Каким свойством обладают радиоволны

Каким свойством обладают радиоволны thumbnail

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 сентября 2020;
проверки требуют 13 правок.

Анимированная схема излучения радиоволн

Радиово́лны — электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода[1][2]. Радиоволны в электромагнитном спектре располагаются от крайне низких частот вплоть до инфракрасного диапазона. С учётом классификации Международным союзом электросвязи[3][4] радиоволн по диапазонам, к радиоволнам относят электромагнитные волны с частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, что соответствует длине волны от 10 млн километров до 0,1 миллиметра.

В широком смысле радиоволнами являются всевозможные волновые процессы электромагнитного поля в аппаратуре (например, в волноводных устройствах, в интегральных схемах СВЧ и др.), в линиях передачи и, наконец, в природных условиях, в среде, разделяющей передающую и приёмную антенны[5].

Радиоволны, являясь электромагнитными волнами, распространяются в вакууме со скоростью света. Естественными источниками радиоволн являются вспышки молний и астрономические объекты. Искусственно созданные радиоволны используются для стационарной и подвижной радиосвязи, радиовещания, радиолокации, радионавигации, спутниковой связи, организации беспроводных компьютерных сетей и в других бесчисленных приложениях.

В зависимости от значения частоты (длины волны) радиоволны относят к тому или иному диапазону радиочастот (диапазону длин волн). Можно также вести классификацию радиоволн по способу распространения в свободном пространстве и вокруг земного шара[6].

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн[править | править код]

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне от 3 Гц до 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механическом колебании, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.

Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:

  • радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;
  • радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
  • распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдаётся разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования.

Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.

По регламенту Международного союза электросвязи радиоволны разделены на диапазоны границами от 0.3·10N Гц до 3·10N Гц шириной в одну декаду, где N — номер диапазона. Российский ГОСТ 24375−80 почти полностью повторяет эту классификацию.

NОбозн. МСЭДиапазон длин волнНазвание диапазона волнДиапазон частотНазвание диапазона частотЭнергия фотона,Применение
1ELF100 Мм — 10 МмДекамегаметровые3—30 ГцКрайне низкие (КНЧ)12,4 фэВ — 124 фэВСвязь с подводными лодками, геофизические исследования
2SLF10 Мм — 1 МмМегаметровые30—300 ГцСверхнизкие (СНЧ)124 фэВ — 1,24 пэВСвязь с подводными лодками, геофизические исследования
3ULF1000 км — 100 кмГектокилометровые300—3000 ГцИнфранизкие (ИНЧ)1,24 пэВ — 12,4 пэВСвязь с подводными лодками
4VLF100 км — 10 кмМириаметровые3—30 кГцОчень низкие (ОНЧ)12,4 пэВ — 124 пэВСлужба точного времени, радиосвязь с подводными лодками
5LF10 км — 1 кмКилометровые30—300 кГцНизкие (НЧ)124 пэВ — 1,24 нэВРадиовещание, радиосвязь земной волной, радионавигация
6MF1000 м — 100 мГектометровые300—3000 кГцСредние (СЧ)1,24 нэВ — 12,4 нэВРадиовещание и радиосвязь земной волной и ионосферная
7HF100 м — 10 мДекаметровые3—30 МГцВысокие (ВЧ)12,4 нэВ — 124 нэВРадиовещание и радиосвязь ионосферная, загоризонтная радиолокация, рации
8VHF10 м — 1 мМетровые волны30—300 МГцОчень высокие (ОВЧ)124 нэВ — 1,24 мкэВТелевидение, радиовещание, радиосвязь тропосферная и прямой волной, рации, УВЧ-терапия,
9UHF1000 мм — 100 ммДециметровые300—3000 МГцУльтравысокие (УВЧ)1,24 мкэВ — 12,4 мкэВТелевидение, радиосвязь тропосферная и прямой волной, мобильные телефоны, рации,

микроволновые печи, спутниковая навигация.

10SHF100 мм — 10 ммСантиметровые3—30 ГГцСверхвысокие (СВЧ)12,4 мкэВ — 124 мкэВРадиолокация, интернет, спутниковое телевещание, спутниковая- и радиосвязь прямой волной, беспроводные компьютерные сети.
11EHF10 мм — 1 ммМиллиметровые30—300 ГГцКрайне высокие (КВЧ)124 мкэВ — 1,24 мэВРадиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, радиолокация (метеорологическая, управление вооружением), медицина, спутниковая радиосвязь.
12THF1 мм — 0,1 ммДецимиллиметровые300—3000 ГГцГипервысокие частоты, длинноволновая область инфракрасного излучения1,24 мэВ — 12,4 мэВЭкспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами).

Классификация ГОСТ 24375−80 не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. Традиционные обозначения радиочастотных диапазонов на Западе сложились в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU.

На практике[7] под низкочастотным диапазоном часто подразумевают диапазон звуковых частот, под высокочастотным — весь радиодиапазон, от 30 кГц и выше, в том числе, диапазон ВЧ. В отечественной литературе диапазоном СВЧ в широком смысле иногда называют диапазоны УВЧ, СВЧ и КВЧ (от 0.3 до 300 ГГц), на Западе этому соответствует широко распространённый термин микроволны.

Также в отечественной учебной и научной литературе сложилась классификация диапазонов, согласно которой мириаметровые волны называют сверхдлинными волнами (СДВ), километровые — длинными волнами (ДВ), гектометровые — средними волнами (СВ), декаметровые — короткими волнами (КВ), а все остальные, с длинами волн короче 10 м, относят к ультракоротким волнам (УКВ)[8].

Классификация по способу распространения[править | править код]

Прямые волны — радиоволны, распространяющиеся в свободном пространстве от одного предмета к другому, например от одного космического аппарата к другому, в некоторых случаях, от земной станции к космическому аппарату и между атмосферными аппаратами или станциями. Для этих волн влиянием атмосферы, посторонних предметов и Земли можно пренебречь.

Земные или поверхностные — радиоволны, распространяющиеся вдоль сферической поверхности Земли и частично огибающие её вследствие явления дифракции. Способность волны огибать встречаемые препятствия и дифрагировать вокруг них, как известно, определяется соотношением между длиной волны и размерами препятствий: чем меньше длина волны, тем слабее проявляется дифракция. По этой причине волны диапазона УВЧ и более высокочастотных диапазонов очень слабо дифрагируют на поверхности земного шара и дальность их распространения в первом приближении определяется расстоянием прямой видимости (прямые волны).

Тропосферные — радиоволны диапазонов ОВЧ и УВЧ, распространяющиеся за счёт рассеяния на неоднородностях тропосферы на расстояние до 1000 км.

Ионосферные или пространственные — радиоволны длиннее 10 м, распространяющиеся вокруг земного шара на сколь угодно большие расстояния за счёт однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.

Направляемые — радиоволны, распространяющиеся в направляющих системах (радиоволноводах).

Примеры[править | править код]

Примеры выделенных радиодиапазонов[править | править код]

НазваниеПолоса частотДлины волнЭнергия фотона, эВ,
Диапазон средних волн (MW)530—1610 кГц565,65—186,21 м2,19—6,66 нэВ
Диапазон коротких волн5,9—26,1 МГц50,8—11,49 м24,4—107,9 нэВ
Гражданский диапазон26,965—27,405 МГц11,118—10,940 м111,5—113,3 нэВ
Телевизионные каналы: с 1 по 548—100 МГц6,25—3,00 м198,5—413,6 нэВ
Кабельное телевидение100—174 МГц
Телевизионные каналы: с 6 по 12174—230 МГц1,72—1,30 м719,6—951,2 нэВ
Кабельное телевидение230—855 МГц
Телевизионные каналы: с 21 по 39470—622 МГц6,38—4,82 дм1,94—2,57 мкэВ
Диапазон ультракоротких волн (UKW)62—108 МГц (кроме 76—90 МГц в Японии)1 м256,42—446,65 нэВ (кроме 314,31—372,21 нэВ)
ISM-диапазон2—4 ГГц15—7,5 см
Диапазоны военных частот1.5—80 МГц
Диапазоны частот гражданской авиации108—136 МГц
Морские и речные диапазоны300-350 МГц

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи[править | править код]

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

НазваниеПолоса частотОписание
«11-метровый», Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон27 МГцС разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт
«70 см», LPD, Low Power Device — маломощные устройства433 МГцВыделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,01 Вт
PMR, Personal Mobile Radio — персональные рации446 МГцВыделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,5 Вт

Некоторые диапазоны гражданской авиации[править | править код]

Полоса частотОписание
2182 кГцАварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY)
74,8—75,2 МГцМаркерные радиомаяки
108—117,975 МГцРадиосистемы навигации и посадки.
118—135,975 МГцУКВ-радиосвязь (командная связь).
121,5 МГцАварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY)
328,6—335,4 МГцРадиосистемы посадки (глиссадный канал)
960—1215 МГцРадионавигационные системы

Некоторые диапазоны РЛС[править | править код]

Полоса частотДлины волнОписание
3—30 МГцHF, 100—10 мРадары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
50—330 МГцVHF, 6—0,9 мОбнаружение на больших дальностях, исследования земли
1—2 ГГцL, 30—15 смНаблюдение и контроль за воздушным движением
2—4 ГГцS, 15—7,5 смУправление воздушным движением, метеорология, морские радары
12—18 ГГцKu, 2,5—1,67 смКартографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
27—40 ГГцKa, 1,11—0,75 смКартографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами

См. также[править | править код]

  • Частота
  • Излучение
  • Канал связи
  • Радиосвязь
  • Радиолокация

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Регламент радиосвязи. Статьи. — Швейцария, Женева: МСЭ, 2012. Статья 1.5.
  2. ↑ ГОСТ 24375—80 Радиосвязь. Термины и определения
  3. ↑ Рекомендация ITU-R V.431-7. Номенклатура диапазонов частот и длин волн, используемых в электросвязи
  4. ↑ Геннадиева Е. Г., Дождиков В. Г., Кульба А. В. и др. Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности / Под ред. В. Н. Саблина. М.: Диво, 2006. С. 276.
  5. ↑ В. В. Никольский, Т. И. Никольская. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. С. 467.
  6. М. П. Долуханов. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1972.
  7. Е. Г. Геннадиева, В. Г. Дождиков, А. В. Кульба, Ю. С. Лифанов, В. Н. Саблин, М. И. Салтан; под ред. В. Н. Саблина. Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности. — Москва: Диво, 2006. — С. 276. — 286 с. — ISBN 5-87012-028-4 (В пер.).
  8. Кубанов В. П. Влияние окружающей среды на распространение радиоволн. — Самара: ПГУТИ, 2013. — 92 с.

Источники[править | править код]

  • Справочник по радиоэлектронным системам. Под ред. Б. Х. Кривицкого. В 2-х тт. — М.: Энергия, 1979.
  • Закон РФ «О связи».
  • Международный Регламент радиосвязи.

Ссылки[править | править код]

  • Радиоволны и частоты. Статья.
  • Списки различных радиочастот и диапазонов
  • Соответствия частот канальных и частотных радиостанций LPD диапазона
  • ГОСТ 24375—80 Радиосвязь. Термины и определения

Источник

Радиоволны пронизывают наши тела и каждый миллиметр пространства вокруг нас. Без них невозможно представить жизнь современного человека. Радиоволны проникли в каждую сферу нашей жизни. Уже более 100 лет они являются частью нашей жизни и невозможно представать существование человека без них.

Что это такое?

Радиоволна – электромагнитное излучение, которое распространяется в пространстве с особой частотой. Слово «радио» произошло от латинского – луч. Одна из характеристик радиоволн – частота колебаний, которая измеряется в Герцах. Так она названа в честь немецкого учёного, физика Генриха Герца. Он получил электромагнитные волны и исследовал их свойства. Колебания волны и её частота связаны друг с другом. Чем выше последняя, тем короче колебания.

История

Существует теория о том, что радиоволны возникли в момент большого взрыва. И хотя магнитные волны были всегда, человечество открыло их для себя сравнительно недавно. В 1868 году шотландец Джеймс Максвелл в своей работе описал их. Затем немецкий физик Генрих Герц доказал в теории их существование. Это произошло в 1887 году. С тех пор интерес к магнитным волнам не иссякает. Исследования радиоволн ведутся во многих ведущих институтах мира.

применение радиоволн

Сферы применения радиоволн обширны – это и радио, и средства радиолокации, телевидение, телескопы, радары, микроволновые печи и всевозможные беспроводные средства связи. Широко используют их и в косметологии. Интернет, телевидение и телефония – все современные коммуникации, невозможны без магнитных волн.

Расширенное применение радиоволн

Именно благодаря изучению этого явления, мы можем отправлять информацию на расстояния. Радиоволны формируются при прохождении по проводнику высокочастотного электрического тока. Заслугу изобретения радио многие учёные приписывают себе. И почти в каждой стране есть такой гений, кому мы обязаны этим уникальным изобретением. В нашей стране считают, что одним из изобретателей был Александр Степанович Попов.

короткие радиоволны применение

Изобретение радио началось с устройства радиокондуктора Эдварда Бранли в 1890 году. Этот французский учёный создал свой прибор на основе идеи Генриха Герца, которая заключалась в том, что когда электромагнитная волна попадает на радиоустройство, возникает искра. Прибор Бранли использовали для приёма сигнала. Первым опробовал этот прибор на 40 метров англичанин Оливер Лодж в 1894 году. Александр Попов усовершенствовал приёмник Лоджа. Произошло это в 1895 году.

Телевидение

Применение радиоволн в телевидении имеет тот же принцип. Телевышки усиливают и передают сигнал в телевизоры, и они уже преобразуют их в изображение. Применение радиоволн в сотовой связи выглядит так же. Только требуется более плотная сеть ретросерсорных вышек. Эти вышки являются базовыми станциями, которые передают сигнал и принимают его от абонента.

радиоволны свойства и применение

Сейчас распространена технология Wi-Fi, которая была разработана в 1991 году. Ее работа стала возможной после изучения свойств радиоволн и применение их значительно расширилось.

Именно радиолокация даёт представление о том, что происходит на земле, в небе и в море, и в космосе. Принцип работы прост – радиоволна, передаваемая антенной, отражается от препятствия и возвращается назад сигналом. Компьютер обрабатывает его и выдаёт данные о размере объекта, скорости передвижения и направлении.

Радары с 1950 г. применяются также на дорогах, для контроля скорости автомобилей. Это было обусловлено растущим количеством автомобилей на дорогах и необходимым контролем над ними. Радар — это устройство для дистанционного определения скорости движущегося автомобиля. Полицейские оценили удобство использования этого устройства и через несколько лет радары были на всех дорогах мира. С каждым годом эти приборы видоизменялись, совершенствовались и на сегодняшний день их есть огромное количество видов. Делятся они на две группы: лазерные и «доплеровские».

средние радиоволны применение

Свойства радиоволн

Радиоволны обладают интересными особенностями:

  • если радиоволна распространяется в среде, отличающаяся от воздуха, то она поглощает энергию;
  • траектория волны искривляется, если она находится в неоднородной среде и называется рефракцией радиоволны;
  • в однородной сфере радиоволны распространяются прямолинейно со скоростью, зависящей от параметров среды, и сопровождаются убыванием плотности потока энергии с увеличением расстояния;
  • когда радиоволны переходят с одной среды в другую, они отражаются и преломляются;
  • дифракцией называется свойство радиоволны огибать препятствие, которое встречается на их пути, но здесь есть одно необходимое условие – величина препятствия должна быть соизмерима с длиной волны.

Виды волн

Радиоволны делятся на три категории: короткие, средние и длинные. К первым относят волны с длиной от 10 до 100 м, что позволяет создавать направленные антенны. Они могут быть земными и ионосферными. Применение коротким радиоволнам нашлось в связи и вещании на большие расстояния.

длинные радиоволны применение

Длина средних волн обычно варьируется от 100 до 1000 м. Частоты, характерные для них — 526-1606 кГц. Применение средних радиоволн реализовано во многих каналах вещания России.

Длинная – это волна от 1000 до 10 000 м. То, что выше этих показателей, называют сверхдлинными волнами. Эти волны имеют свойства малого поглощения при прохождении через сушу и море. Поэтому основное применение длинных радиоволн — в подводной и подземной связи. Особым их свойством является устойчивость к напряжённости электрического тока.

Заключение

Наконец, стоит отметить, что изучение радиоволн идёт и по сей день. И, возможно, принесёт людям ещё немало сюрпризов.

Источник

Думаю все крутили ручку радиоприемника, переключая между «УКВ», «ДВ», «СВ» и слышали шипение из динамиков.
Но кроме расшифровки сокращений, не все понимают, что скрывается за этими буквами.
Давайте ближе познакомимся с теорией радиоволн.

Радиоволна

Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны.
Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении.
Период(T) — время одного полного колебательного движения
Частота(v) — количество полных периодов в секунду

Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте:

Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц)

«УКВ», «ДВ», «СВ»

Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).
Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.
Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.

Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).

Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.

Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).

Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.

Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).

Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.

Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).

Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне:

Так к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.

Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).
Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.
Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.

Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).
Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.

AM — FM

Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:

AM — амплитудная модуляция

Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.
АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.

FM — частотная модуляция

Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания.
Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ и поэтому широко применяется в звуковом сопровождении ТВ трансляций и УКВ вещании.

На самом деле у описанных видом модуляции есть подвиды, но их описание не входит в материал данной статьи.

Еще термины

Интерференция — в результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются. В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться, при сложении в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля.
Это явление более всего проявляется при приеме УКВ ЧМ и ТВ сигнала.

Поэтому, к примеру внутри помещения качество приема на комнатную антенну ТВ сильно «плавает».

Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.
Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.
Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.

PS:

Надеюсь, информация описанная мной будет полезна и принесет некоторое понимание по данной теме.

Источник