の環境の特性によって影響されます。 この影響は、波長範囲 (周波数) によって異なります。
ミリアメーターそして キロメートル 波 (追加そして 極東）は、地上のものと電離層の両方として伝播する可能性があります。 数百キロメートル、さらには数千キロメートルにわたって伝播する地球波の存在は、地球や水面によるエネルギーの吸収が小さいため、これらの波の場の強度が距離とともに非常にゆっくりと減少するという事実によって説明されます。 電波が長く、土壌の導電率が高いほど、より長距離の無線通信が可能になります。
砂質、乾燥した土壌、岩は電磁エネルギーを大幅に吸収します。 回折現象によって伝播するとき、それらは凸面の地球の表面や、途中で遭遇する森林、山、丘などの障害物の周りで曲がります。 送信機から 300 ～ 400 km の距離から始まり、電離層の下部領域 (層 D または E から) から反射される電離層波が現れます。 日中は、D層の存在により、電磁エネルギーの吸収がより顕著になります。 夜間はこの層がなくなることで通信範囲が広がります。 したがって、一般に、夜間の長波の通過は日中よりも良好です。 LW と LW でのグローバル通信は、電離層と地表によって形成される球状の導波路内を伝播する電波によって行われます。
VLF バンドと LW バンドの利点:
VLF および DV 範囲の電波は水柱に浸透し、一部の土壌構造内にも伝播する特性があります。
地球の球状導波路内を伝播する波により、通信は数千キロメートルにわたって提供されます。
通信範囲は電離層の擾乱にほとんど依存しません。
これらの範囲の電波の良好な回折特性により、地上波を使用して数百キロメートル、さらには数千キロメートルにわたる通信を提供することが可能になります。
無線リンク パラメータが一定であるため、受信ポイントでの信号レベルが安定します。
欠陥SDV-、DV、- 範囲:
考慮された範囲セクションでの波の効果的な放射は、寸法が波長に見合った非常にかさばるアンテナデバイスの助けを借りてのみ達成できます。 このサイズのアンテナ装置を限られた時間内に（軍事目的で）建設および修復することは困難です。
実際のアンテナの寸法は波長よりも小さいため、効率の低下は送信電力を数百 kW 以上に増やすことで補償されます。
この範囲で大きな電力で共振システムを作成すると、出力段、つまり送信機のサイズが大きくなり、別の周波数に素早く同調することが困難になります。
VLF および LW 帯域の無線局に電力を供給するには、大きな発電所の容量が必要です。
VLF 帯域と LW 帯域の重大な欠点は、周波数容量が小さいことです。
かなり高レベルの産業および大気の干渉。
受信点における信号レベルの時刻依存性。
VLFおよびDV範囲の電波の実用化領域：
水中の物体との通信。
グローバルバックボーンおよびアンダーグラウンド通信。
無線ビーコンのほか、長距離航空や海軍の通信にも使用されます。
ヘクトメートル波(ネブラスカ州)表面波と空間波によって伝播する可能性があります。 さらに、表面波のエネルギーは長波よりも土壌に吸収されるため、通信距離は短くなります（1000〜1500 kmを超えません）。 電離層に到達する波は層によって集中的に吸収されます D存在するが、十分に階層化されている場合 E.
中波の場合、通信距離は大きく依存します から時刻。 日中は中波がとても強いです 吸収される電離層の下層では、空の波はほとんど存在しません。 ナイトレイヤー Dそしてレイヤーの一番下 E消えるので、中波の吸収が減少します。 そして空間波が重要な役割を果たし始める。 したがって、中波の重要な特徴は、日中はその通信が表面波によってサポートされ、夜間には表面波と空間波の両方によって同時にサポートされることです。
CB シリーズの利点:
夏には夜間、冬にはほとんど日中、電離層波による通信範囲は数千キロメートルに達します。
中波アンテナデバイスは非常に効果的であり、モバイル無線通信にも許容可能な寸法を備えていることが判明しました。
この範囲の周波数容量は、VLF および LW 帯域の周波数容量よりも大きくなります。
この範囲の電波の回折特性は良好です。
送信機の出力は、VLF および LW 帯域のものよりも低くなります。
電離層擾乱や磁気嵐への依存性が低い。
CBレンジのデメリット:
強力な放送ラジオ局による CB 帯域の混雑により、その広範な使用が困難になります。
範囲の周波数容量が限られているため、周波数を操作することが困難になります。
地上波でのみ可能であるため、夏の日中の NE での通信範囲は常に制限されます。
十分に高い送信電力。
高効率のアンテナ装置を使用することは困難であり、短期間での建設と修復の複雑さ。
かなり高いレベルの相互干渉と大気干渉。
マイクロ波電波の実用化分野。 中波ラジオ局は、電離層や磁気擾乱によって広く使用されている短波無線通信が失われた場合のバックアップとして、また長距離の航空や海軍において、北極地域で最もよく使用されています。
デカメートル波 (KB）特別な地位を占めています。 それらは地上波と電離層波の両方として伝播します。 地上波は、移動無線局の特徴である送信出力が比較的低く、地面での吸収が大きく、周波数が高くなるほど吸収が大きくなるため、数十キロメートルを超えない距離を伝播します。
電離層からの単一または複数の反射により、良好な条件下では、電離層波は長距離にわたって伝播する可能性があります。 それらの主な特性は、電離層の下部領域 (層) によって弱く吸収されることです。 Dそして E）、その上部領域（主に層）でよく反射されます。 F2 。 地球上空 300 ～ 500 km の高度に位置します）。 これにより、比較的低出力の無線局を使用して、無制限の距離にわたる直接通信が可能になります。
電離層波によるKB無線通信の品質は、信号フェージングにより大幅に低下します。 フェージングの性質は主に、受信場所に到着する複数の光線の干渉によって引き起こされ、その位相は電離層の状態の変化により常に変化します。
信号受信場所に複数の光線が到達する理由としては、次のことが考えられます。
光線が受ける角度での電離層の照射
電離層と地球からの異なる数の反射が受信点に集まります。
地球の磁場の影響下で起こる複屈折現象。これにより、電離層の異なる層から反射した 2 つの光線 (常光線と異常光線) が同じ受信点に到達します。
電離層の不均質性により、そのさまざまな領域からの波の拡散反射が引き起こされます。 多くの素線のビームの反射に。
フェージングは、電離層から反射されるときの波の偏波変動によっても発生する可能性があり、受信サイトでの電場の垂直成分と水平成分の比率の変化につながります。 偏光フェージングは干渉フェージングよりもはるかに頻度が低く、その総数の 10 ～ 15% を占めます。
フェージングの結果として受信ポイントでの信号レベルは、数十倍、さらには数百倍という広範囲にわたって変化する可能性があります。 深いフェージングの時間間隔は確率変数であり、10 分の 1 秒から数秒、場合によってはそれ以上に変化する可能性があり、高レベルから低レベルへの移行は滑らかになる場合もあれば、非常に突然になる場合もあります。 速いレベルの変化は、遅いレベルの変化と重なることがよくあります。
短波が電離層を通過する条件は年ごとに異なり、これは太陽活動のほぼ周期的な変化に関連しています。 大気を電離させる放射線源である黒点（ウルフ数）の数と面積が変化します。 最大太陽活動の繰り返し周期は 11.3±4 年です。 太陽活動が最大になる年には、最大適用周波数 (MUF) が増加し、動作周波数範囲が拡大します。
図では、 図 2.10 は、1 kW の放射電力に対する毎日の MUF と最低適用周波数 (LOF) のグラフの典型的なグループを示しています。
米。 2.10 MUF 曲線と NFC 曲線の進歩。
この日次チャートのファミリーは、特定の地理的領域に対応します。 このことから、特定の距離での通信に適用できる周波数範囲は非常に狭い可能性があることがわかります。 電離層の予測には誤差がある可能性があることを考慮する必要があるため、最大通信周波数を選択するときは、最適動作周波数 (ORF) のラインを超えないようにする必要があります。これは、最適動作周波数 (ORF) の 20 ～ 30% 低い周波数です。 MUFライン。 もちろん、これによりレンジセクションの作業幅がさらに減少します。 適用可能な最大周波数に近づくと信号レベルが低下するのは、電離層パラメータの変動性によって説明されます。
電離層の状態は変化するため、空の波と通信するには、日中の周波数を正しく選択する必要があります。
日中は 12 ～ 30 MHz の周波数を使用します。
朝夕8～12MHz、夜3～8MHz。
また、グラフからは、無線通信回線の長さが短くなるにつれて、適用できる周波数の範囲が狭くなることも明らかです（夜間に最大 500 km の距離の場合、1 ～ 2 MHz のみになる可能性があります）。
長い回線の無線通信条件は、短い回線よりも有利であることがわかります。これは、長い回線の数が少なく、それに適した周波数の範囲がはるかに広いためです。
電離層および磁気嵐は、KB 無線通信 (特に極地) の状態に重大な影響を与える可能性があります。 太陽から放出される荷電粒子の流れの影響による電離層と地球の磁場の擾乱。 これらの流れは、地磁気の高緯度地域にある主な電離層反射層 F2 を破壊することがよくあります。 磁気嵐は極地だけでなく、地球全体で発生する可能性があります。 電離層の擾乱には周期性があり、太陽の地軸の周りの公転時間 (27 日に等しい) に関連付けられています。
短波は、無音ゾーン (デッド ゾーン) の存在によって特徴付けられます。 長距離の無線通信では、表面波が減衰して届かない領域に沈黙帯（図2.8）が発生し、電離層で空波がより遠くまで反射されます。 これは、指向性の高いアンテナを使用して地平線に対して小さな角度で放射するときに発生します。
HF レンジの利点:
電離層波は、良好な条件下では電離層からの単一または複数の反射により長距離にわたって伝播する可能性があります。 それらは電離層の下部領域 (D 層と E 層) では弱く吸収され、上部領域 (主に F2 層) ではよく反射されます。
比較的低出力の無線局を使用して、無制限の距離範囲にわたる直接通信を行う機能。
HF 帯域の周波数容量は VLF、LW、SV 帯域の周波数容量よりも大幅に大きいため、多数の無線局を同時に運用することが可能になります。
デカメートル波範囲で使用されるアンテナ デバイスは、許容可能な寸法 (移動する物体に設置する場合でも) を備えており、明確に定義された指向特性を持つことができます。 導入時間が短く、安価で、損傷した場合でも簡単に修理できます。
HF レンジの欠点:
使用される周波数が、無線通信回線の長さごとに反射層のイオン化の程度によって決定される最大値（MUF）を下回る場合、電離層波による無線通信を実行できます。
通信は、電離層でのエネルギーの吸収を伴う送信機の電力と使用するアンテナの利得が、受信点で必要な電磁場の強度を提供する場合にのみ可能です。 この条件により、適用可能な周波数 (ULF) の下限が制限されます。
ブロードバンド動作モードと周波数操作を使用するには周波数容量が不十分です。
通信範囲が長い膨大な数の無線局が同時に運用されると、高レベルの相互干渉が発生します。
通信距離が長いため、敵は意図的な干渉を利用しやすくなります。
長距離での通信を確保する場合のサイレントゾーンの存在。
電離層の反射層の構造の変動、その絶え間ない外乱、およびマルチパス波の伝播によって生じる信号のフェージングにより、電離層波によるKB無線通信の品質が大幅に低下します。
HF帯電波の実用化分野
KB 無線は、リモート加入者との通信に最も広範に実用化されています。
メーター波 (VHF) には、膨大な周波数容量を持つ周波数範囲のセクションが多数含まれています。
当然のことながら、これらの領域では電波の伝播特性が大きく異なります。 VHF エネルギーは地球に強く吸収される (一般に、周波数の 2 乗に比例する) ため、地上波は非常に早く減衰します。 VHF は電離層からの正反射を特徴としていないため、通信は地上波と自由空間を伝播する波を使用して計算されます。 6〜7 m（43〜50 MHz）より短い空波は、原則として、電離層で反射されることなく電離層を通過します。
VHF の伝播は直線的に発生し、最大範囲は見通しの範囲によって制限されます。 それは次の式で決定できます。
ここで、Dmax – 見通し距離、km。
h1 – 送信アンテナの高さ、m。
h2 – 受信アンテナの高さ、m。
しかし、屈折（屈折）により、電波の伝播は曲がります。 この場合、範囲式のより正確な係数は 3.57 ではなく、4.1 ～ 4.5 になります。 この式から、VHF での通信範囲を広げるには、送信機と受信機のアンテナを高くする必要があることがわかります。
送信電力の増加は通信範囲の比例的な増加につながらないため、この範囲では低電力無線局が使用されます。 対流圏および電離層の散乱によって通信する場合、かなりの出力の送信機が必要です。
一見すると、VHFでの地上波の通信距離は非常に短いはずです。 ただし、周波数が増加すると、アンテナ デバイスの効率が増加し、それによって地球でのエネルギー損失が補償されることを考慮する必要があります。
地上波の通信範囲は波長によって異なります。 最大の範囲はメートル波、特に HF 範囲に隣接する波で達成されます。
メーター波には性質があります 回折、つまり 凹凸のある地形を曲がる能力。 メートル波での通信範囲の拡大は、対流圏の現象によって促進されます。 屈折、つまり 対流圏における屈折現象。これにより、閉じられたルートでの通信が確保されます。
メーターの波長範囲では、電波の長距離伝播がよく観察されますが、これにはさまざまな理由があります。 散発的な電離雲が形成されると、長距離伝播が発生する可能性があります ( 散在層フ）。 この層は、一年中いつでも、一日中現れる可能性があることが知られていますが、私たちの半球では、主に晩春と初夏の日中に現れます。 これらの雲の特徴は非常に高いイオン濃度であり、場合によっては VHF 範囲全体の波を反射するのに十分なほどです。 この場合、受信点に対する放射線源の位置ゾーンは、ほとんどの場合 2000 ～ 2500 km の距離にあり、場合によってはそれより近いこともあります。 Fs 層から反射される信号の強度は、ソース電力が非常に低い場合でも非常に高くなる可能性があります。
太陽活動が最も活発な年にメートル波が長距離伝播するもう 1 つの理由は、通常の F2 層である可能性があります。 この分布は、冬の間、反射点が照らされている時間帯に現れます。 電離層の下部領域での波エネルギーの吸収が最小限になるとき。 通信範囲は地球規模に達します。
メートル波の長距離伝播は、高高度での核爆発の際にも発生する可能性があります。 この場合、イオン化が増加した下部領域に加えて、上部領域（Fs 層のレベル）が現れます。 メーター波は下部領域を通過し、ある程度の吸収を受け、上部領域で反射されて地球に戻ります。 この場合にカバーされる距離は 100 ～ 2500 km の範囲です。 電界強度を反映 ニク波は周波数に依存します。最も低い周波数は下部イオン化領域で最大の吸収を受け、最も高い周波数は上部領域からの不完全な反射を経験します。
KB 波とメーター波の間の境界は、波長 10 m (30 MHz) で発生します。 電波の伝播特性は突然変化することはありません。 周波数の領域またはセクションが存在する必要があります。 過渡的な。 周波数範囲のそのようなセクションは、２０〜３０ＭＨｚのセクションである。 太陽活動が最小の数年間（活動の段階に関係なく、夜間も同様）、これらの周波数は電離層波による長距離通信には実質的に適しておらず、その使用は非常に限られています。 同時に、指定された条件下では、このセクションの波の伝播特性はメートル波の特性に非常に近くなります。 この周波数範囲がメートル波を中心とした無線通信に使用されるのは偶然ではありません。
VHF 範囲の利点:
アンテナの寸法が小さいため、顕著な指向性放射を実現でき、電波エネルギーの急速な減衰を補うことができます。
伝播条件は一般に、時刻や年の時間、太陽活動には依存しません。
通信範囲が限られているため、境界間の距離が同じ周波数の無線局の範囲の合計以上である表面領域で同じ周波数を繰り返し使用することが可能になります。
指向性の高いアンテナによる非意図的 (自然起源および人工起源) および意図的な干渉のレベルが低い。 ああ通信範囲が限られている。
巨大な周波数容量により、同時に動作する多数の局に対してノイズ耐性のある広帯域信号の使用が可能になります。
無線通信に広帯域信号を使用する場合、無線回線の周波数不安定性はδf=10 -4 で十分です。
VHF は大きなエネルギー損失を生じることなく電離層を通過できるため、数百万キロメートルもの距離を越えて宇宙無線通信を行うことが可能になりました。
高品質のラジオチャンネル。
自由空間ではエネルギー損失が非常に少ないため、比較的低出力の無線局を備えた航空機間の通信距離は数百キロメートルに達することがあります。
メートル波の長距離伝播の特性。
送信機の電力が低く、通信範囲の電力依存性が小さい。
VHF 範囲の欠点:
地上波による短距離無線通信は、実際には見通し線によって制限されます。
指向性の高いアンテナを使用する場合、複数の通信員と協力するのは困難です。
円形のアンテナを使用すると、通信範囲、偵察耐性、ノイズ耐性が低下します。
VHF電波の実用化分野 特にそれらの間の相互干渉の範囲は通常狭いため、この範囲は多数の無線局によって同時に使用されます。 地上波の伝播特性により、さまざまなタイプの移動物体間を含む戦術制御レベルでの通信に超短波が広く使用されることが保証されています。 惑星間距離を越えた通信。
各範囲の長所と短所を考慮すると、低出力無線局にとって最も許容可能な範囲はデカメートル (KB) およびメートル (VHF) の波域であると結論付けることができます。
2.5 核爆発が無線通信の状態に及ぼす影響
核爆発中、瞬間的なガンマ線は環境の原子と相互作用し、爆発の中心から主に半径方向に高速で飛行する高速電子の流れを生成し、陽イオンは実質的にその場に残ります。 したがって、宇宙ではしばらくの間、正電荷と負電荷の分離が発生し、それが電場と磁場の出現につながります。 期間が短いため、これらのフィールドは通常、 電磁パルス (エイミー）核爆発。 その存在時間は約 150 ～ 200 ミリ秒です。
電磁パルス (核爆発の5番目の被害要因）特別な保護手段がないと、制御および通信機器が損傷し、長い外部回線に接続されている電気機器の動作が中断される可能性があります。
通信、信号、制御システムは、核爆発の電磁パルスの影響を最も受けやすくなります。 地上または空中核爆発による EMR の影響の結果として、ラジオ局のアンテナに電圧が誘導され、その影響で絶縁破壊、変圧器、ワイヤの溶融、火花ギャップの故障、電子機器の損傷が発生します。真空管、半導体素子、コンデンサ、抵抗等が発生する可能性があります。
機器が EMR にさらされると、入力回路に最大の電圧が誘導されることが確認されており、トランジスタに関しては、トランジスタのゲインが高くなるほど耐電圧が低くなります。
無線機器の DC 電圧強度は 2 ～ 4 kV 未満です。 核爆発の電磁パルスの持続時間が短いことを考慮すると、保護具のない機器の極限耐電圧はより高く、約 8 ～ 10 kV であると考えられます。
テーブル内 図 1 は、核爆発時に、機器にとって危険な 10 および 50 kV を超える電圧がラジオ局のアンテナに誘導されるおおよその距離 (km 単位) を示しています。
表1
より離れた距離では、EMR の影響はそれほど遠くない雷放電の影響と同様であり、機器に損傷を与えることはありません。
特別な保護手段を使用すると、無線機器に対する電磁パルスの影響が大幅に軽減されます。
最も効果的な保護方法建物内に設置される電子機器では、導電性 (金属) スクリーンが使用されており、内部のワイヤやケーブルに誘導される電圧レベルが大幅に低下します。 雷保護手段と同様の保護手段が使用されます：排水およびロックコイルを備えた避雷器、ヒューズリンク、切り離し装置、機器を回線から自動的に切断する回路。
優れた保護手段機器の一点接地も確実に行えます。 また、無線工学機器をブロックごとに実装し、各ブロックと機器全体を保護することも効果的です。 これにより、故障したユニットをバックアップのユニットと迅速に交換することができます（最も重要な機器では、メインのユニットが損傷した場合、自動切り替えによりユニットが二重化されます）。 場合によっては、EMI から保護するためにセレン元素と安定剤を使用できます。
さらに、応用できるのは、 保護侵入装置、回路内の過剰電圧に応答するさまざまなリレーまたは電子デバイスです。 電磁パルスによってラインに誘導された電圧パルスが到着すると、デバイスの電源がオフになるか、単に動作回路が遮断されます。
保護装置を選択するときは、EMR の影響が質量特性、つまり爆発領域にあるすべての回路の保護装置が同時に作動することによって特徴付けられることを考慮する必要があります。 したがって、使用される保護回路は、電磁パルスの停止直後に回路の機能を自動的に回復する必要があります。
核爆発中にライン内で発生する電圧の影響に対する機器の耐性は、ラインの正しい動作と保護装置の保守性の注意深い監視に大きく依存します。
に 重要な動作要件 これには、機器のラインおよび入力回路の絶縁の電気強度の定期的かつタイムリーなチェック、ワイヤ接地問題のタイムリーな特定と除去、避雷器、ヒューズリンクなどの保守性の監視が含まれます。
高高度核爆発 イオン化が増加した領域の形成を伴います。 高度約 20 km までの爆発では、電離領域はまず発光領域のサイズによって制限され、次に爆発雲によって制限されます。 高度 20 ～ 60 km では、特にこの高度範囲の上限では、イオン化領域のサイズが爆発雲のサイズよりわずかに大きくなります。
高高度で核爆発が起こると、大気中にイオン化が増加した 2 つの領域が現れます。
最初のエリア 弾薬のイオン化物質と衝撃波による空気のイオン化により、爆発領域に形成されます。 このエリアの水平方向の寸法は数十メートル、数百メートルに達します。
第二エリア 空気による透過放射線の吸収の結果として、爆発の中心の下、高度 60 ～ 90 km の大気層でイオン化の増加が発生します。 透過放射線が水平方向に電離を引き起こす距離は、数百キロメートル、さらには数千キロメートルにも及びます。
高高度での核爆発中に発生する電離が増加した領域は、電波を吸収し、その伝播方向を変え、無線機器の動作に重大な混乱をもたらします。 この場合、無線通信に途絶が発生し、場合によっては完全に途絶してしまうこともあります。
高高度での核爆発の電磁パルスの有害な影響の性質は、地上および空中爆発による電磁波の有害な影響の性質と基本的に似ています。
高高度爆発による電磁パルスの有害な影響から保護するための対策は、地上および空中爆発による EMP に対する対策と同じです。
2.5.1 電離放射線および電磁放射線からの保護
高高度核爆発 (HEA)
RS 干渉は、短期間 (10 ～ 8 秒) の強力な電磁パルスの放出や大気の電気的特性の変化を伴う核兵器の爆発の結果として発生することがあります。
EMP (ラジオフラッシュ) が発生する:
まず最初に 爆発による電離放射線の影響下で形成された放電雲の非対称的な拡大の結果として。
第二に 爆発生成物から形成された導電性の高いガス（プラズマ）が急速に膨張するためです。
宇宙で爆発が起こると、高度に電離した球体である火の玉が生成されます。 この球は地表上で急速に（時速約100〜120 kmの速度で）膨張し、偽の形状の球に変形し、球の厚さは16〜20 kmに達します。 球内の電子濃度は最大 105 ～ 106 電子/cm3 に達する可能性があり、これは電離層内の通常の電子濃度の 100 ～ 1000 倍です。 D.
高度 30 km を超える高高度核爆発 (HAE) は、長期間にわたって広範囲にわたる大気の電気的特性に重大な影響を及ぼし、そのため電波の伝播に大きな影響を与えます。
さらに、IJV 中に発生する強力な電磁パルスにより、有線通信回線に高電圧 (最大 10,000 ～ 50,000 V) と最大数千アンペアの電流が誘導されます。
EMR の出力は非常に大きいため、そのエネルギーは地表の厚さ 30 m まで浸透し、爆発の震源から半径 50 ～ 200 km 以内に EMF を誘発するのに十分です。
しかし、INVの主な影響は、爆発によって放出された膨大な量のエネルギーと、中性子線、X線、紫外線、ガンマ線の強力な束が大気中に高度に電離した領域を形成し、電離層内の電子密度が低下し、電波の吸収や制御システムの安定性の破壊につながります。
2.5.2 IJVの特徴的な兆候
特定のエリア内またはその近くで IJV が行われると、HF 波長範囲の遠方局の受信が即時に停止されます。
接続が切れた瞬間、電話機内で「カチッ」という短い音が聞こえ、その後受信機自身のノイズと雷放電のような弱いパチパチ音だけが聞こえます。
HF での通信が途絶えてから数分後、VHF のメーター波長範囲における遠方の局からの干渉が急激に増加します。
レーダーの到達距離と座標測定の精度が低下します。
電子的手段の保護の基礎は、周波数範囲と INV の使用の結果生じるすべての要因を正しく使用することです。
2.5.3 基本的な定義:
反射した電波 (反射波 ) – 2 つの媒体間の界面または媒体の不均一性からの反射後に伝播する電波。
直接電波 (直線波 ) – 発信源から受信場所に直接伝播する電波。
地球の電波 (地球の波 ) – 地表近くを伝播する電波で、直接波、地表からの反射波、表面波が含まれます。
電離層電波 (空の波 ) – 電離層からの反射または電離層での散乱の結果として伝播する電波。
電波吸収 (吸収 ) – 環境との相互作用の結果、電波の一部が熱エネルギーに変換されることによる電波のエネルギーの減少。
電波のマルチパス伝播 (マルチパス伝播 ) – いくつかの軌道に沿った送信アンテナから受信アンテナまでの電波の伝播。
有効層反射高さ (有効高度 ) は、垂直サウンディング中の電離層反射波の送信と受信の間の時間によって決定される、電波の高さと長さにわたる電子濃度の分布に依存する、電離層からの電波の反射の仮想の高さです。経路全体に沿った電波の伝播速度が真空中の光の速度に等しいという仮定の下で。
電離層ジャンプ (飛躍する ) – 地球の表面上のある点から別の点への電波伝播の軌跡。その経路には電離層からの 1 回の反射が伴います。
最大適用周波数 (ムーア) – 特定の条件下で、特定の時刻に特定の地点間で電波が電離層伝播する電波放射の最高周波数。これは電離層から依然として反射される周波数です。
最適な動作周波数 (オーク) – 特定の地球物理的条件下で安定した無線通信が実行できる IF 未満の無線放射の周波数。 一般に、ORF は MUF より 15% 低くなります。
垂直電離層観測 (垂直方向の響き ) – 発信点と受信点が組み合わされている場合に、地表に対して垂直上向きに放射される無線信号を使用した電離層サウンディング。
電離層擾乱 – 大気の層における電離分布の乱れ。これは通常、特定の地理的条件における平均電離特性の変化を超えます。
電離層嵐 – 高強度の長期にわたる電離層擾乱。
