Диапазоны радиочастот и длин радиоволн
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.
Частоты GSM LTE в Украине:
- GSM 900: 890-915 / 935-960Мгц
- LTE 900: 880-915 / 925-960 Мгц
- GSM 1800/ LTE 1800: 1710-1785 / 1805-1880Мгц
- 3G 2100: 1965-1980 / 2155-2170 Мгц
- LTE 2600: 2510-2690 Мгц
| № | Диапазон длин волн | Название диапазона волн | Диапазон частот | Название диапазона частот | Применение |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 Мм — 10 Мм | Декамегаметровые | 3—30 Гц | Крайне низкие (КНЧ) | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
| 2 | 10 Мм — 1 Мм | Мегаметровые | 30—300 Гц | Сверхнизкие (СНЧ) | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
| 3 | 1000 км — 100 км | 300—3000 Гц | Инфранизкие (ИНЧ) | Связь с подводными лодками | |
| 4 | 100 км — 10 км | Мириаметровые | 3—30 кГц | Очень низкие (ОНЧ) | Служба точного времени, радиосвязь с подводными лодками |
| 5 | 10 км — 1 км | Километровые | 30—300 кГц | Низкие (НЧ) | Радиовещание, радиосвязь земной волной, радионавигация |
| 6 | 1000 м — 100 м | Гектометровые | 300—3000 кГц | Средние (СЧ) | Радиовещание и радиосвязь земной волной и ионосферная |
| 7 | 100 м — 10 м | Декаметровые | 3—30 МГц | Высокие (ВЧ) | Радиовещание и радиосвязь ионосферная, загоризонтная радиолокация, рации |
| 8 | 10 м — 1 м | Метровые волны | 30—300 МГц | Очень высокие (ОВЧ) | Телевидение, радиовещание, радиосвязь тропосферная и прямой волной, рации, УВЧ-терапия, |
| 9 | 1000 мм — 100 мм | Дециметровые | 300—3000 МГц | Ультравысокие (УВЧ) | Телевидение, радиосвязь тропосферная и прямой волной, мобильные телефоны, рации, микроволновые печи, спутниковая навигация. |
| 10 | 100 мм — 10 мм | Сантиметровые | 3—30 ГГц | Сверхвысокие (СВЧ) | Радиолокация, интернет, спутниковое телевещание, спутниковая- и радиосвязь прямой волной, беспроводные компьютерные сети. |
| 11 | 10 мм — 1 мм | Миллиметровые | 30—300 ГГц | Крайне высокие (КВЧ) | Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, радиолокация (метеорологическая, управление вооружением), медицина, спутниковая радиосвязь. |
| 12 | Децимиллиметровые | 300—3000 ГГц | Гипервысокие частоты, длинноволновая область инфракрасного излучения | 1,24 мэВ — 12,4 мэВ | Экспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами). |
На практике 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.
Академия «Инфинет» | Основы беспроводных сетей
Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяемые в среде. В контексте беспроводных систем связи под средой подразумевается свободное пространство, где скорость распространения волн соответствует скорости света. Источником электромагнитной волны является проводник, выступающий в роли антенны, через который протекает переменный электрический ток. Важно понимать, что электромагнитное поле будет существовать только вокруг проводника, через который протекает переменный ток, причём излучаемая проводником энергия и характеристики напряжённости поля будут соответствовать протекающему току.
Природа радиоволн
Известно, что электрическое поле формируется вокруг электрически заряженных тел, а магнитное — вокруг проводников с переменным электрическим ток. Рассмотрим незамкнутый проводник, вибратор, заряды вдоль которого распределены неравномерно, как на рисунке 1.
Рисунок 1 — Распределение зарядов по телу вибратораПоскольку заряд вдоль вибратора распределён неравномерно, то между отдельными участками проводника формируется электрическое поле, под действием которого начнётся движение зарядов и возникнут электрические колебания. Переменное электрическое поле вокруг вибратора формирует переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, вновь формирует переменное электрическое поле. Такое явление обеспечивает распространение электромагнитного излучения в пространстве и называется электромагнитной волной.
Поляризация
Одной из характеристик электромагнитных волн, подобно световым волнам, является поляризация, под которой понимается ориентация вектора напряжённости электрического поля, который перпендикулярен направлению распространения волны и вектору магнитного поля.
Как видно на рисунке 2, выделяют три вида поляризации: линейная вертикальная, линейная горизонтальная и круговая. На иллюстрации отсутствуют частные виды поляризаций: угловая (вектор напряжённости электрического поля направлен под углом 45 градусов) и эллиптическая (конец вектора электрического поля описывает эллипс в плоскости колебаний).
Рисунок 2 — Поляризация электромагнитных волн: а — линейная вертикальная, б — линейная горизонтальная, в — круговаяВажно понимать, что характер поляризации зависит от источника излучения. Приёмник, в свою очередь, для построения эффективных каналов связи, должен быть согласован по поляризации с источником.
Поскольку электрический ток, наводимый волной горизонтальной поляризации в вертикально-установленном вибраторе, будет минимальным из-за рассогласования приёмной и передающей сторон, то волны горизонтальной и вертикальной поляризации не будут оказывать влияния друг на друга. Аналогичный эффект будет наблюдаться при взаимодействии двух волн угловых поляризаций, угол поворота которых отличается на 90°С.
Явление слабой интерференции между двумя радиосигналами различной поляризации может быть использовано для увеличения ёмкости системы связи: за счёт одновременной передачи сигнала с вертикальной и горизонтальной поляризациями в одной полосе частот пропускная способность увеличивается в два раза.
Базовые характеристики волны
Поскольку электромагнитная волна формируется в соответствии с переменным током в вибраторе, то распределение напряжённости электрического и магнитного полей будет носить периодический характер, который, как и любое колебание, можно описать с помощью следующих понятий:
- амплитуда;
- длина волны;
- частота;
- фаза.
Для пояснения базовых характеристик электромагнитного колебания, обратимся к рисунку 3, на котором представлено распределение напряженности электрического поля во времени.
Рисунок 3 — График распределения напряжённости поля во времениАмплитуда — максимальное значение смещения величины напряжённости поля от его среднего значения.
Единица измерения — Вольт/метр (В/м).
Частота — количество повторений периодических процессов в единицу времени. Единица измерения — Герц (Гц). На рисунке 2 представлено два полных колебания, произошедших за одну секунду, т.е. частота равна:
Длина волны — расстояние, на которое волна перемещается в течении одного колебания. Единица измерения — метр (м). Данный параметр связан с частотой через скорость распространения электромагнитной волны, которая в свободном пространстве соответствует скорости света:
Для частот 2,4 ГГц и 5 ГГц длины волн соответственно равны:
В общем случае выражение, описывающее колебательный процесс, выглядит следующим образом:
В этой формуле аргумент функции синус называется полной фазой и описывает волновой процесс во времени. Начальная фаза, являющаяся частью полной фазы, определяет начальное состояние колебательного процесса.
Радиочастотный спектр
Привычным инструментом анализа сигналов являются осциллограммы — зависимости напряжения и тока от времени. С помощью осциллограмм можно наблюдать форму сигнала и характер его изменения во времени. Однако, при формировании сложных сигналов или анализе реальных систем связи, удобным инструментом анализа служит частотный спектр.
Между временными и частотными характеристиками существует однозначная зависимость: согласно теории Фурье, осциллограмма сигнала может быть представлена как сумма гармонических колебаний кратных частот, называемых гармониками. Таким образом, периодический сигнал частоты F может быть представлен как сумма синусоид с частотами F, 2F, 3F и т.
Если представить спектр гармонического сигнала, рассмотренного выше, то получим следующую картину:
Рисунок 4 — Частотный спектр гармонического сигнала с F=2 ГцРассмотренный сигнал не является носителем информации, поскольку, оценив параметры сигнала на приёмной стороне, можно предсказать его поведение в любой момент времени. Для передачи информации одна или несколько из рассмотренных характеристик сигнала — амплитуда, частота или фаза, подвергаются изменению в соответствии с информационным сообщением, при этом исходный гармонический сигнал называется несущим. Подробно данные процессы будут рассмотрены в уроке «Аналоговые и цифровые сигналы».
Продемонстрируем преимущество использования частотного спектра относительно временных диаграмм. Дополнительно к существующему сигналу, сформируем сигнал с частотой, равной 3 Гц:
Рисунок 5 — Осциллограмма напряжения и частотный спектр гармонического сигнала с F=3 ГцСуммируем полученные сигналы и оценим спектр совместного сигнала. Как видно на рисунке 6, по полученной осциллограмме достаточно трудно судить о присутствующих гармонических составляющих, однако спектральная характеристика позволяет это сделать:
На рисунке 7 изображён частотный спектр, на котором представлена работа трёх каналов связи:
Рисунок 7 — Частотный спектр при одновременной работе трёх каналов связиРассматриваемые системы связи настроены на следующие частоты:
| Номер | Центральная частота, МГц | Полоса, МГц |
| Канал 1 | 4960 | 20 |
| Канал 2 | 4970 | 20 |
| Канал 3 | 5000 | 20 |
Частотный спектр, представленный на рисунке 7, демонстрирует пересечение по частотам у каналов связи 1 и 2, что приведёт к негативным последствиям в виде взаимного влияния.
Канал 3 не имеет пересечения по частотам с другими системами связи, а также, по причине наличия защитного интервала между каналами 2 и 3, влияние рассматриваемых систем связи на канал 3 будет минимальным.
Диапазоны частот
Согласно регламенту, разработанного международным союзом по электросвязи (МСЭ), выделяют следующие диапазоны частот:
| Номер диапазона | Обозначение МСЭ (EN) | Обозначение МСЭ (RU) | Наименование диапазона | Диапазон частот | Применение |
| -1 | ELF | КНЧ | Гигаметровые волны | 0,03-0,3 Гц | |
| 0 | ELF | КНЧ | Гектомегаметровые волны | 0,3-3 Гц | |
| 1 | ELF | КНЧ | Декамегаметровые волны | 3-30 Гц | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
| 2 | ELF | КНЧ | Мегаметровые волны | 30-300 Гц | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
| 3 | ULF | УНЧ | Гектокилометровые волны | 300-3000 Гц | Связь с подводными лодками |
| 4 | VLF | ОНЧ | Мириаметровые волны | 3-30 кГц | Служба точного времени, радиосвязь с подводными лодками |
| 5 | LF | НЧ | Километровые волны | 30-300 кГц | Радиовещание, радиосвязь земной волной, навигация |
| 6 | MF | СЧ | Гектометровые волны | 300-3000 кГц | Радиовещание и радиосвязь земной волной и ионосферная |
| 7 | HF | ВЧ | Декаметровые волны | 3-30 МГц | Радиовещание и радиосвязь ионосферная, загоризонтная радиолокация, рации |
| 8 | VHF | ОВЧ | Метровые волны | 30-300 МГц | Телевидение, радиовещание, радиосвязь тропосферная и прямой волной, рации |
| 9 | UHF | УВЧ | Дециметровые волны | 300-3000 МГц | Телевидение, радиосвязь тропосферная и прямой волной, мобильные телефоны, рации, УВЧ-терапия, микроволновые печи, спутниковая навигация |
| 10 | SHF | СВЧ | Сантиметровые волны | 3-30 ГГц | Радиолокация, интернет, спутниковое телевещание, спутниковая- и радиосвязь прямой волной, беспроводные компьютерные сети |
| 11 | EHF | КВЧ | Миллиметровые волны | 30-300 ГГц | Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, радиолокация (метерологическая, управление вооружением), медицина, спутниковая радиосвязь |
| 12 | Децимиллиметровые волны | 300-3000 ГГц | Экспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК | ||
| 13 | Сантимиллиметровые волны | 3-30 ТГц | |||
| 14 | Микрометровые волны | 30-300 ТГц | |||
| 15 | Децимикрометровые волны | 300-3000 ТГц |
Регуляторная работа
Использование частотного ресурса регулируется политикой государства, поэтому важным аспектом при эксплуатации беспроводных систем связи является разрешение со стороны государственных органов и использование сертифицированного оборудования.
Поскольку оборудование, функционирующее на смежных частотах, как было сказано, может оказывать влияние друг на друга, то важным показателем сертификации является частотная маска, определяющая уровень внеполосного излучения. Так, например, в соответствии с приказом Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации №124 от 14.09.2010, для оборудования беспроводной передачи данных, функционирующего в частотном диапазоне 5150-6425 МГц маска спектра сигнала шириной 20 МГц выглядит следующим образом:
Таким образом, допустимо использование оборудования с внеполосным излучением на 20 дБ ниже мощности сигнала в полосе. Также следует отметить, что требования к внеполосному излучению ужесточаются при удалении от центральной частоты канала: так на частоте, отстоящей от центральной на 30 МГц, требования к внеполосному излучению составляют -40 дБ.
Для сигнала с шириной полосы 40 МГц:
Рисунок 9 — Маска спектра шириной 40 МГц для беспроводного оборудования диапазона 5150-6425 МГцРадиоволны и то, как их используют спутники
В 2012 г.
И хотя Всемирный день радио обычно посвящен сообщениям, которые несет радио, мы подумали, что сейчас самое время вернуться к этой статье, в которой радио рассматривается с точки зрения спутников.
Многие люди даже не знают, что спутники отправляют и получают информацию с помощью радиоволн, и поскольку становится все более очевидным, что спутники будут играть огромную роль, помогая соединить неподключенных людей по всему миру, полезно немного узнать о том, как это работает. .
В основе любой беспроводной связи лежит использование радиоволн для передачи информации. Основы того, как это работает, не сильно изменились с тех пор, как Гульельмо Маркони отправил первые радиосигналы в 1895 году, но есть некоторые особенности того, как спутник использует радио, которые полезны для понимания технологии.
Вот несколько фактов о том, как работает радиосвязь:
Волны : Электромагнитное излучение (ЭМ-излучение) распространяется волнами со скоростью света. В отличие от волн, распространяющихся через звук и воду, электромагнитным волнам не требуется среды. Они могут двигаться как по воздуху, так и по космическому вакууму.
Частота: Частота волны измеряется в герцах (Гц). 1 герц равен одному циклу в секунду волны, показанной здесь:
Электромагнитный спектр: Это относится к диапазону всех типов электромагнитного излучения, которое является формой энергии. Разница между одним концом спектра и другим определяется частотой волн. Видимый свет составляет одну часть электромагнитного спектра, как и радио, рентгеновские и гамма-лучи.
Полосы частот: Этот термин просто относится к частям длин волн, составляющих спектр. Ка-диапазон, часто используемый для спутников, является одним из типов диапазонов.
Видимый свет — это другое. Некоторые полосы довольно большие, в то время как другие могут иметь лишь небольшую «полосу пропускания».
Префиксы единиц измерения
Вот что означают некоторые из наиболее распространенных префиксов, применяемых к ваттам, байтам, герцам или другим единицам измерения
| Кило | Тысяча |
| Мега | Миллион |
| Гига | Миллиард |
| Тера | 9 0037 триллион
AM-радио работает на частоте 535–1605 килогерц (кГц), поэтому станция на частоте 800 кГц волны повторяются 800 000 раз в секунду. Сигнал со спутника Ka-диапазона работает на гораздо более высокой частоте около 28 гигагерц (ГГц), 28 000 000 000 раз в секунду.
Амплитуда: Это измерение высоты волны.
Наряду с частотой и длиной волны это одна из основных характеристик волны.
Спутниковый спектр: Спутники работают в определенных областях или «диапазонах» спектра, часть которых вы можете увидеть здесь. Чем выше вы поднимаетесь по частоте, тем шире становятся полосы и тем больше информации вы можете нести. Viasat работает преимущественно в Ka-диапазоне, в диапазоне 28 ГГц. Большинство операторов спутникового телевидения используют более низкую частоту C или Ku-диапазона, потому что поток данных идет только в одном направлении и не требует такой большой полосы пропускания. Однако, когда информация должна быть отправлена в обоих направлениях, требуется большая пропускная способность, чтобы связь работала эффективно. Эти более высокие полосы хороши для передачи данных, но по мере увеличения частоты сложность оборудования возрастает.
Эти более высокие частоты также более подвержены помехам, обычно называемым «затуханием». В отличие от более коротких волн, они не проходят через твердые объекты, такие как стены, и дождь также может повлиять на сигнал.
Для диапазонов Ku и Ka это в значительной степени связано с тем, что молекулы воды имеют примерно такую же ширину, что и волна. Спутник решает эту проблему, используя внешние антенны и установки в пределах прямой видимости. Хотя сильный дождь или снег все еще могут влиять на сигнал, эффект обычно кратковременный из-за продолжительности плохой погоды.
Кроме того, наземные технологии, использующие эти более высокие полосы спектра, могут использовать антенны меньшего размера, поскольку высокочастотные сигналы могут быть более эффективно сфокусированы.
Для спутниковой связи разные полосы пропускания полезны для разных приложений. Для спутниковой широкополосной связи более высокие частоты лучше всего подходят для передачи большего количества данных. Viasat использует несколько различных частотных диапазонов для наших услуг: L-диапазон для морских приложений, Ku-диапазон для некоторых авиаперевозок и Ka-диапазон и выше для авиации, жилых помещений и т. д.
Наша будущая глобальная группировка спутников ViaSat-3 будет работать в Ka-диапазоне, как и остальная часть нашего флота.
Эти спутники следующего поколения будут иметь огромные возможности для управления данными, при этом ожидается, что каждый спутник ViaSat-3 будет иметь пропускную способность более 1 терабита в секунду.
Радиоволны – полосы радиоволн и распространение радиоволн
Радиоволны — это волны, имеющие самую большую длину волны в электромагнитном спектре. Эти волны представляют собой разновидность электромагнитного излучения и имеют частоту от высоких 300 ГГц до низких, таких как 3 кГц, хотя где-то они определяются как микроволны выше 3 ГГц. На частоте 300 ГГц длина волны составляет 1 мм, а на частоте 3 кГц — 100 км. Они распространяются со скоростью света, как и все другие электромагнитные волны. Молнии или астрономические объекты создают все волны, которые возникают естественным образом. Искусственно сформированные радиоволны используются в радиосвязи, радиолокации, компьютерных сетях, радиовещании, различных навигационных системах и различных приложениях.
Что такое радиоволны?
Радиоволны обычно излучаются радиопередатчиками и могут приниматься радиоприемниками.
Радиоволны, имеющие разные частоты, обладают различными характеристиками распространения в атмосфере Земли. Длинные волны дифрагируют вокруг различных препятствий и следуют контуру, тогда как короткие волны отражают ионосферу и возвращаются за горизонт небесных волн. Расстояние распространения обеих волн ограничено видимым горизонтом, поскольку короткие волны изгибаются или мало преломляются и распространяются в пределах прямой видимости.
Диапазоны радиоволн
Радиораспространение
Изучение электромагнитных явлений, включая отражение, поляризацию, преломление, поглощение и дифракцию, имеет большое значение в изучении путей распространения радиоволн в космосе и над земной поверхностью.
Длина волны, скорость и частота
Поскольку радиоволны распространяются со скоростью, близкой к скорости света, и замедляются в зависимости от диэлектрической проницаемости этого объекта при прохождении через объект. Длина волны используется для определения расстояния между одним пиком электрического поля волны до другого, которое обратно пропорционально частоте волны.
Радиосвязь
Радиоантенна используется для приема радиосигналов от радиостанций AM или FM. Эта антенна улавливает множество радиосигналов, и для настройки на определенный сигнал требуется радиотюнер. Это все можно сделать с помощью резонатора, а можно сказать катушки индуктивности, схемы с конденсатором или кварцевого генератора. Резонатор правильно настроен для резонирования на частоте, которая позволяет тюнеру усиливать синусоидальные волны на радиочастоте и избегать других синусоидальных волн.
Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы
Q1
Что такое радиоволны?
Радиоволны — это волны, имеющие самую большую длину волны в электромагнитном спектре. Эти волны являются своего рода электромагнитным излучением и имеют частоту от высоких 300 ГГц до низких, таких как 3 кГц, хотя где-то выше 3 ГГц они определяются как микроволны. На частоте 300 ГГц длина волны составляет 1 мм, а на частоте 3 кГц — 100 км.
Q2
В чем причина того, что фотоны движутся со скоростью света, а другие частицы не могут?
Фотоны могут двигаться со скоростью света, в то время как другие частицы не могут, потому что у них нет массы.
