W podręcznikach fizyki podawane są zawiłe formuły na temat zasięgu fal radiowych, które czasami nie są w pełni rozumiane nawet przez osoby ze specjalnym wykształceniem i doświadczeniem zawodowym. W artykule postaramy się zrozumieć istotę bez uciekania się do trudności. Pierwszą osobą, która odkryła fale radiowe, był Nikola Tesla. W swoim czasie, gdy nie było sprzętu high-tech, Tesla nie do końca rozumiał, co to za zjawisko, które później nazwał eterem. Przewodnik prądu przemiennego jest początkiem fali radiowej.
Źródła fal radiowych
Naturalne źródła fal radiowych obejmują obiekty astronomiczne i błyskawice. Sztuczny emiter fal radiowych to przewodnik elektryczny, w którym porusza się zmienny prąd elektryczny. Energia oscylacyjna generatora wysokiej częstotliwości jest rozprowadzana w otaczającej przestrzeni za pomocą anteny radiowej. Pierwszym działającym źródłem fal radiowych było:Nadajnik-odbiornik Popowa. W tym urządzeniu funkcję generatora wysokiej częstotliwości pełnił magazyn wysokiego napięcia połączony z anteną - wibrator Hertz. Sztucznie wytworzone fale radiowe są wykorzystywane w stacjonarnych i mobilnych radarach, radiofonii, łączności, satelitach komunikacyjnych, systemach nawigacyjnych i komputerowych.
Pasmo fal radiowych
Fale wykorzystywane w komunikacji radiowej mieszczą się w zakresie częstotliwości od 30 kHz do 3000 GHz. W oparciu o długość i częstotliwość fali, cechy propagacji, zakres fal radiowych jest podzielony na 10 podpasm:
- SDV - bardzo długi.
- LW - długi.
- NE - średnia.
- SW - krótki.
- UKF - ultrakrótki.
- MV - metry.
- UHF - decymetr.
- SMV - centymetr.
- MMV - mm.
- SMMW - submilimetr
Zakres częstotliwości radiowych
Widmo fal radiowych jest warunkowo podzielone na sekcje. W zależności od częstotliwości i długości fali radiowej dzieli się je na 12 podpasm. Zakres częstotliwości fal radiowych jest powiązany z częstotliwością sygnału AC. Zakresy częstotliwości fal radiowych w międzynarodowych przepisach radiowych są reprezentowane przez 12 nazw:
-
propagacja fal radiowych fal radiowych, ELF - ekstremalnie niski.
- VLF - bardzo niski.
- CALE - podczerwień.
- VLF - bardzo niski.
- LF - niskie częstotliwości.
- mid - średnie częstotliwości.
- HF− wysokie częstotliwości.
- UKF - bardzo wysoki.
- UHF - bardzo wysoki.
- Kuchenka mikrofalowa - bardzo wysoka.
- EHF - ekstremalnie wysoki.
- HHF - hiper wysoka.
Wraz ze wzrostem częstotliwości fali radiowej jej długość maleje, a wraz ze spadkiem częstotliwości fali radiowej wzrasta. Propagacja zależna od jej długości jest najważniejszą właściwością fali radiowej.
Propagacja fal radiowych 300 MHz - 300 GHz nazywana jest ultra-wysokimi mikrofalami ze względu na ich dość wysoką częstotliwość. Nawet podpasma są bardzo rozległe, więc z kolei są podzielone na interwały, które obejmują określone zakresy dla transmisji telewizyjnych i radiowych, dla komunikacji morskiej i kosmicznej, naziemnej i lotniczej, dla radarów i radionawigacji, dla transmisji danych medycznych i tak dalej. na. Pomimo tego, że cały zakres fal radiowych jest podzielony na regiony, wskazane granice między nimi są warunkowe. Sekcje następują po sobie w sposób ciągły, przechodząc jedna w drugą, a czasem nakładają się na siebie.
Cechy propagacji fal radiowych
Propagacja fal radiowych to transfer energii przez zmienne pole elektromagnetyczne z jednej części przestrzeni do drugiej. W próżni fala radiowa rozchodzi się z prędkością światła. Fale radiowe mogą być trudne do rozchodzenia się w środowisku. Objawia się to zniekształceniem sygnału, zmianą kierunku propagacji oraz spowolnieniem prędkości fazowych i grupowych.
Każdy z typów falstosowane na różne sposoby. Długie są w stanie lepiej omijać przeszkody. Oznacza to, że zasięg fal radiowych może rozchodzić się wzdłuż płaszczyzny lądu i wody. Stosowanie fal długich jest szeroko rozpowszechnione w okrętach podwodnych i statkach morskich, co pozwala na kontakt w każdym miejscu na morzu. Odbiorniki wszystkich radiolatarni i stacji ratowniczych są dostrojone do długości fali sześciuset metrów z częstotliwością pięciuset kiloherców.
Propagacja fal radiowych w różnych zakresach zależy od ich częstotliwości. Im krótsza długość i wyższa częstotliwość, tym prostsza będzie droga fali. W związku z tym im mniejsza jest jego częstotliwość i im większa długość, tym lepiej jest w stanie pochylać się wokół przeszkód. Każdy zakres długości fal radiowych ma swoją własną charakterystykę propagacji, ale nie ma wyraźnej zmiany cech wyróżniających na granicy sąsiednich zakresów.
Charakterystyka propagacji
Bardzo długie i długie fale zaginają się wokół powierzchni planety, rozprzestrzeniając się promieniami powierzchniowymi na tysiące kilometrów.
Fale średnie podlegają silniejszej absorpcji, więc mogą pokonać dystans 500-1500 kilometrów. Gdy jonosfera jest gęsta w tym zakresie, możliwe jest przesłanie sygnału przez wiązkę kosmiczną, która zapewnia komunikację na odległość kilku tysięcy kilometrów.
Krótkie fale rozchodzą się tylko na krótkich dystansach z powodu absorpcji ich energii przez powierzchnię planety. Przestrzenne są w stanie wielokrotnie odbijać się od powierzchni ziemi i jonosfery, pokonywać duże odległości,przekazując informacje.
Ultra-krótkie są zdolne do przesyłania dużej ilości informacji. Fale radiowe tego zakresu przenikają przez jonosferę w kosmos, więc praktycznie nie nadają się do komunikacji naziemnej. Fale powierzchniowe o tych zakresach emitowane są w linii prostej, bez zaginania się wokół powierzchni planety.
Ogromne ilości informacji mogą być przesyłane w pasmach optycznych. Najczęściej do komunikacji wykorzystywany jest trzeci zakres fal optycznych. W atmosferze ziemskiej podlegają one tłumieniu, więc w rzeczywistości przekazują sygnał na odległość do 5 km. Jednak korzystanie z takich systemów łączności eliminuje potrzebę uzyskiwania zgody od inspektoratów telekomunikacyjnych.
Zasada modulacji
Aby przesłać informacje, fala radiowa musi być modulowana sygnałem. Nadajnik emituje fale radiowe modulowane, czyli modyfikowane. Fale krótkie, średnie i długie są modulowane amplitudowo, dlatego określa się je jako AM. Przed modulacją fala nośna porusza się ze stałą amplitudą. Modulacja amplitudy transmisji zmienia ją w amplitudzie odpowiadającej napięciu sygnału. Amplituda fali radiowej zmienia się wprost proporcjonalnie do napięcia sygnału. Fale ultrakrótkie są modulowane częstotliwościowo, dlatego nazywane są FM. Modulacja częstotliwości narzuca dodatkową częstotliwość, która przenosi informacje. Aby przesłać sygnał na odległość, musi być on modulowany sygnałem o wyższej częstotliwości. Aby otrzymać sygnał, musisz oddzielić go od fali podnośnej. Dzięki modulacji częstotliwości powstaje mniej zakłóceń, ale stacja radiowa jest wymuszonanadawane na VHF.
Czynniki wpływające na jakość i wydajność fal radiowych
Na jakość i wydajność odbioru fal radiowych ma wpływ metoda promieniowania kierunkowego. Przykładem może być antena satelitarna, która wysyła promieniowanie do lokalizacji zainstalowanego czujnika odbiorczego. Metoda ta umożliwiła znaczny postęp w dziedzinie radioastronomii i dokonała wielu odkryć w nauce. Otworzył możliwość tworzenia nadawania satelitarnego, bezprzewodowej transmisji danych i wielu innych. Okazało się, że fale radiowe są w stanie emitować Słońce, wiele planet poza naszym Układem Słonecznym, a także mgławice kosmiczne i niektóre gwiazdy. Zakłada się, że poza naszą galaktyką znajdują się obiekty o potężnych emisjach radiowych.
Zasięg fali radiowej, na propagację fal radiowych ma wpływ nie tylko promieniowanie słoneczne, ale także warunki pogodowe. Tak więc fale metrowe w rzeczywistości nie zależą od warunków pogodowych. A zasięg propagacji centymetra silnie zależy od warunków pogodowych. Wynika to z faktu, że fale krótkie są rozpraszane lub pochłaniane przez środowisko wodne podczas deszczu lub przy podwyższonym poziomie wilgotności powietrza.
Ponadto na ich jakość wpływają przeszkody na drodze. W takich momentach sygnał zanika, a słyszalność znacznie się pogarsza lub całkowicie zanika na kilka lub więcej chwil. Przykładem może być reakcja telewizora na przelatujący samolot, gdy obraz migocze i pojawiają się białe paski. Dzieje się tak z powodufakt, że fala odbija się od samolotu i przechodzi przez antenę telewizyjną. Takie zjawiska z telewizorami i nadajnikami radiowymi są bardziej prawdopodobne w miastach, ponieważ zasięg fal radiowych odbija się od budynków, wieżowców, zwiększając drogę fali.
