Диапазон частот ОВЧ
Навигация и посадка Теоретическая база знаний Авиаслужбы и смежные отраслевые организации Наблюдение полетов Вычислительное оборудование Безопасность и управление полетами Нормативные документы и стандарты Технологическое оборудование
Теоретическая база знаний
СОДЕРЖАНИЕ:
- Описание
- Характеристики распространения
- Антенны
Описание
Очень высокая частота (ОНЧ или УКВ) — это обозначение МСЭ (Международного союза электросвязи) для диапазона радиочастотных электромагнитных волн (радиоволн) от 30 до 300 мегагерц (МГц), с соответствующими длинами волн от десяти метров до одного метра. Частоты непосредственно ниже УКВ обозначаются как высокочастотные (КВ), а следующие более высокие частоты известны как сверхвысокочастотные (UHF/ДМВ).
Распространенными видами использования радиоволн в УКВ-диапазоне являются цифровое звуковое вещание (DAB) и FM-радиовещание, телевизионное вещание, двухсторонние наземные мобильные радиосистемы (аварийные, коммерческие, частные и военные), дальняя передача данных до нескольких десятков километров с помощью радиомодемов, любительская радиосвязь и морская связь.
В Америке и во многих других частях света УКВ-диапазон I использовался для передачи аналогового телевидения. В рамках общемирового перехода к цифровому наземному телевидению большинство стран требуют от вещателей транслировать телевидение в УКВ-диапазоне с использованием цифрового, а не аналогового формата.
Характеристики распространения
Радиоволны в УКВ-диапазоне распространяются в основном в пределах прямой видимости и траекториям помех от земли; в отличие от КВ-диапазона, здесь наблюдается лишь некоторое отражение на более низких частотах от ионосферы (распространение небесных волн). Они не следуют контуру Земли, как наземные волны, и поэтому блокируются холмами и горами, хотя из-за того, что они слабо преломляются (изгибаются) атмосферой, они могут перемещаться несколько за пределы визуального горизонта примерно на 160 км (100 миль).
Антенны
УКВ — это первый диапазон, в котором длины волн достаточно малы, чтобы эффективные передающие антенны были короткими и устанавливались на транспортные средства и портативные устройства: четвертьволновая штыревая антенна на УКВ-частотах имеет длину от 25 см до 2,5 метра (от 10 дюймов до 8 футов).
Таким образом, УКВ и УВЧ-волны используются для двусторонней радиосвязи в транспортных средствах, самолетах, а также портативных приемопередатчиках и рациях. Портативные радиостанции обычно используют штыревые или резиновые уточные антенны, в то время как базовые станции обычно используют более крупные стеклопластиковые штыковые или коллинеарные или экспедиционную направленную антенны.
Что такое «Зона Френеля»? Препятствия на пути радиоволн.
Что такое «Зона Френеля»? Препятствия на пути радиоволн.
Радиоволна в процессе распространения в пространстве формирует эллипсоид вращения, в фокусах которого находятся передатчик и приемник. Этот эллипсоид вокруг прямой линии (LoS/Line of Sight), и называется Зоной Френеля. Не менее 60% зоны Френеля должно оставаться чистой от каких-либо препятствий, т.к. иначе начинаются существенные потери сигнала в канале.
На приведенном выше рисунке показано, что наличие прямой видимости не является достаточным условием для качественной работы высокочастотного радиолинка.
Дело в том, что длина световых волн значительно короче волн радиодиапазона, поэтому, даже если мы можем видеть противоположную сторону линка, это не значит, что данное свободное пространство также «прозрачно» для волн радиодиапазона. В результате, если антенны установлены только исходя из наличия прямой видимости, радиолинк будет вести себя следующим образом: детектор качества сигнала будет показывать почти сто процентов, но скорость линка будет минимальной, потери и повтор пакетов, а также пропадания связи сделают работу линка невозможной.
Решить проблему можно только путем поднятия антенн на высоту, равную половине зоны Френеля в месте наличия препятствия. Разумеется, что если препятствие находится сбоку, например в случае построения линка, луч которого проходит, между двух зданий, должно соблюдаться то же самое условие. После подъема антенн на необходимую высоту на обеих сторонах, линк будет работать на максимальной скорости и с максимальной для данного расстояния отдачей.
Иными словами, должно выполняться условие: Н>=h+R*(1-40%)
Радиус зоны Френеля в нужной точке пространства можно расчитать по формуле:
Где Freq— частота сигнала в ГЦ, а D1 и D2— расстояние в метрах
Подробнее можно прочитать здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_zone
При выборе места монтажа учитывайте пожалуйста, что наша планета — круглая. Поэтому, для обеспечения прямой видимости между антеннами, их надо поднять на достаточную высоту. Дополнительную информацию можно получить здесь: Зависимость дальности прямой видимости от высоты антенн.
Для расчета высоты установки антенн также рекомендуем вам пользоваться Ubiquiti Outdoor Wireless Link Calculator
Историческая справка:
Френель (Fresnel) Огюстен Жан (10.5.1788, Брольи, — 14.7.1827, Виль-д’Авре, близ Парижа), французский физик, один из основателей волновой оптики, член Парижской АН (с 1823).
Родился в семье архитектора. Окончил Политехническую школу (1806) и Школу дорог и мостов (1809) в Париже. Работал инженером по ремонту дорог. В период 100 дней за участие в военных действиях против Наполеона был отстранен от работы. К этому периоду относятся первые серьезные работы Ф. по оптике. В конце 1815 он был восстановлен в должности и в 1818 переведён в Париж, где занимался реорганизацией маяков, предложил принципиально новый способ маячного освещения. В 1815—23 Ф. выполнил классические исследования дифракции и поляризации света. Ф. создал теорию дифракции (независимо от Т. Юнга), положив в основу принцип Гюйгенса и дополнив его фундаментальной идеей об интерференции элементарных волн (Гюйгенса — Френеля принцип). Он объяснил на основе этого принципа законы геометрической. оптики, в частности, прямолинейный характер распространения света. Им создан приближённый метод расчёта дифракционной картины, основанный на разбиении волнового фронта на зоны (зоны Френеля), и впервые рассмотрена дифракция от края экрана и круглого отверстия.
Электромагнитная волна — Викиверситет
| Поиск Электромагнитная волна в Википедии. |
Содержимое
- 1 Электромагнитная волна
- 2 Электромагнитное излучение
- 2.1 Электромагнитный спектр
- 2.2 Квантование электромагнитного излучения
- 2.
3 Двойственность электромагнитного излучения - 2.4 Состояние электромагнитного излучения
- 3 Электромагнитное излучение и материя
- 3.1 Проникновение
- 3.2 Прогиб
- 4 См. также
- 5 Артикул
3 Двойственность электромагнитного излученияЭлектромагнитные волны , представляющие собой синхронизированные колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся со скоростью света в вакууме. Колебания двух полей перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения энергии и волны, образуя поперечную волну.
Электромагнитные волны возникают всякий раз, когда заряженные частицы ускоряются, и эти волны впоследствии могут взаимодействовать с другими заряженными частицами.
Векторное уравнение электромагнитной волны
- ∇⋅E = 0 {\ displaystyle \ nabla \ cdot E = 0}
- ∇ × E = 1TE {\ displaystyle \ nabla \ times E = {\ frac {1} {T}} E}
- ∇⋅B=0{\displaystyle \nabla\cdot B=0}
- ∇ × B = 1 ТБ {\ displaystyle \ nabla \ times B = {\ frac {1} {T}} B} 9{2}B=-\omega B}
Электромагнитная волновая функция
- E = ASinωt {\ displaystyle E = ASin \ omega t}
- B = ASinωt {\ Displaystyle B = ASin \ омега т}
- ω = 1T = C = λf {\ displaystyle \ omega = {\ sqrt {\ frac {1} {T}}} = C = \ lambda f}
- T = μϵ {\ displaystyle T = \ mu \ epsilon}
Электромагнитное излучение связано с теми электромагнитными волнами, которые могут свободно распространяться («излучать») без постоянного влияния породивших их движущихся зарядов, потому что они достигли достаточного расстояния от этих зарядов.
Поэтому ЭМИ иногда называют дальним полем. На этом языке ближнее поле относится к электромагнитным полям вблизи зарядов и токов, которые непосредственно их произвели, в частности явлениям электромагнитной индукции и электростатической индукции.
ЭМ волны переносят энергию, импульс и угловой момент от исходной частицы и могут сообщать эти величины материи, с которой они взаимодействуют. Кванты электромагнитных волн называются фотонами, чья масса покоя равна нулю, но чья энергия или эквивалентная полная (релятивистская) масса не равна нулю, поэтому на них все еще действует гравитация.
Электромагнитное излучение распространяется как момент со скоростью
- v = ω = 1T = C = λf {\ displaystyle v = \ omega = {\ sqrt {\ frac {1} {T}}} = C = \ lambda f}
Уровень энергии переноса
- E = pv = pC = pλf = hf {\ displaystyle E = pv = pC = p \ lambda f = hf}
Где
- h = pλ{\ displaystyle h = p \ lambda}
Сверху
- р = hλ {\ displaystyle p = {\ frac {h} {\ lambda}}}
- λ = hp = Cf {\ displaystyle \ lambda = {\ frac {h} {p}} = {\ frac {C} {f}}}
Электромагнитное излучение имеет форму квантов, h , масса покоя которых равна нулю.
ЭМ распространяется как электромагнитная волна со скоростью света, несущая энергетический уровень фотона, hf
- Фотон (энергия квантов) . Eh = hf = h (ω2π) = ℏω {\ displaystyle E_ {h} = hf = h ({\ frac {\ omega} {2 \ pi}}) = \ hbar \ omega}
- Кванты (безмассовые частицы) . час = рλ {\ Displaystyle ч = р \ лямбда}
- Момент. p = hλ = hk2π = ℏk {\ displaystyle p = {\ frac {h} {\ lambda}} = h {\ frac {k} {2 \ pi}} = \ hbar k}
Электромагнитный спектр[править | править источник]
Волновой фронт электромагнитных волн, излучаемых точечным источником (например, лампочкой), представляет собой сферу. Положение электромагнитной волны в электромагнитном спектре можно охарактеризовать либо частотой ее колебаний, либо ее длиной волны.
Электромагнитный спектр включает в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны:
- радиоволны,
- микроволн,
- инфракрасное излучение,
- видимый свет,
- ультрафиолетовое излучение,
- Рентген
- гамма-лучи
Квантование электромагнитного излучения[править | править код]
Электромагнитное излучение переносит энергетический уровень
- E = pv = pC = pλf = hf {\ displaystyle E = pv = pC = p \ lambda f = hf}
Эта энергия квантуется величиной, называемой квантами.
- ч = р λ {\ Displaystyle ч = р \ лямбда}
Двойственность электромагнитного излучения[edit | править код]
Электромагнитное излучение переносит энергетический уровень
- E=hf{\displaystyle E=hf}
Эта энергия квантуется величиной, называемой квантами.
- h = pλ {\ displaystyle h = p \ lambda}
Который отображает двойственность Волны-Частицы, как
- Волнообразный . λ = hp {\ displaystyle \ lambda = {\ frac {h} {p}}}
- Частица типа . р = hλ {\ displaystyle p = {\ frac {h} {\ lambda}}}
Состояние электромагнитного излучения[править | править источник]
Есть два состояния, в которых фотон находится Лучистый фотон и Электрический фотон
Radiant Photon обнаружен на пороговой частоте fo
- е = fo = Cλo {\ displaystyle f = f_ {o} = {\ frac {C} {\ lambda _ {o}}}}
- E = hfo {\ displaystyle E = hf_ {o}}
- ч = pλo {\ displaystyle h = p \ lambda _ {o}}
- p = hλo {\ displaystyle p = {\ frac {h} {\ lambda _ {o}}}}
- λo = hp = Cfo {\ displaystyle \ lambda _ {o} = {\ frac {h} {p}} = {\ frac {C} {f_ {o}}}}
Электрический фотон находится на частоте выше пороговой частоты, f > fo
- f>fo>Cλo{\displaystyle f>f_{o}>{\frac {C}{\lambda _{o}}}}
- E = hf {\ displaystyle E = hf}
- ч = рλ {\ Displaystyle ч = р \ лямбда}
- p = hλ {\ displaystyle p = {\ frac {h} {\ lambda}}}
- λo = hp = Cf {\ displaystyle \ lambda _ {o} = {\ frac {h} {p}} = {\ frac {C} {f}}}
Фотон не может существовать в двух состояниях одновременно время
- ΔpΔλ> 12h3π = h5π = ℏ2 {\ displaystyle \ Delta p \ Delta \ lambda > {\ frac {1} {2}} {\ frac {h} {2 \ pi}} = {\ frac {h} {4 \pi }}={\frac {\hbar}{2}}}
Электромагнитное излучение и материя[править | править код]
Проникновение[править | править код]
Лучистый фотон (Бета-фотон) не проникает в материю .
Электрический фотон (гамма-фотон) проникает в вещество, создавая теплопередачу в веществе, и может освобождать электрон от атома вещества вещества в соответствии с фотоэлектрическим эффектом.
Отклонение[править | править код]
Фотон входит в магнитное поле и отклоняется
- Альфа-фотон отклонится вверх
- Бета-фотон не будет отклоняться и будет двигаться прямо
- Гамма-фотон отклонится вниз
- Физика/Очерки/Федосин/Самосогласованные электромагнитные константы
- Википедия: Электромагнитное излучение
Что такое радиотелеметрия? | Национальный зоопарк Смитсоновского института
С 1960-х годов ученые используют радиотелеметрию для обнаружения животных и отслеживания их перемещений. Радиотелеметрия использует радиосигналы, состоящие из невидимых и бесшумных электромагнитных волн, для определения местоположения.
Радиотелеметрическая система состоит из трех частей: радиопередатчика, радиоантенны и радиоприемника. Радиопередатчик носит животное и является частью, которая передает или посылает радиосигнал. Ученые используют антенну для приема радиосигналов, которые затем преобразуются приемником в звуковой сигнал. По мере приближения приемника к передатчику звуковые сигналы становятся громче, что означает, что животное с передатчиком находится рядом. Исследователь может использовать эту звуковую подсказку, чтобы найти и проследить за животным с передатчиком.
Как происходит радиометка птицы?
Чтобы использовать радиометки для изучения движений птиц, ученые должны сначала поймать птиц. Для более мелких птиц это делается с помощью паутинных сетей — высоких, длинных сетей, сделанных из очень тонких нитей, которые сливаются с окружающей средой. Как только птица поймана, ученые надевают алюминиевые ленты и уникальную комбинацию цветных пластиковых лент вокруг ног птицы. Этот процесс называется кольцеванием птиц и помогает исследователям идентифицировать птицу после ее выпуска.
Затем ученые привязывают радиометку к нижней части спины птицы, используя ремни безопасности, которые обвиваются вокруг ног птицы.
После того, как к птице прикреплена радиометка, ученые могут определить ее местонахождение, не видя ее, если она находится в зоне действия сигнала передатчика. Ученые могут определить местонахождение птицы несколькими способами. Один метод, называемый самонаведением, требует, чтобы ученый следовал за птицей. Ученый движется в направлении самых громких сигналов, пока не обнаружит животное. Другой метод, называемый триангуляцией, требует более одного исследователя и некоторой геометрии. Из разных мест каждый исследователь использует отдельный приемник, чтобы определить направление, откуда исходит сигнал. Ученые рисуют линии, показывающие направление сигнала от каждого из их местоположений на карте.
Каковы плюсы и минусы использования радиотелеметрии?
Радиопередатчики, также называемые радиометками, относительно недороги и обычно стоят менее 200 долларов каждый.
Они также бывают разных размеров и веса. Часть радиометки, которая весит больше всего, — это батарея, которая питает ее. Чем больше и тяжелее батарея, тем дольше срок ее службы, тем сильнее сигнал, который она может передавать, и тем дальше будет распространяться сигнал. Но передатчик не должен весить более 5 процентов от массы тела животного, иначе он может помешать животному двигаться. Таким образом, при разработке исследования с использованием радиотелеметрии исследователи учитывают размер и вес передатчика, который можно использовать на животном, а также то, что это означает для времени автономной работы и силы сигнала. Существуют радиометки, достаточно легкие для использования на птицах весом всего 6,6 грамма — чуть тяжелее пятицентовой монеты! Такие маленькие радиометки имеют относительно короткое время автономной работы, всего несколько недель, и сигнал, который может передаваться всего около 0,6 мили (1 км).
Радиометки дают ученым много информации о перемещении птиц. Однако научные вопросы, на которые можно ответить с помощью радиотелеметрии, ограничены, потому что ученые должны находиться относительно близко к помеченным птицам, чтобы определить их местонахождение.
