Теория радиоволн: ликбез / Хабр

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

Радиоволна

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

Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте:

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

«УКВ», «ДВ», «СВ»

Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).
Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.

Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

AM — FM

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

AM — амплитудная модуляция

Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.

АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.

FM — частотная модуляция

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

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

Еще термины

Интерференция — в результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются. В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться, при сложении в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля.

Это явление более всего проявляется при приеме УКВ ЧМ и ТВ сигнала.

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

Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.
Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.

Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.

PS:

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

Принимаем «Голоса» на КВ — инструкция по применению / Хабр

Во времена позднего СССР существовала довольно пародоксальная ситуация — пресса публиковала только пропаганду и одобренную партией официальную информацию, имеющую мало общего с реальностью, но все кто хотел, могли купить радиоприемник и слушать «Би Би Си», «Голос Америки» и прочие станции. СССР пытался эти передачи глушить (мачты «глушилок» кстати до сих пор стоят в Питере, хотя провода вроде как давно сняты), но получалось это плохо.

ТВ Программа «Время», 1989г (с) YouTube

Если ситуация вдруг снова кажется вам знакомой — добро пожаловать под кат.

Я не планировал какие-либо дальнейшие публикации на тему радио на Хабре, но текущая ситуация в информационном пространстве меняется быстро, и по большому счету неизвестно, будут ли сайты BBC или Reuters доступны завтра. Ну а короткие волны, как известно из школьного курса физики, могут огибать земной шар, что может послужить источником альтернативной информации для тех кто хочет её иметь. На этот случай полезно знать, как это работает и возможно, подготовиться, хотя буду искренне надеяться что читателям это не пригодится.

Радиостанции

Для многих может оказаться сюрпризом, но СВ, ДВ и КВ станции до сих пор работают. Объем вещания разумеется, сокращается, многие антенны и станции были демонтированы, но кое-что еще функционирует. По ключевым словам «частотные расписания КВ» можно найти довольно много информации о станциях и сетке частот, желающие также могут открыть онлайн-приемник (например, голландский WebSDR) и послушать эфир самостоятельно:

WebSDR скриншот (c) http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/

Данный скриншот был сделан во время написания статьи, и как можно видеть, станции работают и их не так уж мало.

Приемники

Онлайн-радио это безусловно, интересно, но нас будет интересовать радио обычное. В продаже есть «ретро-приемники», в стиле 70х, но кроме винтажного внешнего вида, практического толку в них мало. Более-менее функциональный вариант — всеволновые приемники, например Tecsun:

Радиоприемник Tecsun PL-990

Приемник должен иметь возможность подключения внешней антенны (это важно, см.следующий параграф), цифровую шкалу для точной настройки и опционально, возможность приема однополосной модуляции (что при желании, позволит слушать служебные станции). Современный приемник стоит недешево, цена вопроса 100-300$, с другой стороны, это дешевле большинства смартфонов.

Другим интересным вариантом является российская разработка, приемник Малахит-DSP, сделанный на базе SDR. Панорамный экран и цифровые фильтры гораздо более удобны для приема сигналов, но увы, приемник выпускается мелкосерийно и купить его не так-то просто, когда я последний раз интересовался, срок предзаказа был порядка нескольких месяцев. На eBay и Aliexpress также можно найти множество клонов, ничего про их качество я сказать не могу, зато они относительно дешевы и всегда есть в наличии:

Клон Malahit DSP, eBay

Наконец, последний вариант — это стационарный приемник SDR (Software Defined Radio). Интересными по функциональности являются приемники SDRPlay, которые можно найти как в оригинальном варианте, так и в виде клонов.

Приемник SDRPlay (c) https://www.sdrplay.com

Такой приемник подключается по USB, требует наличия ПК для работы и не является портативным, что имеет как плюсы в плане функциональности, так и минусы в плане автономности. Благодаря обработке сигналов на компьютере можно видеть широкую полосу в диапазоне нескольких МГц.

SDR Uno, скриншот

Оригинальные модели продаются британской компанией, что может вызвать сложности с доставкой, однако клоны доступны на eBay и на Aliexpress.

Антенны

К сожалению, просто купить приемник недостаточно от слова «совсем». Длинные, средние и короткие волны имеют длину волны от 10 до 100 метров, и современная квартира с арматурой в стенах является для них практически идеальной «клеткой Фарадея». Вторая проблема — помехи. Т.к. радио сейчас практически никто не слушает, производители бытовой аппаратуры экономят на фильтрах и экранировании, практически любое устройство «фонит» на частотах от 100КГц до нескольких мегагерц. По большому счету, это никому не мешает, до тех пор пока мы не захотим услышать хоть какие-то станции на этих же частотах — в реале прием коротких волн в современной квартире практически невозможен, кроме треска и шипения не удастся услышать ничего.

Однако решение проблемы вполне возможно, и тут есть несколько вариантов.

• Отойти от жилых домов

  Самый простой вариант для владельцев портативных приемников. Достаточно отойти метров на 100 в любой парк, и можно наслаждаться идеально чистым звуком с практически FM-качеством. Вариант удобен тем, что не требует каких-либо затрат, и может быть легко совмещен с прогулкой, выгулом собаки и пр.

• Активная антенна

  Этот вариант удобен тем, кто хочет принимать станции у себя дома. Активная антенна фактически представляет собой широкополосный ВЧ-усилитель, суть которого — поймать сигнал за пределами здания:

  Антенна (с) https://www.on8im.be/en/active-antenna-pa0rdt.html

  Важно отметить, что такая антенна не работает в квартире — её желательно разместить снаружи, например на крыше или хотя бы на балконе (при размещении антенны на крыше нужно подумать о грозозащите). Антенну можно купить или собрать самостоятельно, как можно видеть из фото, схема довольно простая, найти ее можно по ключевым словам PA0RDT или Mini Whip. Существуют кстати и пассивные антенны, например японская AOR SA7000, которая не требует питания, но она довольно дорогая.

• Магнитная антенна (Magnetic Loop)

  Магнитные антенны бывают двух видов — резонансные и нерезонансные. Вторые удобнее тем, что их не нужно подстраивать, зато конструкция первых проще. Магнитные антенны также менее чувствительны к помехам, плюс они имеют направленные свойства, что гипотетически позволяет, поворотом антенны, отстроиться от «глушилок».

  Антенна Wellbrook (с) https://www.wellbrook.uk.com/loopantennas/Loop_Antennas

Также как и в случае активной антенны, магнитную антенну желательно разместить снаружи здания. Простейшую конструкцию можно сделать за час из двух кусков провода и конденсатора переменной емкости. Антенну можно купить, диапазон цен колеблется от 30$ за китайские антенны на eBay/Aliexpress до 300 фунтов за английские Wellbrook. Есть даже магнитные антенны, способные работать на передачу — с помощью цифровых видов связи можно передавать информацию на тысячи километров с малой скоростью даже при нескольких ватт мощности. Для радиоприема это не актуально, но знать о такой возможности все же полезно.

Заключение

Дальний прием радиостанций — довольно интересное хобби. Я все же надеюсь, что в виде хобби оно и останется, и большинству читателей Хабра не пригодится, но в случае необходимости знать о возможностях дальнего радиоприема полезно.

Желающие прочитать более подробно о теме радио, могут посмотреть другие статьи:

• Software Defined Radio — как это работает?

• Что слышно в радиоэфире? Принимаем и декодируем наиболее интересные сигналы

Коротковолновое радио | связь | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британика представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Связанный контент

Характеристики коротковолнового диапазона

— время прослушивания, частоты и коротковолновые диапазоны!

Международные диапазоны коротковолнового вещания Частоты

Лучшие коротковолновые диапазоны и ожидаемые Характеристики для приема

Информация ниже даст вам характеристики коротковолнового диапазона, которые вы можете ожидать для каждая полоса.
Выделенные коротковолновые диапазоны в списке ниже самые популярные и легкие диапазоны для приема с хорошим приемником и антенна. Условия диапазона меняются изо дня в день и от часа к часу, но с использованием приведенная ниже информация поможет вам спланировать прослушивание коротких волн. расписание.

Условия хорошего коротковолнового диапазона зависят от об особенностях ионосферы в данный момент времени и группа, которую вы слушаете.
Мы также рекомендуем некоторые популярные коротковолновые приемники, которые сделают листинг коротких волн веселым прошлым время!

Международные коротковолновые диапазоны и Частоты:

11 метров 25,67–26,10 МГц — Очень небольшая радиовещательная активность в этом диапазоне. Дневной прием, как правило, плохой, ночной прием отсутствует. Эту группу можно было бы использовать для дневного сингла. региональное покрытие hop, но очень мало широковещательных передатчиков и антенн функционировать в этом диапазоне. Не путать с 11-метровым Citizen’s Band. распределение, которое в большинстве стран составляет от 26,9от 65 МГц до 27,405 МГц. 11-метровый диапазон CB, как его называют, используется нелицензированным радио. операторов и FCC переживает трудное, если не невозможное, время «контролировать» банду, поэтому вас предупреждают, что очень грязно язык может и будет услышан ….. вы могли бы рассмотреть группу CB как радиодиапазон с рейтингом R и X на раз…!!!!!!

13 метров -21,45-21,50 МГц -Несколько шаткий прием днем, очень мало ночью. Похожий случае до 11 метров, но дальнее дневное вещание удерживает эту полосу гудит в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

15 метров -18,90–19,02 МГц — используется редко.

16 метров -17,48-17,90 МГц — День хороший прием, ночной прием меняется в зависимости от сезона, особенно летом лучший.

19 метров -15,00-15,825 МГц -День прием хороший, ночной прием переменный, лучше всего летом. Время станции, такие как WWV сосредоточены на частоте около 15 МГц. Слушай дальше 15.000 МГц.

22 метра -13,57-13,87 МГц – аналогично 19 метрам; лучше всего летом.

25 метров -11.50-12.05 МГц – лучше всего летом; считается идеальным во время период до и после захода солнца.

31 метр — 9250-9995 кГц — хороший круглогодичный ночной диапазон; сезонный в течение дня, с лучшим прием зимой. Станции времени сгруппированы вокруг 10 МГц. WWV может обычно хорошо слышно на 10. 000Mhz. Точно установите часы с помощью WWV сигналы времени! Просто настройте их в режиме AM и слушать.

41 метр — 7100-7350 кГц – прием зависит от региона – достаточно спокойной ночи и дневной прием, но в этом районе мало передатчиков международного вещания группа ориентирована на Северную Америку. Вы также услышите много американских песен. Радиолюбители, в основном LSB режим.

49 метров — 5900-6300 кГц — хороший круглогодичный ночной диапазон; дневной прием отсутствует.

60 метров — 4750-5100 кГц — в основном используется локально в тропических регионах, хотя может использоваться в ночь. Станции времени сгруппированы около 5000 кГц.

75 метров — 3900–4050 кГц — в основном используется в Восточное полушарие, не получившее широкого распространения в Америке, за исключением Радиолюбительская часть группы. (от 3900 до 4000 кГц). США, любители Радиочастоты, обычно в режиме одной боковой полосы LSB, можно услышать с 3,500 МГц до 4,000 МГц. Это считается диапазоном 75/80 метров. См. Диаграмма ниже.

90 метров -3200-3400 кГц -В основном используется локально в тропических регионах, с ограниченным приемом на большие расстояния в ночь.

120 метров — 2300–2495 кГц — в основном используется локально в тропических регионы, где временные станции сгруппированы на частоте около 2500 кГц. Технически не коротковолновый диапазон; находится в верховьях полосы средних волн .

Настройка между этими диапазонами выше может быть приключением, со многими правительственными станциями, пиратскими вещания, военные самолеты дальнего действия и коммерческие самолеты, судов и береговых станций.

Радиолюбительские группы.