Радиоволны и частоты

ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати, свет это тоже электромагнитные волны, обладающие схожими с радиоволнами свойствами (отражение, преломление, затухание и т.п.).

Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.

Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны в метрах рассчитывается по формуле:

 или примерно ,
где f – частота электромагнитного излучения в МГц.

Из формулы видно, что, например, частоте 1 МГц соответствует длина волны ок. 300 м. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением – догадайтесь сами. В дальнейшем мы убедимся, что длина волны напрямую влияет на длину антенны для радиосвязи.

Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волн встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток. Но не вся энергия волны поглощается проводником, часть ее отражается от его поверхности и либо уходит обратно, либо рассеивается в пространстве. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации.

Еще одним полезным свойством электромагнитных волн является их способность огибать на своем пути некоторые препятствия. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры объекта меньше, чем длина волны, или сравнимы с ней. Например, чтобы обнаружить самолет, длина радиоволны локатора должна быть меньше его геометрических размеров (менее 10 м). Если же тело больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Но может и не отразить. Вспомните военную технологию снижения заметности «Stealth», в рамках которой разработаны соответствующие геометрические формы, радиопоглощающие материалы и покрытия для уменьшения заметности объектов для локаторов.

Энергия, которую несут электромагнитные волны, зависит от мощности генератора (излучателя) и расстояния до него. По научному это звучит так: поток энергии, приходящийся на единицу площади, прямо пропорционален мощности излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от мощности передатчика, но в гораздо большей степени от расстояния до него.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА

Радиоволны, используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами (по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой.

Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются.

Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:

Диапазон частот	Наименование диапазона частот	Наименование диапазона волн	Длина волны
3–30 кГц	Очень низкие частоты (ОНЧ)	Мириаметровые	100–10 км
30–300 кГц	Низкие частоты (НЧ)	Километровые	10–1 км
300–3000 кГц	Средние частоты (СЧ)	Гектометровые	1–0.1 км
3–30 МГц	Высокие частоты (ВЧ)	Декаметровые	100–10 м
30–300 МГц	Очень высокие частоты (ОВЧ)	Метровые	10–1 м
300–3000 МГц	Ультравысокие частоты (УВЧ)	Дециметровые	1–0.1 м
3–30 ГГц	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	Сантиметровые	10–1 см
30–300 ГГц	Крайневысокие частоты (КВЧ)	Миллиметровые	10–1 мм
300–3000 ГГц	Гипервысокие частоты (ГВЧ)	Децимиллиметровые	1–0.1 мм

Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.

Распределение спектра между различными службами.

Эта разбивка довольно запутана, поэтому многие службы используют свою «внутреннюю» терминологию. Обычно при обозначении диапазонов выделенных для наземной подвижной связи используются следующие названия:

Термин	Диапазон частот	Пояснения
КВ	2–30 МГц	Из-за особенностей распространения в основном применяется для дальней связи.
«Си-Би»	25.6–30.1 МГц	Гражданский диапазон, в котором могут пользоваться связью частные лица. В разных странах на этом участке выделено от 40 до 80 фиксированных частот (каналов).
«Low Band»	33–50 МГц	Диапазон подвижной наземной связи. Непонятно почему, но в русском языке не нашлось термина, определяющего данный диапазон.
УКВ	136–174 МГц	Наиболее распространенный диапазон подвижной наземной связи.
ДЦВ	400–512 МГц	Диапазон подвижной наземной связи. Иногда не выделяют этот участок в отдельный диапазон, а говорят УКВ, подразумевая полосу частот от 136 до 512 МГц.
«800 МГц»	806–825 и 851–870 МГц	Традиционный «американский» диапазон; широко используется подвижной связью в США. У нас не получил особого распространения.

Не надо путать официальные наименования диапазонов частот с названиями участков, выделенных для различных служб. Стоит отметить, что основные мировые производители оборудования для подвижной наземной связи выпускают модели, рассчитанные на работу в пределах именно этих участков.

В дальнейшем мы будем говорить о свойствах радиоволн применительно к их использованию в наземной подвижной радиосвязи.

КАК РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ РАДИОВОЛНЫ

Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.

Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота).

Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну.

Передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров, причем уровень сигнала уменьшается плавно, без скачков. Средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров. Что же касается коротких волн, то их энергия резко убывает по мере удаления от передатчика. Этим объясняется тот факт, что на заре развития радио для связи в основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны короче 100 метров вообще считались непригодными для дальней связи.

Однако дальнейшие исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.

Еще в 1902 английский математик Оливер Хевисайд (Oliver Heaviside) и американский инженер-электрик Артур Эдвин Кеннелли (Arthur Edwin Kennelly) практически одновременно предсказали, что над Землей существует ионизированный слой воздуха – естественное зеркало, отражающее электромагнитные волны. Этот слой был назван ионосферой.

Ионосфера Земли должна была позволить увеличить дальность распространения радиоволн на расстояния, превышающие прямую видимость. Экспериментально это предположение было доказано в 1923. Радиочастотные импульсы передавались вертикально вверх и принимались вернувшиеся сигналы. Измерения времени между посылкой и приемом импульсов позволили определить высоту и количество слоев отражения.

Распространение длинных и коротких волн.

Отразившись от ионосферы, короткие волны возвращаются к Земле, оставив под собой сотни километров «мертвой зоны». Пропутешествовав к ионосфере и обратно, волна не «успокаивается», а отражается от поверхности Земли и вновь устремляется к ионосфере, где опять отражается и т. д. Так, многократно отражаясь, радиоволна может несколько раз обогнуть земной шар.

Установлено, что высота отражения зависит в первую очередь от длины волны. Чем короче волна, тем на большей высоте происходит ее отражение и, следовательно, больше «мертвая зона». Эта зависимость верна лишь для коротковолновой части спектра (примерно до 25–30 МГц). Для более коротких волн ионосфера прозрачна. Волны пронизывают ее насквозь и уходят в космическое пространство.

Из рисунка видно, что отражение зависит не только от частоты, но и от времени суток. Это связано с тем, что ионосфера ионизируется солнечным излучением и с наступлением темноты постепенно теряет свою отражательную способность. Степень ионизации также зависит от солнечной активности, которая меняется в течение года и из года в год по семилетнему циклу.

Отражательные слои ионосферы и распространение коротких волн в зависимости от частоты и времени суток.

Радиоволны УКВ диапазона по свойствам в большей степени напоминают световые лучи. Они практически не отражаются от ионосферы, очень незначительно огибают земную поверхность и распространяются в пределах прямой видимости. Поэтому дальность действия ультракоротких волн невелика. Но в этом есть определенное преимущество для радиосвязи. Поскольку в диапазоне УКВ волны распространяются в пределах прямой видимости, то можно располагать радиостанции на расстоянии 150–200 км друг от друга без взаимного влияния. А это позволяет многократно использовать одну и ту же частоту соседним станциям.

Распространение коротких и ультракоротких волн.

Свойства радиоволн диапазонов ДЦВ и 800 МГц еще более близки к световым лучам и потому обладают еще одним интересным и важным свойством. Вспомним, как устроен фонарик. Свет от лампочки, расположенной в фокусе рефлектора, собирается в узкий пучок лучей, который можно послать в любом направлении. Примерно то же самое можно проделать и с высокочастотными радиоволнами. Можно их собирать зеркалами-антеннами и посылать узкими пучками. Для низкочастотных волн такую антенну построить невозможно, так как слишком велики были бы ее размеры (диаметр зеркала должен быть намного больше, чем длина волны).

Возможность направленного излучения волн позволяет повысить эффективность системы связи. Связано это с тем, что узкий луч обеспечивает меньшее рассеивание энергии в побочных направлениях, что позволяет применять менее мощные передатчики для достижения заданной дальности связи. Направленное излучение создает меньше помех другим системам связи, находящимся не в створе луча.

При приеме радиоволн также могут использоваться достоинства направленного излучения. Например, многие знакомы с параболическими спутниковыми антеннами, фокусирующими излучение спутникового передатчика в точку, где установлен приемный датчик. Применение направленных приемных антенн в радиоастрономии позволило сделать множество фундаментальных научных открытий. Возможность фокусирования высокочастотных радиоволн обеспечила их широкое применение в радиолокации, радиорелейной связи, спутниковом вещании, беспроводной передаче данных и т.п.

Параболическая направленная спутниковая антенна (фото с сайта ru.wikipedia.org).

Необходимо отметить, что с уменьшением длины волны возрастает затухание и поглощение энергии в атмосфере. В частности на распространение волн короче 1 см начинают влиять такие явления как туман, дождь, облака, которые могут стать серьезной помехой, ограничивающей дальность связи.

Мы выяснили, что радиоволны обладают различными свойствами распространения в зависимости от длины волны и каждый участок радиоспектра применяется там, где лучше всего используются его преимущества.

Введение

Введение Введение (КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОВОЛН ПО ДИАПАЗОНАМ ЧАСТОТ И СПОСОБУ РАСПРОСТРАНЕНИЯ)

   Каждая система передачи сигналов состоит из трех основных частей: передающего устройства, приемного устройства и промежуточного звена — соединяющей линии. В радиолинии роль промежуточного звена выполняет среда, пространство, в котором распространяются радиоволны. В реферате рассматривается распространение радиоволн по естественным трассам, т.е. в условиях, когда средой служат поверхность и атмосфера Земли или космическое пространство. Среда является тем звеном в радиолинии, которое практически не поддается управлению. В свободном пространстве радиоволны распространяются прямолинейно со скоростью  м/с и не испытывают поглощения.

   Влияние среды на распространение радиоволн проявляется в изменении (большей частью уменьшении) амплитуды поля волны, изменении скорости и направления распространения волны, в повороте плоскости поляризации волны, в искажении передаваемых сигналов. В связи с этим при исследовании распространения радиоволн возникают следующие основные задачи:

   расчет энергетических параметров радиолинии—выбор мощности передающего устройства или определение мощности сигнала на входе приемного устройства; определение оптимальной рабочей волны при заданных условиях распространения определение истинной скорости и истинного направления прихода сигнала;

    изучение возможных искажений передаваемого сигнала и разработка мер по их устранению.

  Для решения этих задач необходимо изучать электрические свойства поверхности и атмосферы Земли и космического пространства, а также физические процессы, происходящие при распространении радиоволн.

  Условия распространения радиоволн по естественным трассам определяются многими факторами, так что полный их анализ оказывается слишком сложным. Поэтому в каждом конкретном случае строят модель трассы распространения радиоволн, выделяя те факторы, которые оказывают основное воздействие.

   Земная поверхность оказывает существенное влияние на распространение радиоволн: в полупроводящей поверхности Земли радиоволны поглощаются; при падении на земную поверхность они отражаются; сферичность земной поверхности (средний радиус земного шара равен 6370 км) препятствует прямолинейному распространению радиоволн. Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости (в масштабе длины волны) от поверхности Земли, будем называть земными радиоволнами.

   При теоретическом рассмотрении условий распространения земных радиоволн атмосферу считают сначала непоглощающей средой с относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями, равными единице, а затем вносят необходимые поправки.

   В окружающей земной шар атмосфере различают две области, оказывающие влияние на распространение радиоволн: тропосферу и ионосферу. Тропосферой называется приземная область атмосферы, простирающаяся до высоты примерно 10—15 км. Тропосфера неоднородна как в вертикальном направлении, так и вдоль земной поверхности, кроме того, ее электрические параметры меняются при изменении метеорологических условий. Тропосфера влияет на распространение земных волн и обеспечивает распространение так называемых тропосферных волн. Распространение тропосферных волн связано с рефракцией (искривлением траектории волны) в неоднородной тропосфере, а также с рассеянием и отражением радиоволн от неоднородностей тропосферы. Ионосферой называется область атмосферы, начинающаяся от высоты 50—80 км и простирающаяся примерно до 10000 км над поверхностью Земли. В этой области плотность газа весьма мала и газ ионизирован, т. е. имеется большое число свободных электронов (примерно  электронов в 1  воздуха). Присутствие свободных электронов существенно влияет на электрические свойства газа и обусловливает возможность отражения радиоволн от ионосферы. Путем последовательного отражения от ионосферы и поверхности Земли радиоволны распространяются на очень большие расстояния (например, короткие волны могут несколько раз огибать земной шар). Ионосфера является неоднородной средой, и радиоволны рассеиваются в ней, что также обусловливает возможность распространения радиоволн на большие расстояния. Радиоволны, распространяющиеся путем отражения от ионосферы или рассеяния в ней, будем называть ионосферными волнами. На условия распространения ионосферных волн свойства земной поверхности и тропосферы влияют мало.

   За пределами ионосферы плотность газа и электронная плотность уменьшаются и на расстоянии, равном 3—4,5 радиусам земного шара, атмосфера Земли переходит в космическое пространство, где газ полностью ионизирован, плотность протонов равна плотности электронов и составляет всего 2—20 эл/. Условия распространения радиоволн в космосе близки к условиям распространения в свободном пространстве. Таким образом, оказывается возможным рассматривать раздельно влияние на распространение радиоволн земной поверхности, тропосферы, ионосферы и космического пространства.

    К радиоволнам относят электромагнитные колебания, длина волны которых лежит в пределах от  до
м, что соответствует частотам колебаний от15 до  МГц.

    В зависимости от длины рабочей волны влияние одной и той же среды проявляется в большей или меньшей степени. В связи с этим для удобства выбора модели трассы электромагнитные волны делят; на диапазоны, как указано в табл. 1. Волны каждого из диапазонов имеют свои особенности распространения, но на границах диапазонов не существует резких изменений этих особенностей.
 

 Таблица 1.
  Распределение электромагнитных волн по диапазонам

Диапазон	Длина волны в свободном пространстве, м	Частота, МГц	Область применения
Сверх длинные волны (СДВ)	100 000-10 000	3e-3 — 3e-2	Радионавигация, радиотелеграфная связь, метеослужба
Длинные волны  (ДВ)	10000-1000	3e-2 — 3e-1	Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание,  радионавигация
Средние волны (СВ)	1000-100	3e-1 — 3	Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание,  радионавигация
Короткие волны (КВ)	100-10	3 — 30	Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радиолюбительская связь
Ультракороткие волны (УКВ): метровые   дециметровые   сантиметровые   миллиметровые	10-0.001 10-1 1-0.1 0.1-0.01 0.01-0.001	30 — 3e5 30 — 300 300 — 3000 3000-30000 3e4 — 3e5	Радиовещание,  телевидение, радиолокация, космическая радиосвязь, радиолюбительская связь Телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, космическая радиосвязь Радиолокация, радиорелейная связь, космическая радиосвязь Радионавигация и т.д.
Волны оптического диапазона: инфракрасные видимые и световые ультрафиолетовые	1e-3 — 7,5e-7 7,5e-7 — 4e-7 4e-7 — 20e-10	3e5-4e8 4e8-7,5e8 7,5e8-15e10	Квантовая радиоэлектроника, пассивная и активная радиолокация

           

---

Классификация радиоволн по диапазонам — Меандр — занимательная электроника

В таблице приведено принятое в научно-технической литературе деление радиоволн на диапазоны и указаны области их применения.

Диапазон радиоволн	Длина волны, м	Частота, МГц	Область применения
Сверхдлинные (СВД)	105 – 104	3•10-3 – 3•10-2	Радиотелеграфная связь, передача     метеосводок и сигналов точного времени, связь с подводными лодками.
Длинные (ДВ)	104 – 103	3•10-2 – 3•10-1	Радиовещание, радиотелефонная и радиотеле­графная связь, радио­навигация.
Средние (СВ) Короткие (КБ)	103 – 102 100 – 10	3 • 10-1– 3 3 – 30	То же. Радиовещание, радиотелеграфная и радиолюбительская связь, связь с кораблями, спутииками и др.
метровые дециметровые сантиметров миллиметровые	10  – 1 1 – 0,1 0,1 – 0,01 0,01-0,001	30– 300 300 – 3•103 3•103– 3•104 3•104 – 3•105	Радиовещание, телевиде­ние, радиолокация, космическая радио­связь, радиолюбитель­ская связь и др. Телевидение, радиолокация, астронавигация и др. Радиолокация и др.
Примечание. В настоящее время для передачи радиосигнала с помощью квантовых приборов используют электромагнитные колебания оптического диапазона.

 

Классификация радиоволн и параметры антенных устройств реферат по физике

АКАДЕМИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЕФЕРАТ По дисциплине: Физика Тема: «Классификация радиоволн и параметры антенных устройств». 2008 Содержание Введение…………….. нение иначе нннн 3 Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения……. 4 Параметры антенн…….. …9 Заключение………. иен иене нити тненннь 14 Список литературы…………. нение ини ененинн 15 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 F 0B 810). 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. Параметры и характеристики передающих антенн Принципиальным отличием передающей антенны от других, применяемых в радиотехнической аппаратуре устройств, является создание с ее помощью электромагнитного волнового поля излучения. Антенна по отношению к передатчику с одной стороны выполняет функцию нагрузки, поглощающей вырабатываемую им энергию. При этом, в общем случае, входное сопротивление антенны является комплексным. (2) где – активная составляющая входного сопротивления, равная сумме сопротивлений излучения и потерь, отнесенных к входным клеммам антенны; F 02 D реактивная составляющая входного сопротивления, соответствующая мощности реактивных полей вокруг антенны . С другой стороны часть потребляемой энергии излучается антенной в виде свободно распространяющихся электромагнитных волн. Принимая во внимание эти два обстоятельства, антенну следует считать преобразователем энергии важнейшей характеристикой которого является коэффициент полезного действия (КПД). КПД антенны называют отношение излучаемой мощности к общей мощности, подводимой к антенне: (3) Способность антенны излучать электромагнитные волны с различной интенсивностью в разных направлениях характеризуется ее направленными свойствами. Создаваемое антенной в дальней зоне электромагнитное поле характеризуется амплитудой, поляризацией и фазой вектора электрической напряженности . Эти величины зависят от расстояния и направления излучения, то есть от углов и сферической системы координат. Зависимость амплитуды напряженности поля от направления в пространстве на одинаковом достаточно большом расстоянии от антенны называется характеристикой направленности, то есть (4) Обычно характеристику направленности нормируют к единице путем деления ее на величину максимальной напряженности поля, создаваемой в направлении максимума излучения: . (5) Иногда пользуются понятием характеристики направленности по мощности, которая равна квадрату характеристики направленности по полю. Графическое изображение характеристики направленности называют диаграммой направленности. Построение диаграммы направленности возможно в полярной или прямоугольной системах координат. В общем случае может быть построена пространственная диаграмма направленности, но так как данная процедура весьма затруднительна, то на практике ограничиваются изображением ее наиболее характерных сечений, например сечений двумя ортогональными плоскостями, проходящими через максимум излучения. На рисунке 12.а показана пространственная диаграмма направленности антенны, обладающей остронаправленным излучением, а также изображение этой диаграммы для одной плоскости в полярной (рисунок 12б) и прямоугольной (рисунок 12в) системах координат. Степень концентрации электромагнитной энергии в главном направлении характеризуется шириной главного лепестка (шириной диаграммы направленности). Шириной диаграммы направленности называют угол между двумя направлениями, в пределах которого напряженность поля уменьшается в раз, а мощность F 02 D в два раза по сравнению с ее максимальным значением. На рисунке 13 показан пример определения ширины главного лепестка диаграммы направленности по полю. Для количественной оценки свойства антенны концентрировать излучение энергии ЭМВ в определенном направлении вводят понятие коэффициент направленного действия (КНД), который определяется отношением мощности излучения некоторой воображаемой ненаправленной антенны к мощности излучения данной антенны , создающих в направлении максимума излучения на одинаковом расстоянии равные напряженности поля: , (6) Рис12. Рис.13 Для произвольного направления КНД определяется соотношением: (7) Заключение. Итак, в этой работе мы постарались рассмотреть наиболее широко распространенную классификацию радиоволн. И видим, что она достаточно широка, а современная наука и техника не стоит на месте, а стремительно движется вперед. Возможности радиодиапазона далеко не исчерпаны и таят в себе огромный потенциал для дальнейших исследований, дальнейшего расширения диапазона. Для этого необходимы новые конструкторские решения, которые в частности касаются и антенно-фидерных устройств, составную часть которых, а именно антенное устройство, мы рассмотрели в данном реферате; ознакомились с его основными параметрами. Поэтому считаю, что радиоэлектронику ждет великое будущее, и она сыграет значимую роль в развитии цивилизации. Список литературы. . «Электродинамика и распространение — радиоволн» С.Сергеев, Орел, ВИПС . «Основные закономерности распространения прямых радиоволн и работы радиолиний». Лазоренко, Орел, ВИПС

Классификация радиоволн и параметры антенных устройств (Реферат)

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

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.

Классификация радиоволн по диапазонам и способу распространения — Студопедия

 

При создании конкретных радиолиний, радиоэлектронных средств или радиолокационных станций разработчик имеет возможность задавать параметры как передающей, так и приемной их части, но никакому управлению (кроме специальных случаев) не поддается среда, в которой свободно распространяются радиоволны. Между тем ее физические свойства подвержены непрерывному, часто случайному изменению из-за естественных явлений в природе. Для объяснения и учета этих явлений, оказывающих влияние на распространение радиоволн, необходимо иметь достаточно полные данные о физических свойствах земной атмосферы, поверхности суши, моря, знать, как изменяется среда, где распространяются радиоволны, в течение суток, времени года, солнечной активности.

Замечено, что радиоволны различных диапазонов распространяются по-разному. Именно длина волны определяет особенности распространения энергии радиоволн. Поэтому приведем их классификацию по диапазонам частот (табл. 5.1).

По рекомендациям Международного консультативного комитета по радио (МККР) диапазоны электромагнитных волн в герцах определяются выражением (0,3 – 3) 10^N,где N– порядковый номер диапазона.

В 1992 году МККР (CCIR:- Comiteconsultatifinternationalpourlaradio) был преобразован в InternationalTelecommunicationUnion – RadiocommunicationSector (ITU-R): Сектор радиосвязи Международного Союза Электросвязи (МСЭ).

Принято относить к радиоволнам электромагнитные колебания, длина которых лежит в диапазоне от 10000 км до 0,1 мм, что соответствует частотам колебаний от 30Гц до 3000 ГГц (табл. 5.1). Вплотную к крайне высокой части радиодиапазона примыкают инфракрасный и оптический диапазоны, в которых работают тепловизоры, системы наведения, оптические квантовые генераторы и приемники, инфракрасные и оптические локационные системы, нашедшиеширокое применение в ВМФ.

Таблица 5.1 – Классификация диапазонов частот электромагнитных волн

 

Номер диапазона	Диапазон частот	Наименование, частота	Диапазон волн (длинаволны)	Наименованиеволн	Используемые термины	Область применения
РАДИОВОЛНЫ
	0,03 … 30 кГц	ОНЧ (VLF) Очень низкиечастоты	10000… 10 км	Мириаметровые	Сверхдлинные волны	Радиосвязь с подводными лодками в подводном положении, радионавигация.
	30 … 300 кГц	НЧ (LF) Низкие частоты	10 … 1 км	Километровые	Длинные волны	Радионавигация, передача сигналов точного времени кораблям и судам в море, различного вида оповещений, включая навигационные.
	300 …3000 кГц	СЧ (MF ) Средние частоты	1000 – 100 м	Гектометровые	Средние волны	Радионавигация, радиосвязь с судами, радиовещание, передача прогнозов погоды, навигационных оповещений.
	3 … 30 МГц	ВЧ (HF) Высокие частоты	100 … 10 м	Декаметровые	Короткие волны	Радиосвязь, загоризонтная радиолокация.
	30 … 300 МГц	ОВЧ (VHF) Очень высокие частоты	10 … 1 м	Метровые	Ультракороткиеволны	Радиосвязь, телевидение, радионавигация.
	300 …3000 МГц	УВЧ (UHF) Ультравысокие частоты	100 … 10 см	Дециметровые волны	Ультракороткиеволны	Радиосвязь, радиолокация, телевидение, спутниковая, тропосферная радиосвязь, сотовые системы связи.
	3 …30 ГГц	СВЧ ( SHF ) Сверхвысокиечастоты	10 … 1 см	Сантиметровые волны	Ультракороткие волны	Радиолокация, спутниковая и радиорелейная связь, спутниковое телевидение, промышленный нагрев материалов, медицина.
	30 … 300 ГГц	КВЧ (EHF) Крайне высокие частоты	10 … 1 мм	Миллиметровые волны	Ультракороткиеволны	Радиосвязь за пределами атмосферы,радиолокация, радиорелейная связь.
	300 … 3000 ГГц	ГВЧ (HHF)Гипервысокие частоты	1 … 0, 1 мм	Децимиллиметровые волны		Перспективный диапазон.

 

ИЗЛУЧЕНИЯ
	31012..3,8 1014 Гц	Инфракрасное излучение	100 … 0.78 мкм	Тепловое излучение	Пассивная локация, устройства самонаведения, волоконно-оптические системы связи, лазеры, охранные системы.
	3,8 1014…7,8 1014Гц	Оптическое излучение	0,78 … 0,38 мкм	Видимый свет	Оптическая локация, лазерные гироскопы и дальномеры, космические и лазерные системы связи, промышленная резка металла, медицинские лазеры, лазерное оружие, др.
	7,8 1014…3 1016 Гц	Ультрафиолетовое излучение	0,38 … 0,01 мкм	Ультрафиолетовое излучениесолнца	Охранные системы, медицина.
	3 1016… 3 1019Гц	Рентгеновское излучение	0,01 мкм … 0,00001 мкм	Рентгеновское излучение солнца, радиоактивных материалов	Приборы дефектовки металлов, медицина, рентгеновские приборы и др.

 

В основу деления радиоволн на указанные диапазоны положен десятичный принцип, учитывающий в то же время различия в способах их генерации, приема и особенности распространения волн каждого диапазона.

В оптическом диапазоне по мере уменьшения длины волны все в большей степени проявляется квантовый характер электромагнитного излучения и все меньше его волновые свойства. Поэтому при наименовании диапазонов обычно говорят о сантиметровых, миллиметровых волнах, но об инфракрасном и оптическомизлучении.

Вспомним, чем же характеризуются радиоволны?

Такие характеристики радиоволны, как амплитуда, Н_м, Е_м, ее длина λ видны из рисунка 5.2.

Рисунок 5.2 – Вид электромагнитной волны в среде без потерь

в фиксированный момент времени

 

Длина волны связана с ее частотой простым соотношением

(5.1)

где с=3∙10⁸ м/с – скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве;

f– частота радиоволны, Гц.

Иначе, длина волны — это путь, проходимый волной за период ее колебания. Скорость распространения радиоволны зависит от свойств среды, в которой распространяется волна, т. е. ее диэлектрической Ɛ и магнитной µ проницаемостей:

.(5.2)

Если распространение волны происходит в среде с потерями, то амплитуда ее убывает по закону

.

где z – путь, пройденный волной в среде с потерями;

α–икоэффициент затухания волны в конкретной среде.

Уравнение волны для среды с потерями запишется

. (5.3)

где к=2π/ λ – волновое число.

Другие параметры волны, например, ее поляризация, постоянная распространения, фаза, фронт и луч волны были подробно рассмотрены в части 1 главы 3 данного пособия.

Говоря о свободно распространяющихся радиоволнах, отметим, что распределение поля в пространстве определяется только диаграммами направленности антенн, параметрами суши или моря и атмосферы Земли.

 

 

Рисунок 5.3 – Способы (механизмы) распространения радиоволн

 

В большинстве практических случаев передающий и приемный пункты радиолинии располагаются либо на Земле, либо близко от ее поверхности. Электромагнитные волны, излучаемые передающей антенной, приходят в приемный пункт разными путями, т. е. Земля и окружающая ее атмосфера существенно влияют на характер распространения радиоволн.

Приведем классификацию способов (механизмов) распространения радиоволн в окружающем пространстве.

Волны, распространяющиеся между передающим и приемным пунктами по прямолинейной траектории, называются прямыми, а распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие выпуклость земного шара вследствие явления дифракции получили название поверхностных или земных волн.

Например, радиосвязь между космическими объектами, высоколетящими самолетами, радиолокационное наблюдение за целями осуществляются прямыми радиоволнами (рис. 5.3, а). Распространение электромагнитной энергии прямыми волнами характерно для радиоволн всех диапазонов.

Поверхностные волны также имеют место при распространении радиоволн всех диапазонов. Однако практическое значение поверхностные волны приобретают для длинноволновой части радиодиапазона (рис. 5.3, б).

Радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния (несколько тысяч километров) и способные огибать земной шар в результате отражений от ионизированных слоев атмосферы и поверхности Земли, называются пространственными волнами
(рис. 5.3, в).

Кроме того, к приемному пункту радиолинии могут приходить радиоволны (в диапазоне дециметровых, метровых волн) с расстояний примерно 1 000 км за счет рассеяния в нижнем слое атмосферы, называемом тропосферой. Такие волны получили название тропосферных волн(рис.5.3, г).

 

Основные свойства радиоволн, которые влияют на работу радаров

Широкое применение радиоволн для обнаружения целей и измерения координат обусловлено следующими важными свойствами электромагнитных колебаний:

 — радиоволны распространяются со скоростью света как днем, так и ночью, в простых и сложных метеорологических условиях;

 — радиоволны обладают свойством отражения от любых объектов, которые встречаются на пути их распространения;

 — радиоволны распространяются прямолинейно в однородной среде, что и позволяет использовать их для определения угловых координат и расстояния до целей.

— если радиоволна распространяется в среде отличной от воздуха, то этот процесс сопровождается поглощением энергии;

— радиоволнам свойственна дифракция, то есть огибание препятствий встречающихся на пути. Дифракция наиболее сильно проявляется в том случае, когда размеры препятствия сравнимы с длиной волны;

— радиоволнам свойственна интерференция, то есть сложение двух волн одной и той же частоты, которые созданы одним источником;

— радиоволны обладают способностью прохождения через некоторые неметаллические материалы, при минимальном их отражении.

 

Чем короче длина волны – тем менее она подвержена помехам и затуханиям, проникающая способность увеличивается, огибающая способность уменьшается. Если размер препятствия меньше, чем длина волны, то она его огибает и на коротких расстояниях дождь и туман не оказывает сильного влияния на работу датчика «Аркен» (76 метров) и детектора транспорта «Аркен Кросс» (42 метра).

Применительно к радиолокационным датчикам дифракция и интерференция может оказывать негативное последствие, вследствие которого возможны ошибочные обнаружения транспортных средств в тех местах, где на самом деле их нет.

Для избежания негативного влияния интерференции, датчики не устанавливают напротив плоских металлических предметов, таких как дорожные знаки, рекламные щиты и иные предметы, обладающие высокой отражающей способностью.

различных типов волн — Радиоволны

В частности, существует два широких класса волн: механические волны, которые должны проходить через физическую материю, чтобы распространяться, и электромагнитные волны, которые не должны этого делать.

Механические и акустические волны
Простое постукивание пальцем по углу стола создает механические волны, которые распространяются в воздухе (звук постукивания) и в столе (в виде вибрации. Другой пример — волны на воде — от ряби. на пруду до приливной волны.К этой категории относятся сейсмические волны: они создаются глубокими геологическими толчками и распространяются через земную кору.
На другом конце шкалы, потянув за натянутую резиновую ленту, она начинает вибрировать, генерируя механические волны, которые проходят через резину.
Звук еще более универсален: это волна, генерируемая механической вибрацией материала и движущаяся через воздух или воду. Эти так называемые акустические волны особенно просты в использовании и настраиваются или «модулируются»: если говорить в том или ином направлении, кричать или шептать — каждое такое изменение приведет к изменению длины волны, амплитуды и частоты звука.

Электромагнитные поля
Электромагнитные волны (также известные как электромагнитные поля или ЭМП) образуют одинаково разнообразную категорию, которую можно классифицировать по полосам частот: это известно как электромагнитный «спектр». Он простирается от самых низких частот (например, линий электропередач) до самых высоких частот (УФ, рентгеновские лучи, гамма-лучи). Между ними находятся радиоволны (или радиочастоты), которые встречаются естественным образом и используются в связи, и, конечно же, свет. Все, что видят наши глаза, передается ЭМП, частота или цвет которых соответствует «видимой» полосе спектра.Что же тогда отличает ЭМП от акустических волн? Они, ЭМП, не нуждаются в какой-либо среде для перемещения с очень высокой скоростью на огромные расстояния (например, звездный свет), или для путешествия через пустое пространство или через определенные материалы.

Ионизирующие и неионизирующие волны: путаница недопустима!
Частота волны также отражает количество энергии, которое она может нести. На очень высоких частотах, то есть намного выше видимого спектра, это количество энергии настолько велико, что может изменить структуру вещества, которое пересекает: например, изменяя молекулу, высвобождая электрон из атома и т. Д. превращая его в ион.
Эта категория волн, известная как «ионизирующее излучение», представляет опасность для здоровья в случае длительного воздействия. Вот почему не рекомендуется тратить слишком много средств на ультрафиолетовые солярии, а операторы медицинской визуализации прячутся за рентгеновскими экранами и свинцовыми фартуками.

И наоборот, все волны ниже видимого спектра (и особенно радиоволны) не несут достаточной энергии для разрыва атомной или молекулярной связи.

Многие виды использования
У разных частотных диапазонов есть свои приложения, в том числе следующие:
Низкие и очень низкие частоты (ниже 50 кГц) используются в некоторых подводных коммуникациях (гидрофон) или даже в металлодетекторах и излучаются по линиям передачи электроэнергии.
Примерно от 100 кГц до 300 ГГц радиочастоты являются предпочтительным диапазоном спектра для телекоммуникаций: радио, телевидение, радар, беспроводная телефония, мобильная телефония, Wi-Fi и т. Д.
Инфракрасные волны используются в пультах дистанционного управления, в ночное время. оборудование для зрения или даже такие устройства, как лампы для инкубаторов. При условии принятия особых мер безопасности ионизирующее излучение также имеет свое применение. Таким образом, ультрафиолетовые лучи лежат в основе таких разнообразных применений, как солярии, детекторы фальшивых банкнот и устройства для секвенирования ДНК.
Именно в верхнем ультрафиолетовом диапазоне происходит переход от неионизирующего излучения к ионизирующему. И, при соблюдении определенных правил безопасности, ионизирующее излучение может быть полезным. Рентгеновские лучи используются для медицинской радиоскопии, а также для безопасности общественных мест (сканеры багажа), а также в промышленности, особенно для проверки металлических деталей, таких как лопасти реактивных турбин. Наконец, гамма-лучи имеют несколько медицинских применений в диагностике (сцинтиграфия) и терапии (лучевая терапия).

Диапазоны радиочастот | TeraSense

Сертифицированный спектральный диапазон наших камер формирования изображений суб-терагерцового диапазона (50 ГГц — 0.7 ТГц) граничит с другими участками электромагнитного спектра, поэтому имеет смысл кратко описать соседние участки и их особенности.

Радиоспектр (также известный как радиочастота или RF) является одной из таких частей электромагнитного спектра, который перекрывает наш суб-ТГц диапазон на его нижнем конце. Соответственно, электромагнитные волны в этом диапазоне частот называются радиочастотными диапазонами или просто «радиоволнами». Радиочастотные диапазоны распространяются в диапазоне от 30 кГц до 300 ГГц (альтернативная точка зрения предлагает покрытие от 3 кГц до 300 ГГц).Все известные системы передачи работают в диапазоне радиочастотного спектра, включая аналоговое радио, авиационную навигацию, морское радио, любительское радио, телевещание, мобильные сети и спутниковые системы.

Полосы радиочастот

Для предотвращения помех между различными пользователями создание и передача радиочастотных диапазонов строго регулируется национальными законами и координируется международным органом, Международным союзом электросвязи (ITU). МСЭ (базируется в Женеве, Швейцария) является членом группы развития ООН, координирует совместное глобальное использование радиочастотного спектра, способствует международному сотрудничеству в назначении спутниковых орбит, работает над улучшением инфраструктуры электросвязи в развивающихся странах и помогает в развитии. и согласование мировых технических стандартов.

Различные части радиочастотного спектра (диапазоны RF) выделяются ITU для различных технологий и приложений радиопередачи; около 40 услуг радиосвязи определены в Регламенте радиосвязи (РР) МСЭ.

Радиочастотный диапазон — это небольшой непрерывный участок радиочастотного спектра, в котором каналы обычно используются или зарезервированы для использования. Например, радиовещание, мобильное радио или навигационные устройства будут размещены в неперекрывающихся диапазонах частот.Для каждой из этих полос у ITU есть план полосы, который диктует, как она должна использоваться и совместно использоваться, чтобы избежать помех и установить протокол для совместимости передатчиков и приемников.

В соответствии с соглашением ITU делит радиоспектр на 12 полос (как показано в таблице ниже), каждая из которых начинается с длины волны, равной мощности десяти (10 ⁿ ) метров, с соответствующей частотой 3 × 10 ^{8 − n} Гц, каждый из которых охватывает декаду частоты или длины волны.У каждой из этих групп есть традиционное название.

Название диапазона	Сокращение	Номер диапазона ITU	Частота	1 03
Чрезвычайно низкая частота	ELF	1	3–30 Гц	100000–10 000 км	Связь с подводными лодками	низкая частота	SLF	2	30–300 Гц	10000–1000 км	Связь с подводными лодками
	Сверхнизкая частота 900 ULF	3	300–3000 Гц	1000–100 км	Подводная связь, связь внутри шахт
Очень низкая частота	VLF		3–30 кГц	100–10 км	Навигация, сигналы времени, подводная связь, беспроводные пульсометры, геофизика
Низкая частота	LF 9000	5	30–300 кГц	10–1 км	Навигация, сигналы времени, длинноволновое AM радиовещание (Европа и часть Азии), RFID, любительское радио
Средняя частота	MF	6	300–3000 кГц	1000–100 м	AM (средневолновое) радиовещание, любительское радио, лавинные радиомаяки
Высокая частота	HF	7		7		7	–30 МГц	100–10 м	Коротковолновое вещание, гражданское радио, любительское радио и загоризонтная авиационная связь, RFID, загоризонтный радар, автоматическое установление связи (ALE) / ближний -вертикальное падение Skywave (NVIS) Радиосвязь, морская и мобильная радиотелефония
Очень высокая частота	VHF	8	30–300 МГц	10– 1 м	FM, телевизионные передачи, связь земля-самолет и самолет-самолет в прямой видимости, наземная подвижная и морская подвижная связь нс, любительское радио, метеорологическое радио
Ультравысокая частота	UHF	9	300–3000 МГц	1–0.1 м	Телевизионные передачи, микроволновая печь, микроволновые устройства / средства связи, радиоастрономия, мобильные телефоны, беспроводная локальная сеть, Bluetooth, ZigBee, GPS и двусторонние радиоприемники, такие как наземная мобильная связь, радио FRS и GMRS, любительское радио, спутник радио, Системы дистанционного управления, ADSB
Сверхвысокая частота	SHF	10	3–30 ГГц	100–10 мм	Радиоастрономия , микроволновые устройства / связь, беспроводная локальная сеть, DSRC, самые современные радары, спутники связи, кабельное и спутниковое телевещание, DBS, любительское радио, спутниковое радио
Чрезвычайно высокая частота	EHF	11	30–300 ГГц	10–1 мм	Радиоастрономия, высокочастотная ncy микроволновое радиореле, микроволновое дистанционное зондирование, любительское радио, оружие направленной энергии, сканер миллиметровых волн, беспроводная локальная сеть (802.11ad)
Терагерц или чрезвычайно высокая частота	ТГц или THF	12	300–3000 ГГц	1–0,1 мм Медицинская визуализация заменить рентгеновские лучи, сверхбыструю молекулярную динамику, физику конденсированного состояния, терагерцовую спектроскопию во временной области, терагерцовые вычисления / связь, дистанционное зондирование

Конечно, в этой «истории» и в другом мире есть нечто большее. известные организации также приложили руку к этому вопросу.Институт инженеров по электротехнике и электронике США (IEEE) был весьма продуктивным и внес значительный вклад, введя дополнительную классификацию микроволнового диапазона. Благодаря IEEE полосы частот в микроволновом диапазоне обозначены буквами. Эта классификация также стала широко используемым стандартом для радиолокационных диапазонов.

Коротковолновая

750056 110 ГГц

Диапазон обозначение	Диапазон частот	Объяснение значений букв
HF	0.003–0,03 ГГц	Высокая частота
УКВ	0,03–0,3 ГГц	Очень высокая частота
UHF	GHz 0,3–0,30003	GHz Сверхвысокая частота
L	От 1 до 2 ГГц	Длинная волна
S	2–4 ГГц
C	4–8 ГГц	Компромисс между S и X
X	8–12 ГГц	Используется во Второй мировой войне для управления огнем, X — крест (как в прицеле).Экзотика.
Ku	12–18 ГГц	Kurz-under
K	18–27 ГГц	Kurz (немецкий для «короткого»)
Ka	27-40 ГГц	Курц-выше
V	40-75 ГГц
W	W следует за V в алфавите
мм или G	от 110 до 300 ГГц	Миллиметр

Это соглашение началось во время Второй мировой войны с участием военных обозначения частот, используемых в радарах, которые были первым применением микроволн.Так получилось, что существует несколько несовместимых систем именования для микроволновых диапазонов, и даже внутри данной системы точный частотный диапазон, обозначенный буквой, может несколько отличаться в разных областях применения.

Конечно, другие высокопоставленные организации, такие как ЕС, НАТО, ЕСМ США, также внесли свой вклад, представив свой взгляд на классификационные обозначения частот. В таблице ниже представлено краткое сравнение между классификациями и показаны области «перекрытия».

Некоторые из наших клиентов часто используют различные термины, связанные с радиочастотными диапазонами и радиочастотной терминологией в целом, особенно в отношении наших терагерцовых генераторов (источников ТГц).Это требует краткого описания диапазонов частот волновода, установленных в качестве стандарта среди экспертов.

03

03

03

03

60 110784

110784

110784

Полоса	Диапазон частот		Полоса	от 1,70 до 2,60 ГГц		Диапазон K	18.0–26,5 ГГц
Диапазон D	2,20–3,30 ГГц		Диапазон Ka	26,5–40,0 ГГц
Диапазон S	3,95 9000 ГГц		Диапазон Q	33–50 ГГц
Диапазон E	3,30–4,90 ГГц		Диапазон U	002 40–60 ГГц
Диапазон G	3.95–5,85 ГГц		Диапазон V	40–75 ГГц
Диапазон F	4,90–7,05 ГГц		Диапазон E
Диапазон C	5,85–8,20 ГГц		Диапазон W	75–110 ГГц
Диапазон H	7.05–10,10 ГГц		Диапазон F	90–140 ГГц
Диапазон X	8,2–12,4 ГГц		Диапазон D
Ku-диапазон	12,4–18,0 ГГц		Диапазон Y	325–500 ГГц

Terasense может предложить источники ТГц, которые подходят для диапазона E, W , Диапазон F и диапазон D.Для получения дополнительной информации посетите нашу веб-страницу, посвященную генераторам ТГц диапазона.

Радиоволны — обзор

1 Введение

Миллиметровые волны — это радиоволны с частотой от 30 до 300 ГГц. Радиоприемник миллиметрового диапазона имеет ряд преимуществ перед более низкочастотным микроволновым радиоприемником. Его широкая полоса пропускания обеспечивает очень высокую скорость передачи данных до 80 Гбит / с или даже выше. Направленная и узкая диаграмма направленности от радиостанций миллиметрового диапазона позволяет развернуть множество радиостанций, не вызывая взаимных помех.Его короткая длина волны (1–10 мм) уменьшает размер антенн и, таким образом, позволяет создавать компактные устройства. Кроме того, короткая длина волны позволяет получать изображения с более высоким разрешением в системах формирования изображений миллиметрового диапазона. Кроме того, атмосферное поглощение кислородом и водой существует в различных частях спектра миллиметровых волн, что позволяет многократно использовать радиоприемники на коротком расстоянии.

Благодаря этим уникальным характеристикам радиостанций миллиметрового диапазона появился широкий спектр приложений.К ним относятся спутниковая связь (35, 60, 94 ГГц), беспроводная локальная сеть (60 ГГц), транзитная система точка-точка (70–80 ГГц), беспроводная связь 10 Гбит / с для передачи несжатого сигнала HDTV (120 ГГц), сканеры тела для безопасности аэропортов (24–30 ГГц), автомобильные радары (77, 79 ГГц), пассивная система визуализации для безопасной посадки самолета (94 ГГц), радиоастрономия, дистанционное зондирование окружающей среды и связь дрон-земля (94 ГГц) ). Ожидается, что будущая мобильная сеть 5G будет поддерживать мгновенную связь с высокой скоростью передачи данных, малую задержку и широкие возможности подключения, обеспечивая беспрецедентные приложения для мобильных устройств, здравоохранения, автономных транспортных средств, умных городов, умных домов и Интернета вещей (IoT).Планируемое распределение спектра 5G включает частоты ниже 6 ГГц и 28 ГГц, и даже более высокие полосы частот миллиметрового диапазона, такие как 40, 60 и 71–86 ГГц, находятся в стадии оценки. Следовательно, потребность в компактных, недорогих и высокопроизводительных компонентах миллиметрового диапазона значительно возрастает.

С момента первой демонстрации MESFET на основе GaN в 1993 г. (Khan et al., 1993) и HEMT в 1994 г. (Khan et al., 1994) был достигнут огромный прогресс в технологиях транзисторов на основе GaN и MMIC. широкий спектр технических областей.К ним относятся субстратные и эпитаксиальные материалы, устройства, MMIC и упаковочные технологии. Прогресс в технологиях выращивания эпитаксиальных материалов на основе GaN, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE) и металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD), позволил использовать различные эпитаксиальные конструкции III-N HEMT, состоящие из AlGaN / GaN, AlN / GaN, InAl (Ga) N / GaN. , и совсем недавно гетероструктуры ScAlN / GaN. Они выращены на неродной подложке, такой как SiC, Si и сапфир. Оптимизация условий выращивания снизила плотность дефектов в эпитаксиальных материалах HEMT, что привело к увеличению подвижности электронов двумерного электронного газа (2DEG) и более высокому критическому электрическому полю в структурах HEMT.Высокая теплопроводность подложки SiC позволяет снизить потребность в охлаждении, когда транзисторы работают с высокой плотностью мощности, а температура канала повышается из-за самонагрева. Достижения в области проектирования устройств и технологий производства улучшили высокочастотные характеристики HEMT на основе GaN, что позволило использовать MMIC усилителя мощности (PA) миллиметрового диапазона на основе GaN, которые имеют значительно более высокую выходную мощность и плотность мощности, чем те, которые доступны в схемах усилителя на основе других систем материалов, таких как Si, GaAs или InP.

7 типов электромагнитных волн

Электромагнитный (ЭМ) спектр охватывает все частоты волн, включая радио, видимый свет и рентгеновские лучи. Все электромагнитные волны состоят из фотонов, которые путешествуют в пространстве, пока не взаимодействуют с материей; одни волны поглощаются, а другие отражаются. Хотя науки обычно подразделяют электромагнитные волны на семь основных типов, все они являются проявлениями одного и того же явления.

Радиоволны: мгновенная связь

••• seroz4 / iStock / Getty Images

Радиоволны — это волны с самой низкой частотой в электромагнитном спектре.Радиоволны могут использоваться для передачи других сигналов приемникам, которые впоследствии преобразуют эти сигналы в полезную информацию. Многие объекты, как природные, так и созданные руками человека, излучают радиоволны. Все, что излучает тепло, испускает излучение во всем спектре, но в разном количестве. Звезды, планеты и другие космические тела излучают радиоволны. Радио- и телевизионные станции, а также компании сотовой связи производят радиоволны, которые несут сигналы, принимаемые антеннами вашего телевидения, радио или мобильного телефона.

Микроволны: данные и тепло

••• Райан МакВей / Photodisc / Getty Images

Микроволны занимают второе место по самой низкой частоте в электромагнитном спектре. В то время как радиоволны могут достигать миль в длину, микроволны имеют длину от нескольких сантиметров до фута. Из-за своей более высокой частоты микроволны могут проникать через препятствия, мешающие радиоволнам, такие как облака, дым и дождь. Микроволновые печи передают радар, звонки на стационарные телефоны и передачу компьютерных данных, а также готовят ваш обед.Микроволновые остатки «Большого взрыва» излучаются со всех сторон по всей Вселенной.

Инфракрасные волны: невидимое тепло

••• Бенджамин Хаас / Hemera / Getty Images

Инфракрасные волны находятся в нижнем и среднем диапазоне частот в электромагнитном спектре, между микроволнами и видимым светом. Размер инфракрасных волн колеблется от нескольких миллиметров до микроскопических длин. Более длинноволновые инфракрасные волны выделяют тепло и включают излучение, испускаемое огнем, солнцем и другими выделяющими тепло объектами; Более коротковолновые инфракрасные лучи не выделяют много тепла и используются в пультах дистанционного управления и технологиях визуализации.

Лучи видимого света

••• Goodshoot / Goodshoot / Getty Images

Волны видимого света позволяют видеть окружающий мир. Различные частоты видимого света воспринимаются людьми как цвета радуги. Частоты перемещаются от более низких длин волн, определяемых как красные, до более высоких видимых длин волн, обнаруживаемых как фиолетовые оттенки. Самым заметным естественным источником видимого света, конечно же, является солнце. Объекты воспринимаются как разные цвета в зависимости от того, какие длины волн света объект поглощает, а какие отражает.

Ультрафиолетовые волны: энергичный свет

••• malija / iStock / Getty Images

Ультрафиолетовые волны имеют даже более короткие длины волн, чем видимый свет. Ультрафиолетовые волны являются причиной солнечных ожогов и могут вызвать рак у живых организмов. Высокотемпературные процессы испускают УФ-лучи; их можно обнаружить по всей Вселенной по каждой звезде на небе. Обнаружение УФ-волн помогает астрономам, например, узнать о структуре галактик.

Рентгеновские лучи: проникающее излучение

••• DAJ / amana images / Getty Images

Рентгеновские лучи — это волны чрезвычайно высокой энергии с длинами волн от 0.03 и 3 нанометра — не намного длиннее атома. Рентгеновские лучи излучаются источниками с очень высокими температурами, такими как корона Солнца, которая намного горячее, чем поверхность Солнца. К естественным источникам рентгеновского излучения относятся космические явления с огромной энергией, такие как пульсары, сверхновые и черные дыры. Рентгеновские лучи обычно используются в технологиях визуализации для просмотра костных структур внутри тела.

Гамма-лучи: ядерная энергия

••• parisvas / iStock / Getty Images

Гамма-волны — это электромагнитные волны самой высокой частоты, которые излучаются только самыми энергичными космическими объектами, такими как пульсары, нейтронные звезды, сверхновые и черные дыры .К наземным источникам относятся молнии, ядерные взрывы и радиоактивный распад. Длины гамма-волн измеряются на субатомном уровне и могут фактически проходить через пустое пространство внутри атома. Гамма-лучи могут разрушать живые клетки; К счастью, атмосфера Земли поглощает любые гамма-лучи, которые достигают планеты.

электро

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны — это невидимые формы энергии, которые проходят через вселенную. Однако вы можете «увидеть» некоторые результаты этой энергии.Свет, который видят наши глаза, на самом деле является частью электромагнитного спектра.

Эта видимая часть электромагнитного спектра состоит из цветов, которые мы видим в радуге — от красного и оранжевого до синего и пурпурного. Каждый из этих цветов на самом деле соответствует разной длине волны света.

Электромагнитные волны

Звук, который мы слышим, является результатом волн, которых мы не видим. Звуковым волнам нужно через что-то перемещаться, чтобы перемещаться из одного места в другое.Звук может распространяться по воздуху, потому что воздух состоит из молекул.

Эти молекулы переносят звуковые волны, сталкиваясь друг с другом, как домино, сбивая друг друга. Звук может проходить через все, что состоит из молекул, даже через воду! В космосе нет звука, потому что там нет молекул, передающих звуковые волны.

Электромагнитный спектр

Электромагнитные волны не похожи на звуковые волны, потому что им не нужны молекулы для перемещения. Это означает, что электромагнитные волны могут распространяться через воздух, твердые объекты и даже космос.Вот так астронавты, выходящие в открытый космос, используют радио для общения. Радиоволны — это разновидность электромагнитных волн.

Электромагнитный спектр

Электричество может быть статическим, например, то, что держит воздушный шар у стены или заставляет волосы встать дыбом. Магнетизм также может быть статическим, как магнит на холодильник. Но когда они меняются или движутся вместе, они создают волны — электромагнитные волны.

Электромагнитные волны образуются, когда электрическое поле (показано красными стрелками) взаимодействует с магнитным полем (показано синими стрелками).Магнитное и электрическое поля электромагнитной волны перпендикулярны друг другу и направлению волны.

Когда вы слушаете радио, смотрите телевизор или готовите ужин в микроволновой печи, вы используете электромагнитные волны. Радиоволны, телевизионные волны и микроволны — это все типы электромагнитных волн. Они отличаются друг от друга только длиной волны. Длина волны — это расстояние от одного гребня волны до другого.

Волны в электромагнитном спектре различаются по размеру от очень длинных радиоволн размером со здание до очень коротких гамма-лучей, меньших размера ядра атома.Однако их размер может быть связан с их энергией.

Чем меньше длина волны, тем выше энергия. Например, кирпичная стена блокирует видимые длины световых волн. Рентгеновские лучи меньшего размера и большей энергии могут проходить через кирпичные стены, но сами блокируются более плотным материалом, например свинцом.

Хотя можно сказать, что волны «блокируются» некоторыми материалами, правильное понимание состоит в том, что длины волн энергии «поглощаются» объектами или нет. То есть энергия длины волны может быть поглощена определенным материалом.

Мы используем эти знания в метеорологических спутниках, поскольку атмосфера также поглощает волны одних длин, позволяя проходить другим.

Радиочастотное излучение и сотовые телефоны

Радиация — это энергия, которая исходит от источника и распространяется в космосе. Например, электрический нагреватель работает, нагревая металлические провода, и провода излучают эту энергию в виде тепла (инфракрасное излучение).

Радиочастотное излучение — это тип электромагнитного излучения , которое представляет собой комбинацию электрических и магнитных полей, которые вместе перемещаются в пространстве как волны. Электромагнитное излучение делится на две категории:

Электромагнитное излучение	Примеры	Источники включают:
Неионизирующее излучение: Обычное воздействие неионизирующего излучения обычно считается безвредным для человека	Радиочастота (RF) Инфракрасный свет Видимый свет Некоторое количество ультрафиолетового света (УФ)	Лампочки, компьютеры, маршрутизаторы Wi-Fi, переносные телефоны, сотовые телефоны, устройства Bluetooth, FM-радио, GPS и телевещание
Ионизирующее излучение: Высокоэнергетическое излучение с потенциалом прямого повреждения клеток и ДНК	Некоторое количество ультрафиолетового света (УФ) Рентгеновские снимки Гамма-лучи	Рентгеновские аппараты, радиоактивные материалы, ядерное деление, ядерный синтез и ускорители частиц

Обычно, когда люди слышат слово радиация , они думают об ионизирующем излучении , таком как рентгеновские лучи и гамма-лучи.Ионизирующее излучение несет достаточно энергии, чтобы разорвать химические связи, выбить электроны из атомов и нанести прямой ущерб клеткам в органическом веществе. Фактически, ионизирующее излучение более чем в миллиард раз больше энергии , чем неионизирующее излучение. Небольшое количество ионизирующего излучения можно использовать для получения рентгеновских изображений для диагностики. Для уничтожения раковых клеток при лучевой терапии необходимо много ионизирующего излучения.

Напротив, неионизирующее излучение не обладает достаточной энергией, чтобы разорвать химические связи или оторвать электроны от атомов.Научный консенсус показывает, что неионизирующее излучение не является канцерогеном, и при предельных значениях радиочастотного воздействия, установленных FCC или ниже, не было доказано, что неионизирующее излучение причиняет вред людям.

Сотовые телефоны излучают низкий уровень неионизирующего излучения во время использования. Тип излучения, излучаемого сотовыми телефонами, также называется радиочастотной (РЧ) энергией. Как заявил Национальный институт рака, «в настоящее время нет убедительных доказательств того, что неионизирующее излучение увеличивает риск рака у людей.Единственным общепризнанным биологическим эффектом радиочастотного излучения на человека является нагрев ».

Более подробное описание радиочастотного излучения см. В разделе «Микроволны, радиоволны и другие типы радиочастотного излучения» Американского онкологического общества.

Для получения дополнительной информации об электромагнитном спектре см. Обзор электромагнитного спектра НАСА.

Для получения дополнительной информации о радиочастотной безопасности см. FAQ FCC по радиочастотной безопасности.

• Текущее содержание с:

  10.02.2020

Радиочастотное (RF) излучение

Радиация — это излучение (посылка) энергии из любого источника.Рентгеновские лучи являются примером излучения, как и свет, исходящий от солнца, и тепло, которое постоянно исходит от нашего тела.

Говоря о радиации и раке, многие люди думают о конкретных видах радиации, таких как рентгеновские лучи или излучение ядерных реакторов. Но есть и другие виды излучения, которые действуют иначе.

Излучение существует в широком спектре от излучения очень низкой энергии (низкочастотного) до излучения очень высокой энергии (высокочастотного).Иногда его называют электромагнитным спектром .

На приведенном ниже рисунке электромагнитного спектра показаны все возможные частоты электромагнитной энергии. Он варьируется от чрезвычайно низких частот (например, от линий электропередач) до чрезвычайно высоких частот (рентгеновские лучи и гамма-лучи) и включает как неионизирующее, так и ионизирующее излучение.

Примеры высокоэнергетического излучения включают рентгеновские лучи и гамма-лучи. Эти лучи, а также некоторые ультрафиолетовые лучи с более высокой энергией, представляют собой формы ионизирующего излучения , что означает, что у них достаточно энергии, чтобы удалить электрон из (ионизировать) атом.Это может повредить ДНК (гены) внутри клеток, что иногда может привести к раку.

Изображение предоставлено: Национальный институт рака

Что такое радиочастотное (РЧ) излучение?

Радиочастотное (РЧ) излучение, которое включает радиоволны и микроволны, находится на низкоэнергетическом конце электромагнитного спектра. Это неионизирующее излучение типа .Неионизирующее излучение не обладает достаточной энергией для удаления электронов из атома. Видимый свет — это еще один тип неионизирующего излучения. Радиочастотное излучение имеет более низкую энергию, чем некоторые другие типы неионизирующего излучения, такие как видимый свет и инфракрасное излучение, но оно имеет более высокую энергию, чем чрезвычайно низкочастотное (СНЧ) излучение.

Если РЧ излучение поглощается телом в достаточно больших количествах, оно может выделять тепло. Это может привести к ожогам и повреждению тканей тела. Хотя считается, что радиочастотное излучение не вызывает рак, повреждая ДНК в клетках, как это делает ионизирующее излучение, существуют опасения, что при некоторых обстоятельствах некоторые формы неионизирующего излучения могут оказывать на клетки другие эффекты, которые могут каким-либо образом привести к раку .

Как люди подвергаются воздействию радиочастотного излучения?

Люди могут подвергаться радиочастотному излучению как от естественных, так и от искусственных источников.

Природные источники включают:

• Космос и солнце
• Небо — включая удары молнии
• Сама Земля — ​​большая часть излучения Земли является инфракрасным, но малая его часть — RF

К искусственным источникам радиочастотного излучения относятся:

• Передача радио- и телевизионных сигналов
• Передача сигналов от беспроводных телефонов, сотовых телефонов и вышек сотовой связи, спутниковых телефонов и двусторонних радиостанций
• Радар
• Устройства Wi-Fi, Bluetooth ^® и интеллектуальные счетчики
• Нагрев тканей тела с целью их разрушения во время медицинских процедур
• «Сварка» деталей из поливинилхлорида (ПВХ) на некоторых машинах
• Сканеры миллиметрового диапазона (тип сканера всего тела, используемого для проверки безопасности)

Некоторые люди во время работы могут подвергаться значительному воздействию радиочастотного излучения.Сюда входят люди, обслуживающие антенные вышки, передающие сигналы связи, и люди, которые используют или обслуживают радиолокационное оборудование.

Большинство людей ежедневно подвергаются гораздо более низким уровням антропогенного радиочастотного излучения из-за присутствия радиочастотных сигналов вокруг нас. Они поступают из радио- и телепередач, устройств Wi-Fi и Bluetooth, сотовых телефонов (и вышек сотовой связи) и других источников.

Некоторые распространенные применения радиочастотного излучения

Микроволновые печи

Микроволновые печи работают за счет использования очень высоких уровней радиочастотного излучения определенной частоты (в микроволновом спектре) для нагрева продуктов.Когда пища поглощает микроволны, молекулы воды в ней вибрируют, что приводит к выделению тепла. Микроволны не используют рентгеновские лучи или гамма-лучи, и они не делают пищу радиоактивной.

Микроволновые печи сконструированы таким образом, что микроволны находятся внутри самой печи. Духовка издает микроволны только тогда, когда дверца закрыта, а духовка включена. Когда микроволновые печи используются в соответствии с инструкциями, нет никаких доказательств того, что они представляют опасность для здоровья людей. В США федеральные стандарты ограничивают количество радиочастотного излучения, которое может просочиться из микроволновой печи, до уровня, намного ниже того, который может нанести вред людям.Однако печи, которые повреждены или модифицированы, могут позволить микроволнам просачиваться наружу, что может представлять опасность для людей поблизости, потенциально вызывая ожоги.

Сканеры безопасности всего тела

Во многих аэропортах США Управление транспортной безопасности (TSA) использует сканеры всего тела для проверки пассажиров. Сканеры, используемые в настоящее время TSA, используют изображение миллиметрового диапазона. Эти сканеры посылают небольшое количество миллиметрового излучения (разновидность радиочастотного излучения) на человека, находящегося в сканере.Радиочастотное излучение проходит через одежду и отражается от кожи человека, а также от любых предметов под одеждой. Приемники воспринимают излучение и создают изображение контура человека.

Сканеры миллиметрового диапазона не используют рентгеновские лучи (или любые другие виды высокоэнергетического излучения), а количество используемого радиочастотного излучения очень мало. По данным Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), эти сканеры не имеют известных последствий для здоровья. Однако TSA часто позволяет проверять людей другим способом, если они возражают против проверки с помощью этих сканеров.

Сотовые телефоны и вышки сотовой связи

Сотовые телефоны и вышки сотовой связи (базовые станции) используют радиочастотное излучение для передачи и приема сигналов. Были высказаны некоторые опасения, что эти сигналы могут увеличить риск рака, и исследования в этой области продолжаются. Для получения дополнительной информации см. Сотовые телефоны и вышки сотового телефона.

Вызывает ли радиочастотное излучение рак?

Исследователи используют 2 основных типа исследований, чтобы попытаться определить, может ли что-то вызвать рак:

• Лабораторные исследования
• Исследования групп людей

Часто ни один из типов исследований не дает достаточно доказательств сам по себе, поэтому исследователи обычно обращаются как к лабораторным, так и к человеческим исследованиям, пытаясь выяснить, вызывает ли что-то рак.

Ниже приводится краткое изложение некоторых основных исследований, посвященных этой проблеме на сегодняшний день. Однако это не полный обзор всех проведенных исследований.

Исследования в лаборатории

У

радиочастотных волн недостаточно энергии, чтобы напрямую повредить ДНК. Из-за этого неясно, как радиочастотное излучение может вызывать рак. Некоторые исследования выявили возможное увеличение частоты определенных типов опухолей у лабораторных животных, подвергшихся воздействию радиочастотного излучения, но в целом результаты этих исследований пока не дали четких ответов.

Несколько исследований сообщили о доказательствах биологических эффектов, которые могут быть связаны с раком, но это все еще область исследований.

В крупных исследованиях, опубликованных в 2018 г. Национальной токсикологической программой США (NTP) и Институтом Рамадзини в Италии, Исследователи подвергали группы лабораторных крыс (а также мышей в случае исследования NTP) воздействию радиочастотных волн по всему телу в течение многих часов в день, начиная с момента рождения и продолжаясь, по крайней мере, в течение большей части их естественной жизни.Оба исследования обнаружили повышенный риск необычных опухолей сердца, называемых злокачественными шванномами, у самцов крыс, но не у самок крыс (ни у самцов, ни у самок мышей в исследовании NTP). В исследовании NTP также сообщалось о возможном повышенном риске некоторых типов опухолей головного мозга и надпочечников.

Хотя оба этих исследования имели сильные стороны, у них также были ограничения, из-за которых трудно понять, как они могут применяться к людям, подвергающимся воздействию радиочастотного излучения. Обзор этих двух исследований, проведенный Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) в 2019 году, показал, что ограничения исследований не позволяют сделать выводы о способности радиочастотной энергии вызывать рак.

Тем не менее, результаты этих исследований не исключают возможность того, что радиочастотное излучение каким-то образом может повлиять на здоровье человека.

Исследования на людях

Исследования людей, которые могли подвергаться воздействию радиочастотного излучения на своей работе (например, людей, которые работают поблизости или с радиолокационным оборудованием, тех, кто обслуживает антенны связи, и радистов), не выявили явного увеличения риска рака.

Ряд исследований искали возможную связь между сотовыми телефонами и раком.Хотя некоторые исследования показали возможную связь, многие другие — нет. По многим причинам трудно исследовать, существует ли связь между сотовыми телефонами и раком, включая относительно короткое время, в течение которого сотовые телефоны широко используются, изменения в технологиях с течением времени и трудности с оценкой воздействия на каждого человека. Тема сотовых телефонов и риска рака подробно обсуждается в разделе «Сотовые (сотовые) телефоны».

Что говорят экспертные агентства?

Американское онкологическое общество (ACS) не имеет официальной позиции или заявления о том, является ли радиочастотное излучение от сотовых телефонов, вышек сотовых телефонов или других источников причиной рака. ACS обычно обращается к другим экспертным организациям, чтобы определить, вызывает ли что-либо рак (то есть является ли это канцерогеном), в том числе:

• Международное агентство по изучению рака (IARC) , которое является частью Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)
• Национальная токсикологическая программа США (NTP) , которая сформирована из частей нескольких различных правительственных учреждений, включая Национальные институты здравоохранения (NIH), Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) и Управление по контролю за продуктами и лекарствами. (FDA)

Другие крупные организации также могут прокомментировать способность определенных воздействий вызывать рак.

На основании обзора исследований, опубликованных до 2011 г., Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало радиочастотное излучение как «возможно канцерогенное для человека» на основании ограниченных данных о возможном повышении риска опухолей головного мозга среди пользователи сотовых телефонов и неадекватные доказательства других типов рака. (Для получения дополнительной информации о системе классификации IARC см. Известные и вероятные канцерогены для человека.)

Совсем недавно Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) выпустило технический отчет, основанный на результатах исследований, опубликованных в период с 2008 по 2018 год, а также на национальных тенденциях в заболеваемости раком.В отчете сделан вывод: «Основываясь на исследованиях, которые подробно описаны в этом отчете, недостаточно доказательств, подтверждающих причинную связь между воздействием радиочастотного излучения (RFR) и [образованием опухоли]».

На данный момент Национальная программа токсикологии (NTP) не включила радиочастотное излучение в свой отчет о канцерогенных веществах , в котором перечислены воздействия, которые, как известно или обоснованно предполагаются, являются канцерогенами для человека. (Подробнее об этом отчете см. Известные и вероятные канцерогены для человека.)

Согласно Федеральной комиссии связи США (FCC) :

«[C] В настоящее время нет научных данных, устанавливающих причинную связь между использованием беспроводных устройств и раком или другими заболеваниями. Те, кто оценивает потенциальные риски использования беспроводных устройств, согласны с тем, что необходимо проводить больше и более долгосрочных исследований, чтобы выяснить, есть ли лучшая основа для стандартов безопасности радиочастот, чем это используется в настоящее время ».

Как избежать воздействия радиочастотного излучения?

Поскольку источники радиочастотного излучения широко распространены в современном мире, полностью избежать их воздействия невозможно.Есть несколько способов снизить воздействие радиочастотного излучения, например:

• Избегание работы с повышенным радиочастотным излучением
• Ограничение времени, которое вы проводите рядом с приборами, оборудованием и другими устройствами (например, маршрутизаторами Wi-Fi), излучающими радиочастотное излучение
• Ограничение времени, которое вы проводите с сотовым (мобильным) телефоном, поднесенным к вашему уху (или близко к другой части вашего тела)

Тем не менее, неясно, будет ли это полезно с точки зрения риска для здоровья.

.