Основные понятия (типы радиолиний)
В технике применяют радиолинии трех типов:
радиолиния простейшего типа; радиорелейная линия связи;
вторичные линии радиосвязи.
Понятие радиоволн, радиочастотного ресурса
Радиоволнами называются электромагнитные колебания, частота которых ограничена в пределах 3 кГц … 3ТГц.
Радиочастотный ресурс — часть радиочастотного спектра, пригодного для передачи и (или) приема электромагнитной энергии радиоэлектронными средствами.
Радиочастотный спектр — непрерывный интервал радиочастот, не превышающий 3ТГц.
Диапазон радиочастот — обозначенный непрерывный интервал частот, в котором колебания и волны имеют сравнительные свойства и условное название.
Радиоканал — часть радиочастотного спектра, предназначенного для излучения, и определяется заданными границами или центральной частотой и соответствующей шириной полосы частот или другими эквивалентными признаками.
Классификация радиоволн
Радиоволны принято классифицировать по способу распространения и по диапазонному принципу
П
о
способу распространения радиоволны
делятся на:
прямые волны;
земные (поверхностные) волны;
тропосферные волны;
ионосферные волны.
Классификация радиоволн по способу распространения
Радиоволны, распространяющиеся в однородной изотропной среде без потерь по прямолинейным траекториям и испытывающие убывание напряженности поля с расстоянием как 1/r за счет естественного сферического рассеивания, называются прямыми волнами.
Волны, распространяющиеся в непосредственной близости от сферической поверхности полупроводящей Земли, огибающей ее за счет явления дифракции и испытывающие поглощение в Земле, называются земными (поверхностными) волнами.
Радиоволны, распространяющиеся на значительные расстояния за счет искривления траектории волны в тропосфере (рефракция волн), а также за счет рассеивания на неоднородностях тропосферы, получили название тропосферных волн.
Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния и огибающие земной шар в результате однократных либо многократных отражений от ионосферы и земной поверхности, называются
Классификация радиоволн по диапазонам
Весь радиочастотный диапазон от 3 кГц до 300 ГГц, в соответствии с рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ), принято делить на восемь диапазонов.
Границы диапазона | Наименование диапазона | Особенности распространения, отражения и излучения волн. Использование диапазона |
3…30 кГц (10…100 км) | Очень низкие частоты (ОНЧ) (Мириаметровые волны) | Проникают вглубь почвы и воды. Очень мало поглощаются в Земле и огибают ее. Отражаются от ионосферы и днем, и ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны очень громоздкие. В основном используется в низкоскоростных глобальных системах передачи информации и глобальных системах радионавигации |
30…300 кГц (1…10 км) | Низкие частоты (НЧ) (Километровые волны) | Мало поглощаются в Земле и частично огибают ее. Отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Громоздкие антенны. В системах передачи информации используется мало. В основном используется в системах дальней навигации |
Теория радиоволн: ликбез / Habr
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.
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.
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.
1. Понятие, классификация радиоволн
Радиоволнами
условно называют электромагнитные
волны в диапазоне от 100000 м до примерно
0,1 мм, что, применяя известное соотношение
между длиной волны и частотой соответствует
интервалу частот от 3000 гц до 3•1012гц.
Используемые
в технике связи волны принято подразделять
по десятичному признаку на диапазоны:
сверхдлинных волн (СДВ) от 105до
104м, длинных волн (ДВ) от 104до 103м, средних волн (СВ) от 103до 100 м, коротких волн (КВ) от 100 до 10 м,
метровых волн (МВ) от 10 до 1 м, дециметровых
волн (ДМВ) от 1 до 0,1 м, сантиметровых волн
(СМВ) от 10 до 1 см, миллиметровых волн
(ММВ) от 1 см до 1 мм и субмиллиметровых
волн (СММВ) от 1 до 0,1 мм. Волны короче 0,1
мм относят к диапазону оптических
волн.
Диапазоны МВ, ДМВ и СМВ часто
называют ультракороткими волнами.
Сверхвысокими частотами называют
частоты диапазонов ДМВ и СМВ.
Скорость
распространения радиоволн в свободном
пространстве составляет 3 • 108м/с.
Дифракция радиоволн — явление,
состоящее в том, что радиоволны способны
огибать препятствия. Дифракция проявляется
тем сильнее, чем больше длина волны по
сравнению с размерами препятствий.
Например, километровые и гектометровые
волны огибают горы, холмы, большие
городские здания и т. д. В то же время
волны микроволновых диапазонов не
огибают эти препятствия, образуя
непосредственно за ними зоны радиотени.
Благодаря явлению дифракции волны
огибают неровности земной поверхности,
распространяясь в виде поверхностной
(земной) волны на расстояния, превышающие
дальность прямой видимости.
Рефракция
радиоволн — явление преломления радиоволн
в атмосфере вследствие уменьшения
плотности воздуха с высотой, приводящее
к увеличению дальности распространения
поверхностной радиоволны. При среднем
(нормальном) состоянии атмосферы
(температура воздуха на уровне моря
15°С, снижение температуры с высотой-0,65°С
на 100 м, уменьшение давления — дальность
распространения поверхностной радиоволны
увеличивается на 15 … 20% по сравнению с
дальностью геометрической видимости
(случай нормальной атмосферной рефракции).
При некоторых особых состояниях
атмосферы, когда плотность воздуха
уменьшается с высотой быстрее, чем в
нормальной атмосфере, может образоваться
атмосферный волновод (суперрефракция),
по которому поверхностная волна
распространяется в несколько раз дальше,
чем при нормальной рефракции.
Интерференция
радиоволн — явление взаимного наложения
радиоволн, приходящих в точку приема
по разным путям. Если амплитуды радиоволн,
приходящих по двум путям различной
длины, одинаковы, то при совпадающих
фазах результирующее поле удваивается,
при противоположных фазах равно нулю.[1] С явлением интерференции радиоволн
связаны замирания сигнала, а также
появление повторных контуров на
телевизионном изображении.
Радиоволны
принято также классифицировать по
способу распространения в свободном
пространстве и вокруг земного шара. Волны, распространяющиеся в свободном
пространстве (космосе) от одного
космического объекта к другому, носят
название прямых или свободно
распространяющихся. К этой же категории
можно в некоторых случаях отнести волны,
распространяющиеся между наземной
станцией и космическим объектом, а
именно в те случаях, когда влиянием
относительно тонкого слоя атмосферы
можно пренебречь.[2]
Радиосвязь может
осуществляться с помощью поверхностных
и пространственных радиоволн.
Волны,
распространяющиеся вдоль сферической
поверхности Земли и частично огибающие
ее вследствие явления дифракции, получили
название земных или поверхностных.
Способность волн огибать встречаемые
препятствия и дифрагировать вокруг
них, определяется соотношением между
длиной волны и размерами препятствий.
Чем ниже частота сигнала, тем больше
дальность распространения поверхностной
волны. Чем короче волны, тем слабее
проявляется дифракция. По этой причине
УКВ очень слабо дифрагирует вокруг
поверхности земного шара и дальность
их распространения в первом приближении
определяется расстоянием прямой
видимости.
Ультракороткие волны,
распространяющиеся за счет рассеяния
на неоднородностях тропосферы на
расстояние до 1000 км, получили название
тропосферных.
Наконец, волны длиннее
10 м, распространяющиеся вокруг земного
шара на сколь угодно большие расстояния
за счет однократного и многократного
отражения от ионосферы (т. е. ионизированной
оболочки атмосферы), называются
ионосферными или пространственными.
Слои
ионосферы: слой D с наиболее слабой
электронной концентрацией, высота 60
… 80 км (существует только днем), слой Е
со средней электронной концентрацией,
высота 90 … 150 км, слой F с наиболее высокой
электронной концентрацией, высота 190
… 500 км; летом расщепляется на два слоя
с различной электронной концентрацией:
F1(высота 190 … 230 км) и F2(высота 230 … 500 км).
5.11. Классификация радиоволн по диапазонам
Весь диапазон частот от 3 кГц до 300 ГГц радиоволн, в соответствии с рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ), принято делить на восемь диапазонов, границы которых (по частоте и длине волны) и соответствующие названия приведены в табл. 5.3. В этой же таблице приведена краткая информация об особенностях распространения, отражения и излучения радиоволн соответствующего диапазона и его использовании.
таблица 5.3 – Классификация радиоволн по диапазонам
Границы диапазона | Наименование диапазона | Особенности распространения, отражения и излучения волн. Использование диапазона |
1 | 2 | 3 |
3…30 кГц (10…100 км) | Очень низкие частоты (ОНЧ) (Мириаметровые волны) | Проникают вглубь почвы и воды. Очень мало поглощаются в Земле и огибают ее. Отражаются от ионосферы и днем, и ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны очень громоздкие. В основном используется в низкоскоростных глобальных системах передачи информации и глобальных системах радионавигации |
30…300 кГц (1…10 км) | Низкие частоты (НЧ) (Километровые волны) | Мало поглощаются в Земле и частично огибают ее. Отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Громоздкие антенны. В системах передачи информации используется мало. В основном используется в системах дальней навигации |
Окончание табл. 5.3
1 | 2 | 3 | ||
0,3 … 3 МГц (100 … 1000 м) | Средние частоты (СЧ) Гектометровые волны | Поглощаются в Земле. Интенсивно отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны средних размеров. В основном используется в радиовещании и системах радионавигации средних дальностей | ||
3 … 30 МГц (10 … 100 м) | Высокие частоты (ВЧ) Декаметровые волны | Сильно поглощаются в Земле. Интенсивно, но с малыми потерями и избирательно отражаются от ионосферы. Слабо отражаются от обычных объектов. Антенны небольших размеров. В основном используются в радиовещании и системах связи на большие расстояния с низкой скоростью передачи, в том числе для подвижных объектов и в труднодоступных районах | ||
30 … 300 МГц (1 … 10 м) | Очень высокие частоты (ОВЧ) Метровые волны | Очень сильно поглощаются в Земле. Не отражаются от ионосферы. Распространяются в пределах прямой видимости. Интенсивно отражаются от обычных объектов. Антенны компактные. Используется в радиовещании и телевидении, в системах связи с подвижными объектами, в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
0,3 … 3 ГГц (0,1 … 1 м) | Ультравысокие частоты (УВЧ) Дециметровые волны | Распространяются только в пределах прямой видимости. Не отражаются от ионосферы. Интенсивно отражаются от обычных объектов. Антенны компактные. Используется в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
3 … 30 ГГц (1 … 10 см) | Сверхвысокие частоты (СВЧ) Сантиметровые волны | Распространяется только в пределах прямой видимости. Избирательно поглощаются в атмосфере. Интенсивно отражаются от объектов. Антенны компактные. Используется в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
30 … 300 ГГц (0,1 … 1 см) | Крайне высокие частоты (КВЧ) Миллиметровые волны | Сильно поглощаются в атмосферных образованиях (дождь, туман, пыль). Антенны компактные. Используются в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения. — МегаЛекции
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Физика
Тема: « Классификация радиоволн и параметры антенных устройств».
2008
Содержание
Введение…………….……………………………………………….……………3
Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения…….4
Параметры антенн…………………………………….…………………………..9
Заключение…………………………………………………………………….…14
Список литературы……………………………………………………………….15
Введение
В настоящее время широкое распространение получила техника связи, в которой используется приемо-передатчик, работающий в диапазоне радиоволн. Но мало кому известно, что это за волны, каковы принципы передачи информации с их помощью. В данной работе мы постараемся на доступном уровне рассказать о классификации радиоволн, о способах их распространения, а также проанализируем основные параметры радиопередающих антенных устройств. Ведь в современном мире радиосвязь, радиовещание имеют огромное значение.
Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения.
Одной из важнейших характеристик любой реальной радиолинии, является преобладающий способ распространения электромагнитной волны. Он ограничивает максимальную дальность связи и скорость передачи информации, определяет медианный множитель ослабления, период и глубину замираний сигнала, условия ЭМС различных радиоэлектронных средств и т. д. В свою очередь преобладание того или иного способа распространения на данной трассе определяется рабочей частотой. Поэтому, большую практическую значимость имеет деление радиоволн по диапазонам частот (волн) и по способам их распространения.
Деление радиочастот и радиоволн на диапазоны, установлено международным регламентом радиосвязи. В соответствии с этим регламентом весь спектр электромагнитных волн и частот делят на ряд диапазонов, номера которых «n» определяют их нижние (исключительно) 0,3×10n Гц и верхние (включительно) 3×10n Гц частоты. При этом часть свободно распространяющихся в природных условиях ЭМВ, использующихся в радиотехнике для передачи сигналов, называют радиоволнами. К радиоволнам относятся диапазоны с n = 4¸12, наименование которых приведено в таблице 1.
Таблица 1
| n | Граничные частоты | Наименование диапазона частот | Граничные длины волн | Наименование диапазона волн |
| 4 | 3–30 кГц | Очень низкие (ОНЧ) | 100–10 км | Мириаметровые или сверхдлинные (СДВ) |
| 5 | 30–300 кГц | Низкие (НЧ) | 10–1 км | Километровые или длинные (ДВ) |
| 6 | 0,3–3 МГц | Средние (СЧ) | 1000–100 м | Гектометровые или средние (СВ) |
| 7 | 3–30 МГц | Высокие (ВЧ) | 100–10 м | Декаметровые или короткие (КВ) |
| 8 | 30–300 МГц | Очень высокие (ОВЧ) | 10–1 м | Метровые (МВ) |
| 9 | 0,3–3 ГГц | Ультравысокие (УВЧ) | 100–10 см | Дециметровые (ДМВ) |
| 10 | 3–30 ГГц | Сверхдлинные (СВЧ) | 10–1 см | Сантиметровые (СМВ) |
| 11 | 30–300 ГГц | Крайневысокие (КВЧ) | 10–1 мм | Миллиметровые (ММВ) |
| 12 | 0,3–3 ТГц | Гипервысокие (ГВЧ) | 1–0,1 мм | Децимиллиметровые (ДММВ) |
Опираясь на принятую десятичную классификацию, ширину спектра соответствующего диапазона определяют по формуле:
. (1)
Эволюцию практического использования диапазонов радиоволн можно обозначить несколькими этапами.
На первом этапе развития радиотехники (примерно до 1918 года), потребности радиосвязи удовлетворялись в основном за счёт использования диапазонов СДВ и ДВ. Электромагнитные волны указанных диапазонов обладают хорошим круглосуточным распространением вокруг Земли и поэтому наиболее пригодны для систем глобальной радиосвязи, радионавигации и морской подвижной радиосвязи.
В то же время, к недостаткам практического использования указанных диапазонов следует отнести: громоздкостью антенных устройств, наличие высокого уровня атмосферных и промышленных помех, низкую пропускную способностью радиотракта.
На втором этапе (примерно до 1940года), с появлением и развитием таких областей прикладной радиотехники как: радиосвязь и радиовещание, радионавигация и радиолокация, возникла необходимость в использовании более высокого диапазона радиочастот. В частности, стали осваиваться СВ, имеющие те же преимущества и недостатки (но менее выраженные), что и ДВ, а также KB, которые на большие расстояния распространяются путём многократного отражения от земной поверхности и ионосферы. Радиоволны КВ диапазона оказались пригодными не только для глобальной радиосвязи и радиовещания, но и для различных систем подвижной и радиолюбительской связи. Однако в точку приёма радиоволны КВ диапазона как правило приходят различными путями, что приводит к явлению интерференции ЭМВ и, как следствие, к быстрым и глубоким изменениям уровня принимаемого сигнала.
Наконец на третьем, современном этапе, когда быстрыми темпами продолжают развиваться прежние службы радиосвязи и появились новые (подвижная и космическая радиослужбы, телеметрия, телеуправление и др.), радиоспециалисты были вынуждены обратиться и к остальным диапазонам радиоспектра.
Самое широкое применение в различных областях практической деятельности человека нашли MB. Электромагнитные волны этого диапазона слабо подвержены таким явлениям как дифракция и рефракция, но, в то же время, испытывают сильное ослабление при распространении вдоль поверхности Земли. В диапазоне МВ уровень атмосферных и индустриальных радиопомех значительно меньше, чем в выше рассмотренных диапазонах и поэтому доминирующими становятся помехи космического происхождения.
Распространение ДМВ и СМВ, так же как и МВ ограничивается, как правило, областью прямой видимости. Однако за счет механизма рассеяния и отражения электромагнитных волн слабыми неоднородностями тропосферы, экспериментально обнаруженного в начале 50-х годов, радиосвязь в этих диапазонах может осуществляться и на значительно большие расстояния, чем расстояние прямой видимости.
ДМВ и СМВ используются, как правило, в радиолокации, радионавигации, телевидении, в системах радиорелейной, тропосферной и космической связи, так как в этих диапазонах острую направленность антенн можно получить в совокупности с относительно небольшими их габаритами. Кроме этого, практическое отсутствие в диапазонах ДМВ и СМВ индустриальных радиопомех, а также слабой зависимости условий распространения ЭМВ от метеорологических условий, времени суток и года, увеличивает привлекательность их дальнейшего использования.
Несмотря на многолетние исследования, ММВ и ДММВ используются пока еще недостаточно широко. Основной причиной отсутствия значительного прогресс в области их практического применения является сильная зависимость условий распространения ЭМВ указанных диапазонов от дождя, снега, тумана, облаков, пылевых образований и других природных явлений.
Следует подчеркнуть, что нарезание одинаковых по перекрытию участков (10:1) придаёт современной системе классификации несколько формальный, искусственный характер.
Резкие разграничения в свойствах волн различных диапазонов при таком подходе отсутствуют, и сами диапазоны плавно переходят один в другой. Тем не менее, благодаря четкости и простоте, такое деление полностью оправдало себя.
Гораздо более сложным и строгим является деление радиоволн по механизмам и способам распространения. В принципе, в природе существует единый процесс возбуждения электромагнитного поля во всём окружающем пространстве. Однако в общем случае строгий метод расчета такого поля в настоящее время недоступен. В то же время, на реальных радиотрассах большая часть энергии поля сигнала переносится в пункт приёма за счет одного, преобладающего механизма распространения. Поэтому классификацию ЭМВ по способу их распространения целесообразно увязывать с такими присущими им явлениями как рефракция, дифракция, рассеяние, отражение и преломление показанными на рисунках (7¸10).
 |
Радиоволны, излучаемые передающей антенной могут распространяться в атмосфере Земли, вдоль ее поверхности, в толще
Земли и в космосе достигая точки приема по траекториям, показанным на рисунке 11.
 |
В зависимости от вида траектории ЭМВ различают:
1) прямые РВ – рисунок 11г;
2) поверхностные РВ – рисунок 11а;
3) тропосферные РВ – рисунок 11в;
4) ионосферные РВ – рисунок 11б.
Прямые волны – это радиоволны, распространяющиеся в однородной или слабонеоднородной среде, в частности, в космическом пространстве, по прямолинейным (или близким к ним) траекториям.
Поверхностные волны – радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции.
Тропосферные волны – радиоволны, распространяющиеся на значительные (примерно до 1000км) расстояния за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы.
Ионосферные волны – радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния в результате однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.
Параметры антенн.
Любая радиолиния включает в себя передающее и приемное устройства, неотъемлемым элементом которых являются антенны, обеспечивающие излучение и прием электромагнитных волн. Эти антенны называются соответственно передающими и приемными. Передающая антенна преобразует энергию высокочастотных колебаний токов или полей, поступающих от передатчика, в энергию излучаемых в пространство электромагнитных волн. Приемная антенна преобразует энергию электромагнитных волн, принятых из окружающего ее пространства, в энергию высокочастотных колебаний токов или полей, поступающих от антенны во входные цепи приемника. Антенны (кроме активных) обладают свойством обратимости, т.е. любая из них, в принципе, может работать как в режиме приема, так и в режиме передачи.
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
Классификация радиоволн и параметры антенных устройств (стр. 1 из 2)
АКАДЕМИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Физика
Тема: «Классификация радиоволн и параметры антенных устройств».
2008
Содержание
Введение…………….……………………………………………….……………3
Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения…….4
Параметры антенн…………………………………….…………………………..9
Заключение…………………………………………………………………….…14
Список литературы……………………………………………………………….15
Введение
В настоящее время широкое распространение получила техника связи, в которой используется приемо-передатчик, работающий в диапазоне радиоволн. Но мало кому известно, что это за волны, каковы принципы передачи информации с их помощью. В данной работе мы постараемся на доступном уровне рассказать о классификации радиоволн, о способах их распространения, а также проанализируем основные параметры радиопередающих антенных устройств. Ведь в современном мире радиосвязь, радиовещание имеют огромное значение.
Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения.
Одной из важнейших характеристик любой реальной радиолинии, является преобладающий способ распространения электромагнитной волны. Он ограничивает максимальную дальность связи и скорость передачи информации, определяет медианный множитель ослабления, период и глубину замираний сигнала, условия ЭМС различных радиоэлектронных средств и т. д. В свою очередь преобладание того или иного способа распространения на данной трассе определяется рабочей частотой. Поэтому, большую практическую значимость имеет деление радиоволн по диапазонам частот (волн) и по способам их распространения.
Деление радиочастот и радиоволн на диапазоны, установлено международным регламентом радиосвязи. В соответствии с этим регламентом весь спектр электромагнитных волн и частот делят на ряд диапазонов, номера которых «n» определяют их нижние (исключительно) 0,3×10n Гц и верхние (включительно) 3×10n Гц частоты. При этом часть свободно распространяющихся в природных условиях ЭМВ, использующихся в радиотехнике для передачи сигналов, называют радиоволнами. К радиоволнам относятся диапазоны с n= 4¸12, наименование которых приведено в таблице 1.
Таблица 1
Опираясь на принятую десятичную классификацию, ширину спектра соответствующего диапазона определяют по формуле:
. (1)Эволюцию практического использования диапазонов радиоволн можно обозначить несколькими этапами.
На первом этапе развития радиотехники (примерно до 1918 года), потребности радиосвязи удовлетворялись в основном за счёт использования диапазонов СДВ и ДВ. Электромагнитные волны указанных диапазонов обладают хорошим круглосуточным распространением вокруг Земли и поэтому наиболее пригодны для систем глобальной радиосвязи, радионавигации и морской подвижной радиосвязи.
В то же время, к недостаткам практического использования указанных диапазонов следует отнести: громоздкостью антенных устройств, наличие высокого уровня атмосферных и промышленных помех, низкую пропускную способностью радиотракта.
На втором этапе (примерно до 1940года), с появлением и развитием таких областей прикладной радиотехники как: радиосвязь и радиовещание, радионавигация и радиолокация, возникла необходимость в использовании более высокого диапазона радиочастот. В частности, стали осваиваться СВ, имеющие те же преимущества и недостатки (но менее выраженные), что и ДВ, а также KB, которые на большие расстояния распространяются путём многократного отражения от земной поверхности и ионосферы. Радиоволны КВ диапазона оказались пригодными не только для глобальной радиосвязи и радиовещания, но и для различных систем подвижной и радиолюбительской связи. Однако в точку приёма радиоволны КВ диапазона как правило приходят различными путями, что приводит к явлению интерференции ЭМВ и, как следствие, к быстрым и глубоким изменениям уровня принимаемого сигнала.
Наконец на третьем, современном этапе, когда быстрыми темпами продолжают развиваться прежние службы радиосвязи и появились новые (подвижная и космическая радиослужбы, телеметрия, телеуправление и др.), радиоспециалисты были вынуждены обратиться и к остальным диапазонам радиоспектра.
Самое широкое применение в различных областях практической деятельности человека нашли MB. Электромагнитные волны этого диапазона слабо подвержены таким явлениям как дифракция и рефракция, но, в то же время, испытывают сильное ослабление при распространении вдоль поверхности Земли. В диапазоне МВ уровень атмосферных и индустриальных радиопомех значительно меньше, чем в выше рассмотренных диапазонах и поэтому доминирующими становятся помехи космического происхождения.
Распространение ДМВ и СМВ, так же как и МВ ограничивается, как правило, областью прямой видимости. Однако за счет механизма рассеяния и отражения электромагнитных волн слабыми неоднородностями тропосферы, экспериментально обнаруженного в начале 50-х годов, радиосвязь в этих диапазонах может осуществляться и на значительно большие расстояния, чем расстояние прямой видимости.
ДМВ и СМВ используются, как правило, в радиолокации, радионавигации, телевидении, в системах радиорелейной, тропосферной и космической связи, так как в этих диапазонах острую направленность антенн можно получить в совокупности с относительно небольшими их габаритами. Кроме этого, практическое отсутствие в диапазонах ДМВ и СМВ индустриальных радиопомех, а также слабой зависимости условий распространения ЭМВ от метеорологических условий, времени суток и года, увеличивает привлекательность их дальнейшего использования.
Несмотря на многолетние исследования, ММВ и ДММВ используются пока еще недостаточно широко. Основной причиной отсутствия значительного прогресс в области их практического применения является сильная зависимость условий распространения ЭМВ указанных диапазонов от дождя, снега, тумана, облаков, пылевых образований и других природных явлений.
Следует подчеркнуть, что нарезание одинаковых по перекрытию участков (10:1) придаёт современной системе классификации несколько формальный, искусственный характер.
Резкие разграничения в свойствах волн различных диапазонов при таком подходе отсутствуют, и сами диапазоны плавно переходят один в другой. Тем не менее, благодаря четкости и простоте, такое деление полностью оправдало себя.
Гораздо более сложным и строгим является деление радиоволн по механизмам и способам распространения. В принципе, в природе существует единый процесс возбуждения электромагнитного поля во всём окружающем пространстве. Однако в общем случае строгий метод расчета такого поля в настоящее время недоступен. В то же время, на реальных радиотрассах большая часть энергии поля сигнала переносится в пункт приёма за счет одного, преобладающего механизма распространения. Поэтому классификацию ЭМВ по способу их распространения целесообразно увязывать с такими присущими им явлениями как рефракция, дифракция, рассеяние, отражение и преломление показанными на рисунках (7¸10).
Радиоволны, излучаемые передающей антенной могут распространяться в атмосфере Земли, вдоль ее поверхности, в толще
Земли и в космосе достигая точки приема по траекториям, показанным на рисунке 11.
В зависимости от вида траектории ЭМВ различают:
1) прямые РВ – рисунок 11г;
2) поверхностные РВ – рисунок 11а;
3) тропосферные РВ – рисунок 11в;
4) ионосферные РВ – рисунок 11б.
Прямые волны – это радиоволны, распространяющиеся в однородной или слабонеоднородной среде, в частности, в космическом пространстве, по прямолинейным (или близким к ним) траекториям.
Поверхностные волны – радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции.
Тропосферные волны – радиоволны, распространяющиеся на значительные (примерно до 1000км) расстояния за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы.
Ионосферные волны – радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния в результате однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.
Параметры антенн.
Любая радиолиния включает в себя передающее и приемное устройства, неотъемлемым элементом которых являются антенны, обеспечивающие излучение и прием электромагнитных волн. Эти антенны называются соответственно передающими и приемными. Передающая антенна преобразует энергию высокочастотных колебаний токов или полей, поступающих от передатчика, в энергию излучаемых в пространство электромагнитных волн. Приемная антенна преобразует энергию электромагнитных волн, принятых из окружающего ее пространства, в энергию высокочастотных колебаний токов или полей, поступающих от антенны во входные цепи приемника. Антенны (кроме активных) обладают свойством обратимости, т.е. любая из них, в принципе, может работать как в режиме приема, так и в режиме передачи.
5.11. Классификация радиоволн по диапазонам
Весь диапазон частот от 3 кГц до 300 ГГц радиоволн, в соответствии с рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ), принято делить на восемь диапазонов, границы которых (по частоте и длине волны) и соответствующие названия приведены в табл. 5.3. В этой же таблице приведена краткая информация об особенностях распространения, отражения и излучения радиоволн соответствующего диапазона и его использовании.
таблица 5.3 – Классификация радиоволн по диапазонам
Границы диапазона | Наименование диапазона | Особенности распространения, отражения и излучения волн. Использование диапазона |
1 | 2 | 3 |
3…30 кГц (10…100 км) | Очень низкие частоты (ОНЧ) (Мириаметровые волны) | Проникают вглубь почвы и воды. Очень мало поглощаются в Земле и огибают ее. Отражаются от ионосферы и днем, и ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны очень громоздкие. В основном используется в низкоскоростных глобальных системах передачи информации и глобальных системах радионавигации |
30…300 кГц (1…10 км) | Низкие частоты (НЧ) (Километровые волны) | Мало поглощаются в Земле и частично огибают ее. Отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Громоздкие антенны. В системах передачи информации используется мало. В основном используется в системах дальней навигации |
Окончание табл. 5.3
1 | 2 | 3 | ||
0,3 … 3 МГц (100 … 1000 м) | Средние частоты (СЧ) Гектометровые волны | Поглощаются в Земле. Интенсивно отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны средних размеров. В основном используется в радиовещании и системах радионавигации средних дальностей | ||
3 … 30 МГц (10 … 100 м) | Высокие частоты (ВЧ) Декаметровые волны | Сильно поглощаются в Земле. Интенсивно, но с малыми потерями и избирательно отражаются от ионосферы. Слабо отражаются от обычных объектов. Антенны небольших размеров. В основном используются в радиовещании и системах связи на большие расстояния с низкой скоростью передачи, в том числе для подвижных объектов и в труднодоступных районах | ||
30 … 300 МГц (1 … 10 м) | Очень высокие частоты (ОВЧ) Метровые волны | Очень сильно поглощаются в Земле. Не отражаются от ионосферы. Распространяются в пределах прямой видимости. Интенсивно отражаются от обычных объектов. Антенны компактные. Используется в радиовещании и телевидении, в системах связи с подвижными объектами, в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
0,3 … 3 ГГц (0,1 … 1 м) | Ультравысокие частоты (УВЧ) Дециметровые волны | Распространяются только в пределах прямой видимости. Не отражаются от ионосферы. Интенсивно отражаются от обычных объектов. Антенны компактные. Используется в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
3 … 30 ГГц (1 … 10 см) | Сверхвысокие частоты (СВЧ) Сантиметровые волны | Распространяется только в пределах прямой видимости. Избирательно поглощаются в атмосфере. Интенсивно отражаются от объектов. Антенны компактные. Используется в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
30 … 300 ГГц (0,1 … 1 см) | Крайне высокие частоты (КВЧ) Миллиметровые волны | Сильно поглощаются в атмосферных образованиях (дождь, туман, пыль). Антенны компактные. Используются в радиорелейных и спутниковых системах связи | ||
