Сантиметровый диапазон волн достоинства: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ
Радиолокация.
Связь.
Спутники связи.
Термообработка пищевых продуктов.
Научные исследования.
ИСТОЧНИКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ
Магнетрон.
Клистрон.
Лампа бегущей волны (ЛБВ).
Плоские вакуумные триоды.
Генератор на диоде Ганна.
СХЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Коаксиальные кабели и волноводы.
Твердотельные компоненты.
Антенны.

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН, частотный диапазон электромагнитного излучения (100ё300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном; имеется в виду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров.

Так как по длине волны излучение СВЧ-диапазона является промежуточным между световым излучением и обычными радиоволнами, оно обладает некоторыми свойствами и света, и радиоволн. Например, оно, как и свет, распространяется по прямой и перекрывается почти всеми твердыми объектами. Во многом аналогично свету оно фокусируется, распространяется в виде луча и отражается. Многие радиолокационные антенны и другие СВЧ-устройства представляют собой как бы увеличенные варианты оптических элементов типа зеркал и линз.

В то же время СВЧ-излучение сходно с радиоизлучением вещательных диапазонов в том отношении, что оно генерируется аналогичными методами. К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство связи, основываясь на тех же принципах. Но благодаря более высоким частотам оно дает более широкие возможности передачи информации, что позволяет повысить эффективность связи. Например, один СВЧ-луч может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров. Сходство СВЧ-излучения со светом и повышенная плотность переносимой им информации оказались очень полезны для радиолокационной и других областей техники.

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиолокация.

Волны дециметрово-сантиметрового диапазона оставались предметом чисто научного любопытства до начала Второй мировой войны, когда возникла настоятельная необходимость в новом и эффективном электронном средстве раннего обнаружения. Только тогда начались интенсивные исследования СВЧ-радиолокации, хотя принципиальная ее возможность была продемонстрирована еще в 1923 в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США. Суть радиолокации в том, что в пространство испускаются короткие, интенсивные импульсы СВЧ-излучения, а затем регистрируется часть этого излучения, вернувшаяся от искомого удаленного объекта – морского судна или самолета. См. также РАДИОЛОКАЦИЯ.

Связь.

Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами ок. 50 км. Параболические или рупорные антенны, смонтированные на башнях, принимают и передают дальше СВЧ-сигналы. На каждой станции перед ретрансляцией сигнал усиливается электронным усилителем. Поскольку СВЧ-излучение допускает узконаправленные прием и передачу, для передачи не требуется больших затрат электроэнергии.

Хотя система башен, антенн, приемников и передатчиков может показаться весьма дорогостоящей, в конечном счете все это с лихвой окупается благодаря большой информационной емкости СВЧ-каналов связи. Города Соединенных Штатов соединены между собой сложной сетью более чем из 4000 ретрансляционных СВЧ-звеньев, образующих систему связи, которая простирается от одного океанского побережья до другого. Каналы этой сети способны пропускать тысячи телефонных разговоров и многочисленные телевизионные программы одновременно.

Спутники связи.

Система ретрансляционных радиобашен, необходимая для передачи СВЧ-излучения на большие расстояния, может быть построена, конечно, только на суше. Для межконтинентальной же связи требуется иной способ ретрансляции. Здесь на помощь приходят связные искусственные спутники Земли; выведенные на геостационарную орбиту, они могут выполнять функции ретрансляционных станций СВЧ-связи.

Электронное устройство, называемое активно-ретрансляционным ИСЗ, принимает, усиливает и ретранслирует СВЧ-сигналы, передаваемые наземными станциями. Первые экспериментальные ИСЗ такого типа («Телстар», «Релэй» и «Синком») успешно осуществляли уже в начале 1960-х годов ретрансляцию телевизионного вещания с одного континента на другой. На основе этого опыта были разработаны коммерческие спутники межконтинентальной и внутренней связи. Спутники последней межконтинентальной серии «Интелсат» были выведены в различные точки геостационарной орбиты таким образом, что зоны их охвата, перекрываясь, обеспечивают обслуживание абонентов во всем мире. Каждый спутник серии «Интелсат» последних модификаций предоставляет клиентам тысячи каналов высококачественной связи для одновременной передачи телефонных, телевизионных, факсимильных сигналов и цифровых данных.

Термообработка пищевых продуктов.

СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

Научные исследования.

СВЧ-излучение сыграло важную роль в исследованиях электронных свойств твердых тел. Когда такое тело оказывается в магнитном поле, свободные электроны в нем начинают вращаться вокруг магнитных силовых линий в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Частота вращения, называемая циклотронной, прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и обратно пропорциональна эффективной массе электрона. (Эффективная масса определяет ускорение электрона под воздействием какой-либо силы в кристалле. Она отличается от массы свободного электрона, которой определяется ускорение электрона под действием какой-либо силы в вакууме. Различие обусловлено наличием сил притяжения и отталкивания, с которыми действуют на электрон в кристалле окружающие атомы и другие электроны.) Если на твердое тело, находящееся в магнитном поле, падает излучение СВЧ-диапазона, то это излучение сильно поглощается, когда его частота равна циклотронной частоте электрона. Данное явление называется циклотронным резонансом; оно позволяет измерить эффективную массу электрона. Такие измерения дали много ценной информации об электронных свойствах полупроводников, металлов и металлоидов.

Излучение СВЧ-диапазона играет важную роль также в исследованиях космического пространства. Астрономы многое узнали о нашей Галактике, исследуя излучение с длиной волны 21 см, испускаемое газообразным водородом в межзвездном пространстве. Теперь можно измерять скорость и определять направление движения рукавов Галактики, а также расположение и плотность областей газообразного водорода в космосе.

ИСТОЧНИКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

Двумя главными недостатками триода как СВЧ-генератора являются конечное время пролета электрона и межэлектродная емкость. Первый связан с тем, что электрону требуется некоторое (хотя и малое) время, чтобы пролететь между электродами вакуумной лампы. За это время СВЧ-поле успевает изменить свое направление на обратное, так что и электрон вынужден повернуть обратно, не долетев до другого электрода. В результате электроны без всякой пользы колеблются внутри лампы, не отдавая свою энергию в колебательный контур внешней цепи.

Магнетрон.

В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора. Подобно тому как у органной трубы данного размера имеются собственные акустические резонансные частоты, так и у объемного резонатора имеются собственные электромагнитные резонансы. Стенки резонатора действуют как индуктивность, а пространство между ними – как емкость некой резонансной цепи. Таким образом, объемный резонатор подобен параллельному резонансному контуру низкочастотного генератора с отдельными конденсатором и катушкой индуктивности. Размеры объемного резонатора выбираются, конечно, так, чтобы данному сочетанию емкости и индуктивности соответствовала нужная резонансная сверхвысокая частота.

В магнетроне (рис. 1) предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита. При этом электроны, испускаемые катодом, под действием магнитного поля вынуждены двигаться по круговым траекториям. Их скорость такова, что они в строго определенное время пересекают на периферии открытые пазы резонаторов. При этом они отдают свою кинетическую энергию, возбуждая колебания в резонаторах. Затем электроны возвращаются на катод, и процесс повторяется. Благодаря такому устройству время пролета и межэлектродные емкости не мешают генерации СВЧ-энергии.

Магнетроны могут быть сделаны большого размера, и тогда они дают мощные импульсы СВЧ-энергии. Но у магнетрона имеются свои недостатки. Например, резонаторы для очень высоких частот становятся столь малыми, что их трудно изготавливать, а сам такой магнетрон из-за своих малых размеров не может быть достаточно мощным. Кроме того, для магнетрона нужен тяжелый магнит, причем требуемая масса магнита возрастает с увеличением мощности прибора. Поэтому для самолетных бортовых установок мощные магнетроны не подходят.

Клистрон.

Для этого электровакуумного прибора, основанного на несколько ином принципе, не требуется внешнее магнитное поле. В клистроне (рис. 2) электроны движутся по прямой от катода к отражательной пластине, а затем обратно. При этом они пересекают открытый зазор объемного резонатора в форме бублика. Управляющая сетка и сетки резонатора группируют электроны в отдельные «сгустки», так что электроны пересекают зазор резонатора только в определенные моменты времени. Промежутки между сгустками согласованы с резонансной частотой резонатора таким образом, что кинетическая энергия электронов передается резонатору, вследствие чего в нем устанавливаются мощные электромагнитные колебания. Этот процесс можно сравнить с ритмичным раскачиванием первоначально неподвижных качелей.

Первые клистроны были довольно маломощными приборами, но позднее они побили все рекорды магнетронов как СВЧ-генераторов большой мощности. Были созданы клистроны, выдававшие до 10 млн. ватт мощности в импульсе и до 100 тыс. ватт в непрерывном режиме. Система клистронов исследовательского линейного ускорителя частиц выдает 50 млн. ватт СВЧ-мощности в импульсе.

Клистроны могут работать на частотах до 120 млрд. герц; однако при этом их выходная мощность, как правило, не превышает одного ватта. Разрабатываются варианты конструкции клистрона, рассчитанного на большие выходные мощности в миллиметровом диапазоне.

Клистроны могут также служить усилителями СВЧ-сигналов. Для этого нужно входной сигнал подавать на сетки объемного резонатора, и тогда плотность электронных сгустков будет изменяться в соответствии с этим сигналом.

Лампа бегущей волны (ЛБВ).

Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку. Внутри трубки имеется замедляющая проволочная спираль. Вдоль оси спирали проходит электронный луч, а по самой спирали бежит волна усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии бегущей волне.

Радиоволны распространяются со скоростью света, тогда как скорость электронов в луче значительно меньше. Однако, поскольку СВЧ-сигнал вынужден идти по спирали, скорость его продвижения вдоль оси трубки близка к скорости электронного луча. Поэтому бегущая волна достаточно долго взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию.

Если на лампу не подается внешний сигнал, то усиливается случайный электрический шум на некоторой резонансной частоте и ЛБВ бегущей волны работает как СВЧ-генератор, а не усилитель.

Выходная мощность ЛБВ значительно меньше, чем у магнетронов и клистронов на той же частоте. Однако ЛБВ допускают настройку в необычайно широком частотном диапазоне и могут служить очень чувствительными малошумящими усилителями. Такое сочетание свойств делает ЛБВ очень ценным прибором СВЧ-техники.

Плоские вакуумные триоды.

Хотя клистроны и магнетроны более предпочтительны как СВЧ-генераторы, благодаря усовершенствованиям в какой-то мере восстановлена важная роль вакуумных триодов, особенно в качестве усилителей на частотах до 3 млрд. герц.

Трудности, связанные с временем пролета, устранены благодаря очень малым расстояниям между электродами. Нежелательные межэлектродные емкости сведены к минимуму, поскольку электроды сделаны сетчатыми, а все внешние соединения выполняются на больших кольцах, находящихся вне лампы. Как и принято в СВЧ-технике, применен объемный резонатор. Резонатор плотно охватывает лампу, и кольцевые соединители обеспечивают контакт по всей окружности резонатора.

Генератор на диоде Ганна.

Такой полупроводниковый СВЧ-генератор был предложен в 1963 Дж.Ганном, сотрудником Уотсоновского научно-исследовательского центра корпорации ИБМ. В настоящее время подобные приборы дают мощности лишь порядка милливатт на частотах не более 24 млрд. герц. Но в этих пределах он имеет несомненные преимущества перед маломощными клистронами.

Поскольку диод Ганна представляет собой монокристалл арсенида галлия, он в принципе более стабилен и долговечен, нежели клистрон, в котором должен быть нагреваемый катод для создания потока электронов и необходим высокий вакуум. Кроме того, диод Ганна работает при сравнительно низком напряжении питания, тогда как для питания клистрона нужны громоздкие и дорогостоящие источники питания с напряжением от 1000 до 5000 В.

СХЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Коаксиальные кабели и волноводы.

Для передачи электромагнитных волн СВЧ-диапазона не через эфир, а по металлическим проводникам нужны специальные методы и проводники особой формы. Обычные провода, по которым передается электричество, пригодные для передачи низкочастотных радиосигналов, неэффективны на сверхвысоких частотах.

Любой отрезок провода имеет емкость и индуктивность. Эти т.н. распределенные параметры приобретают очень важное значение в СВЧ-технике. Сочетание емкости проводника с его собственной индуктивностью на сверхвысоких частотах играет роль резонансного контура, почти полностью блокирующего передачу. Поскольку в проводных линиях передачи невозможно устранить влияние распределенных параметров, приходится обращаться к другим принципам передачи СВЧ-волн. Эти принципы воплощены в коаксиальных кабелях и волноводах.

Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода и охватывающего его цилиндрического наружного проводника. Промежуток между ними заполнен пластиковым диэлектриком, например тефлоном или полиэтиленом. С первого взгляда это может показаться похожим на пару обычных проводов, но на сверхвысоких частотах их функция иная. СВЧ-сигнал, введенный с одного конца кабеля, на самом деле распространяется не по металлу проводников, а по заполненному изолирующим материалом промежутку между ними.

Коаксиальные кабели хорошо передают СВЧ-сигналы частотой до нескольких миллиардов герц, но на более высоких частотах их эффективность снижается, и они непригодны для передачи больших мощностей.

Обычные каналы для передачи волн СВЧ-диапазона имеют форму волноводов. Волновод – это тщательно обработанная металлическая труба прямоугольного или кругового поперечного сечения, внутри которой распространяется СВЧ-сигнал. Упрощенно говоря, волновод направляет волну, заставляя ее то и дело отражаться от стенок. Но на самом деле распространение волны по волноводу есть распространение колебаний электрического и магнитного полей волны, как и в свободном пространстве. Такое распространение в волноводе возможно лишь при условии, что его размеры находятся в определенном соотношении с частотой передаваемого сигнала. Поэтому волновод точно рассчитывается, так же точно обрабатывается и предназначается только для узкого интервала частот. Другие частоты он передает плохо либо вообще не передает. Типичное распределение электрического и магнитного полей внутри волновода показано на рис. 3.

Чем выше частота волны, тем меньше размеры соответствующего ей прямоугольного волновода; в конце концов эти размеры оказываются столь малы, что чрезмерно усложняется его изготовление и снижается передаваемая им предельная мощность. Поэтому были начаты разработки круговых волноводов (кругового поперечного сечения), которые могут иметь достаточно большие размеры даже на высоких частотах СВЧ-диапазона. Применение кругового волновода сдерживается некоторыми трудностями. Например, такой волновод должен быть прямым, иначе его эффективность снижается. Прямоугольные же волноводы легко изгибать, им можно придавать нужную криволинейную форму, и это никак не сказывается на распространении сигнала. Радиолокационные и другие СВЧ-установки обычно выглядят как запутанные лабиринты из волноводных трактов, соединяющих разные компоненты и передающих сигнал от одного прибора другому в пределах системы.

Твердотельные компоненты.

Твердотельные компоненты, например полупроводниковые и ферритовые, играют важную роль в СВЧ-технике. Так, для детектирования, переключения, выпрямления, частотного преобразования и усиления СВЧ-сигналов применяются германиевые и кремниевые диоды.

Для усиления применяются также специальные диоды – варикапы (с управляемой емкостью) – в схеме, называемой параметрическим усилителем. Широко распространенные усилители такого рода служат для усиления крайне малых сигналов, так как они почти не вносят собственные шумы и искажения.

Твердотельным СВЧ-усилителем с низким уровнем шума является и рубиновый мазер. Такой мазер, действие которого основано на квантовомеханических принципах, усиливает СВЧ-сигнал за счет переходов между уровнями внутренней энергии атомов в кристалле рубина. Рубин (или другой подходящий материал мазера) погружается в жидкий гелий, так что усилитель работает при чрезвычайно низких температурах (лишь на несколько градусов превышающих температуру абсолютного нуля). Поэтому уровень тепловых шумов в схеме очень низок, благодаря чему мазер пригоден для радиоастрономических, сверхчувствительных радиолокационных и других измерений, в которых нужно обнаруживать и усиливать крайне слабые СВЧ-сигналы. См. также КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ.

Для изготовления СВЧ-переключателей, фильтров и циркуляторов широко применяются ферритовые материалы, такие, как оксид магния-железа и железо-иттриевый гранат. Ферритовые устройства управляются посредством магнитных полей, причем для управления потоком мощного СВЧ-сигнала достаточно слабого магнитного поля. Ферритовые переключатели имеют то преимущество перед механическими, что в них нет движущихся частей, подверженных износу, а переключение осуществляется весьма быстро. На рис. 4 представлено типичное ферритовое устройство – циркулятор. Действуя подобно кольцевой транспортной развязке, циркулятор обеспечивает следование сигнала только по определенным трактам, соединяющим различные компоненты. Циркуляторы и другие ферритовые переключающие устройства применяются при подключении нескольких компонентов СВЧ-системы к одной и той же антенне. На рис. 4 циркулятор не пропускает передаваемый сигнал на приемник, а принимаемый сигнал – на передатчик.

В СВЧ-технике находит применение и туннельный диод – сравнительно новый полупроводниковый прибор, работающий на частотах до 10 млрд. герц. Он используется в генераторах, усилителях, частотных преобразователях и переключателях. Его рабочие мощности невелики, но это первый полупроводниковый прибор, способный эффективно работать на столь высоких частотах. См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

Антенны.

СВЧ-антенны отличаются большим разнообразием необычных форм. Размер антенны приблизительно пропорционален длине волны сигнала, а поэтому для СВЧ-диапазона вполне приемлемы конструкции, которые были бы слишком громоздки на более низких частотах.

В конструкциях многих антенн учитываются те свойства СВЧ-излучения, которые сближают его со светом. Типичными примерами могут служить рупорные антенны, параболические отражатели, металлические и диэлектрические линзы. Применяются также винтовые и спиральные антенны, часто изготавливаемые в виде печатных схем.

Группы щелевых волноводов можно расположить так, чтобы получилась нужная диаграмма направленности для излучаемой энергии. Часто применяются также диполи типа хорошо известных телевизионных антенн, устанавливаемых на крышах. В таких антеннах нередко имеются одинаковые элементы, расположенные с интервалами, равными длине волны, и повышающие направленность за счет интерференции.

СВЧ-антенны обычно проектируют так, чтобы они были предельно направленными, поскольку во многих СВЧ-системах очень важно, чтобы энергия передавалась и принималась в точно заданном направлении. Направленность антенны возрастает с увеличением ее диаметра. Но можно уменьшить антенну, сохранив ее направленность, если перейти на более высокие рабочие частоты.

Многие «зеркальные» антенны с параболическим или сферическим металлическим отражателем спроектированы специально для приема крайне слабых сигналов, приходящих, например, от межпланетных космических аппаратов или от далеких галактик. В Аресибо (Пуэрто-Рико) действует один из крупнейших радиотелескопов с металлическим отражателем в виде сферического сегмента, диаметр которого равен 300 м. Антенна имеет неподвижное («меридианное») основание; ее приемный радиолуч перемещается по небосводу благодаря вращению Земли. Самая большая (76 м) полностью подвижная антенна расположена в Джодрелл-Бенке (Великобритания).

Новое в области антенн – антенна с электронным управлением направленностью; такую антенну не нужно механически поворачивать. Она состоит из многочисленных элементов – вибраторов, которые можно электронными средствами по-разному соединять между собой и тем самым обеспечивать чувствительность «антенной решетки» в любом нужном направлении. См. также АНТЕННЫ.

Что такое радиоволны — CrewTraffic

Что такое радиоволны

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.).
Радиоволны переносят через пространство энергию, злучаемую 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 как отношение скорости света взятой в метрах к частоте электромагнитного излучения взятой в МГц.

Такое соотношение показывает, например, что на частоте 1 МГц длина волны составляет 300 метров.
С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением частоты длина волны увеличивается. В дальнейшем мы убедимся, что знание длины волны очень важно при выборе антенны для радиосистемы, так как от нее напрямую зависит длина антенны. Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волны 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 поверхности. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации. Еще одним полезным свойством электромагнитных волн (впрочем, как и всяких других волн) является их способность огибать тела на своем пути. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры тела 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 американский самолет-невидимку «Stealth».
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. Например, поток энергии электромагнитного излучения Солнца на поверхность Земли достигает 1 киловатта на квадратный метр, а поток энергии средневолновой вещательной радиостанции – всего тысячные и даже миллионные доли ватта на квадратный метр.

Распределение спектра

Радиоволны (радиочастоты), 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 (сокращенное наименование)	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	Ультра высокие частоты (УВЧ)	Дециметровые	1–0.1 м
3–30 ГГц	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	Сантиметровые	10–1 см
30–300 ГГц	Крайне высокие 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.

На рисунке изображен пример распределения 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
Коротковолновый диапазон (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 менялись 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

Распространение коротких и ультракоротких волн

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.
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, находящихся 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.

Параболические направленные антенны.

Необходимо отметить, что с уменьшением длины волны возрастает их затухание и поглощение в атмосфере. В частности на распространение волн короче 1 см начинают влиять такие явления как туман, дождь, облака, которые могут стать серьезной помехой, сильно ограничивающей дальность связи.
Мы выяснили, что волны радиодиапазона обладают различными свойствами распространения, и каждый участок этого диапазона применяется там, где лучше всего могут быть использованы его преимущества.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр
Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр — это распределение электромагнитных излучения в зависимости от энергии (или, что то же самое, в силу соотношений в предыдущий раздел, в зависимости от частоты или длины волны).

Области электромагнитного спектра

В следующей таблице приведены приблизительные длины волн, частоты и энергии. для отдельных областей электромагнитного спектра.

Спектр электромагнитных Радиация
Регион	Длина волны (ангстрем)	Длина волны (сантиметров)	Частота (Гц)	Энергия (эВ)
Радио	> 10 ⁹	> 10	< 3 x 10 ⁹	< 10 ^-5
Микроволновая печь	10 ⁹ — 10 ⁶	10 — 0,01	3 x 10 ⁹ — 3 x 10 ¹²	10 ^-5 — 0,01
Инфракрасный	10 ⁶ — 7000	0,01 — 7 х 10 ^-5	3 x 10 ¹² — 4,3 x 10 ¹⁴	0,01 — 2
Видимый	7000 — 4000	7 х 10 ^-5 — 4 х 10 ^-5	4,3 x 10 ¹⁴ — 7,5 x 10 ¹⁴	2 — 3
Ультрафиолет	4000 — 10	4 x 10 ^-5 — 10 ^-7	7,5 x 10 ¹⁴ — 3 x 10 ¹⁷	3 — 10 ³
Рентген	10 — 0,1	10 ^-7 — 10 ^-9	3 х 10 ¹⁷ — 3 х 10 ¹⁹	10 ³ — 10 ⁵
Гамма-лучи	< 0,1	< 10 ^-9	> 3 x 10 ¹⁹	> 10 ⁵

Обозначение «эВ» означает электрон-вольт, общепринятую единицу измерения энергии в атомная физика.

Графическое представление электромагнитного спектра показано на рисунке ниже.

Электромагнитный спектр

Таким образом, мы видим, что видимый свет, гамма-лучи и микроволны на самом деле одно и то же. вещи. Все они представляют собой электромагнитное излучение; они просто отличаются своим длины волн.

Спектр видимого света

Точно так же, как мы воспринимаем частоту звука как высоту тона, мы воспринимаем частоту света как цвет. Обратите внимание, насколько мал видимый спектр во всем диапазоне электромагнитный спектр.

Видимая часть спектра может быть разделена по цветам. с красным на длинноволновом конце и фиолетовым на коротковолновом конце, как показано (схематически) на следующем рисунке.

Видимый спектр

Как Рой Г.

Б.В. потерял гласную Последовательность цветов красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый может быть вспомнил, запомнив имя того молодца «РОЙ Г. Б.В.». Первоначально это был «РОЙ Г. BIV», потому что раньше было принято называть область между синим и фиолетовым «индиго». В современном использовании индиго обычно не выделяют как отдельный цвет в видимом спектре; таким образом, у Роя больше нет гласных в его последнем слове. имя.

Инфракрасное излучение

За пределами красного конца видимого спектра является инфракрасное излучение. Это колеблется от 700 нм до 0,1 см. Мы чувствуем такое излучение тепловой лампы, но не можем этого увидеть излучение.

Радиоволны

Мы знакомы с радиоволнами из передач UHF, VHF, FM и AM. У них очень длинные волны. AM-радиоволны имеют самые длинные длины волн в этой группе и, следовательно, наименьшие частоты.

УФ, рентгеновское, гамма-излучение

Эти более коротковолновые лучи с более высокой энергией в значительной степени блокируется атмосферой Земли.

(позже мы узнать больше о том, почему блокируются определенные длины волн по сравнению с другими. (см. следующий слайд). Таким образом, «рентгеновское зрение» Супермена практически бесполезно. на земле.

Инфракрасная спектроскопия

1. Введение
Как отмечалось в предыдущей главе, свет, который видят наши глаза, — это лишь малая часть широкого спектра электромагнитного излучения. На непосредственно высокоэнергетической стороне видимого спектра лежит ультрафиолет, а на низкоэнергетической стороне — инфракрасный. Часть инфракрасного диапазона, наиболее полезная для анализа органических соединений, не примыкает непосредственно к видимому спектру, а имеет диапазон длин волн от 2500 до 16000 нм с соответствующим диапазоном частот от 1,9*10

13 до 1,2*10 ¹⁴ Гц.

Энергии фотонов, связанных с этой частью инфракрасного спектра (от 1 до 15 ккал/моль), недостаточно велики для возбуждения электронов, но могут вызывать колебательное возбуждение ковалентно связанных атомов и групп. Ковалентные связи в молекулах — это не жесткие палочки или стержни, которые можно найти в наборах молекулярных моделей, а скорее жесткие пружины, которые можно растягивать и сгибать. Подвижность органических молекул была отмечена в главе о конформационных изомерах. Теперь мы должны признать, что в дополнение к легкому вращению групп вокруг простых связей молекулы испытывают самые разнообразные колебательные движения, характерные для атомов, входящих в их состав. Следовательно, практически все органические соединения будут поглощать инфракрасное излучение, соответствующее по энергии этим колебаниям. Инфракрасные спектрометры, подобные в принципе описанному в другом месте УФ-видимому спектрометру, позволяют химикам получать спектры поглощения соединений, которые являются уникальным отражением их молекулярной структуры. Примером такого спектра является ароматизатор ванилин, показанный ниже.

Сложность этого спектра типична для большинства инфракрасных спектров и иллюстрирует их использование для идентификации веществ. Разрыв в спектре между 700 и 800 см ^-1 обусловлен поглощением растворителем (CCl ₄ ). Дальнейший анализ (ниже) покажет, что этот спектр также указывает на присутствие альдегидной функции, фенольного гидроксила и замещенного бензольного кольца. Характерно инвертированное отображение поглощения по сравнению со спектрами УФ-видимого диапазона. Таким образом, образец, который вообще не поглощал, будет отображать горизонтальную линию при 100% пропускании (верхняя часть диаграммы).

Преобразователь частоты в длину волны
Частота в см ^-1 Длина волны в мк

Шкала частот в нижней части диаграммы дана в единицах обратных сантиметра (см ^-1 )

, а не в Гц, потому что числа более управляемы.

Обратный сантиметр — это количество волновых циклов в одном сантиметре; тогда как частота в циклах в секунду или Гц равна количеству волновых циклов в 3 * 10 ¹⁰ см (расстояние, пройденное светом за одну секунду). Единицы длины волны указаны в микрометрах, мкм (мк) , а не в нанометрах по той же причине. Большинство инфракрасных спектров отображаются в линейной шкале частот, как показано здесь, но в некоторых старых текстах используется линейная шкала длин волн. Справа находится калькулятор для взаимного преобразования этих значений частоты и длины волны. Просто введите значение, которое нужно преобразовать, в соответствующее поле, нажмите «

Рассчитать », и эквивалентное число появится в пустом поле.
Инфракрасные спектры могут быть получены от образцов во всех фазах (жидкой, твердой и газообразной). Жидкости обычно рассматривают как тонкую пленку, зажатую между двумя полированными соляными пластинами (обратите внимание, что стекло поглощает инфракрасное излучение, тогда как NaCl прозрачен).

Если растворители используются для растворения твердых веществ, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать затемнения важных спектральных областей из-за поглощения растворителем. Обычно используются перхлорированные растворители, такие как четыреххлористый углерод, хлороформ и тетрахлорэтен. В качестве альтернативы твердые вещества могут быть либо включены в тонкий диск KBr, приготовленный под высоким давлением, либо смешаны с небольшим количеством нелетучей жидкости и измельчены в пасту (или кашицу), которую смазывают между соляными пластинами.

2. Колебательная спектроскопия
Молекула, состоящая из n-атомов, имеет 3n степеней свободы, шесть из которых представляют собой трансляции и вращения самой молекулы. Это оставляет 3n-6 степеней колебательной свободы (3n-5, если молекула линейная). Вибрационным модам часто дают описательные названия, такие как растяжение, изгиб, ножницы, раскачивание и скручивание. Примером этих терминов является четырехатомная молекула формальдегида, спектр газовой фазы которой показан ниже. Если шарообразная модель формальдегида не отображается справа от спектра, нажмите кнопку 9.0002 посмотреть мяч и клюшка модели кнопка справа. Мы ожидаем шесть фундаментальных вибраций (12 минус 6), и они были отнесены к спектральным поглощениям. Чтобы увидеть, как молекула формальдегида начинает вибрировать, щелкните одну из кнопок под спектром или щелкните один из пиков поглощения в спектре.

Инфракрасный спектр формальдегида в газовой фазе, H ₂ C=O

^{Вид CH ₂ Ассиметричная растяжка} ^{Вид CH ₂ Симметричная растяжка} ^{Вид C=O Растяжка} ^{Вид CH ₂ Ножницы} ^{Вид CH ₂ Качающийся} ^{Вид CH ₂ Виляние}		^{Мяч&Stick Модель} ^{Модель Spacefill} ^{Палка Модель} ^{Движение выключено}

Точная частота, при которой возникает данная вибрация, определяется прочностью задействованных связей и массой атомов компонентов. Для более подробного обсуждения этих факторов нажмите здесь. На практике инфракрасные спектры обычно не отображают отдельные сигналы поглощения для каждой из 3n-6 основных колебательных мод молекулы. Количество наблюдаемых поглощений может увеличиваться за счет аддитивных и субтрактивных взаимодействий, приводящих к комбинационным тонам и обертонам основных колебаний, примерно так же, как взаимодействуют звуковые колебания музыкального инструмента. Кроме того, количество наблюдаемых абсорбций может быть уменьшено за счет молекулярной симметрии, ограничений спектрометра и правил спектроскопического отбора. Одно правило выбора, влияющее на интенсивность поглощения инфракрасного излучения, заключается в том, что для поглощения инфракрасной энергии вибрацией должно произойти изменение дипольного момента. Полосы поглощения, связанные с растяжением связи С=О, обычно очень сильные, поскольку в этой моде происходит большое изменение диполя.
Некоторые общие тенденции:

i) Частоты растяжения выше, чем соответствующие частоты изгиба. (Легче согнуть связь, чем растянуть или сжать ее.)
ii) Связи с водородом имеют более высокие частоты растяжения, чем связи с более тяжелыми атомами.
iii) Тройные связи имеют более высокие частоты растяжения, чем соответствующие двойные связи, которые, в свою очередь, имеют более высокие частоты, чем одинарные связи.
(За исключением связей с водородом).

Основные области инфракрасного спектра, в которых наблюдаются различные виды колебательных полос, показаны на следующей диаграмме. Обратите внимание, что участки синего цвета над пунктирной линией относятся к колебаниям растяжения, а полоса зеленого цвета под линией охватывает колебания изгиба. Сложность инфракрасных спектров в области ^-1 от 1450 до 600 см затрудняет отнесение всех полос поглощения, и из-за обнаруженных там уникальных рисунков ее часто называют 9-й полосой поглощения.0002 отпечаток пальца регион. Полосы поглощения в области ^-1 от 4000 до 1450 см обычно обусловлены валентными колебаниями двухатомных единиц, и это иногда называют областью групповых частот .

3. Групповые частоты
Подробная информация о поглощении инфракрасного излучения, наблюдаемом для различных связанных атомов и групп, обычно представлена в табличной форме. В следующей таблице представлена коллекция таких данных для наиболее распространенных функциональных групп. В соответствии с цветовой схемой диаграммы поглощение при растяжении указано в области, заштрихованной синим цветом, а поглощение при изгибе — в части, заштрихованной зеленым цветом. Более подробные описания определенных групп (например, алкенов, аренов, спиртов, аминов и карбонильных соединений) можно просмотреть, щелкнув название функционального класса . Поскольку большинство органических соединений имеют связи С-Н, полезное правило состоит в том, что поглощение в диапазоне от 2850 до 3000 см ^-1 обусловлено растяжением С-Н sp ³; тогда как поглощение выше 3000 см ^-1 происходит от растяжения sp ² C-H или растяжения sp CH, если оно близко к 3300 см ^-1 .

7-9 амины 5NH2
)
NH ₂ & N-H wagging
(shifts on H-bonding)

Типичные частоты инфракрасного поглощения
	Stretching Vibrations			Bending Vibrations
Functional Class	Range (cm ^-1 )	Intensity	Assignment	Range ( см ^-1 )	Интенсивность	Назначение
Alkanes	2850-3000	str	CH ₃ , CH ₂ & CH 2 or 3 bands	1350-1470 1370-1390 720-725	med med wk	CH ₂ & CH ₃ deformation CH ₃ deformation CH ₂ rocking
Alkenes	3020-3100 1630-1680 1900-2000	med var str	=C-H & =CH ₂ (usually sharp) C=C (symmetry reduces intensity) C=C asymmetric stretch	880-995 780 -850 675-730	str med med	=C-H & =CH ₂ (out-of-plane bending) cis-RCH=CHR
Alkynes	3300 2100-2250	стр вар	C-H (usually sharp) C≡C (symmetry reduces intensity)	600-700	str	C-H deformation
Arenes	3030 1600 & 1500	var med- wk	C-H (может быть несколько полос) C=C (в кольце) (2 полосы) (3, если сопряжены)	690-900	str-med	C-H изгиб и 10 кольцо сморщивание 87 7 7 Спирты и фенолы	3580-3650 3200-3550 970-1250	var str str	O-H (free), usually sharp O-H (H-bonded), usually broad C-O	1330-1430 650 -770	MED VAR-WK	O-H Bending (In-Plane) O-H Bend (вне плоскости)
Амины	3400-3500 (DIL. Soln.) -3400 (разбав. р-р) 1000-1250	нед. нед. ср.	N-H (1°-амины), 2 полосы N-H (2°-амины) C-N	1550-1650 660-900	med-str var
Aldehydes & Ketones	2690-2840(2 bands) 1720-1740 1710-1720 1690 1675 1745 1780	мед стр str str str str str	C-H (aldehyde C-H) C=O (saturated aldehyde) C=O (saturated ketone) aryl ketone α, β-unsaturation cyclopentanone cyclobutanone	1350-1360 1400-1450 1100	str str med	α-CH ₃ bending α-CH ₂ bending C-C-C bending
Carboxylic Acids & Производные	2500-3300 (acids) overlap C-H 1705-1720 (acids) 1210-1320 (acids) 1785-1815 ( acyl halides) 1750 & 1820 (anhydrides) 1040-1100 1735-1750 ( esters) 1000-1300 1630-1695(amides)	str str med-str str str str str str str	O-H (very broad) C =O (H-связь) O-C (иногда 2 пика) C=O C = O (2-половинка) O-C C = O O-C (2-половинка) C = O (полоса амида I)	1395-1440 1590-1650 1500-1560	MED Med Med	C-O-H Bending N-H (1-амид) II полоса N-H (2-амид) II полоса
Нитрилы Изоцианаты, Isothiocyanates, Diimides, AZEDIDES, AZEDIDES, AZEDIDESEDIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, AZEDIDESIDES, . 2240-2260 2100-2270	мед med	C≡N (острый) -N=C=O, -N=C=S -N=C=N-, -N ₃ , C=C=O

Чтобы проиллюстрировать полезность инфракрасных спектров поглощения, примеры для пяти изомеров C ₄ H ₈ O представлены ниже их соответствующих структурных формул. Пять спектров можно просмотреть по очереди, нажав кнопку « Toggle Spectra ». Попробуйте связать каждый спектр (А — Е) с одним из изомеров в строке над ним. После выполнения заданий проверьте свои ответы, нажав на структуру или название каждого изомера.

4. Другие функциональные группы
Данные по инфракрасному поглощению для некоторых функциональных групп, не перечисленных в предыдущей таблице, приведены ниже. Большинство приведенных поглощений связано с валентными колебаниями. Для описания полос поглощения используются стандартные сокращения (str = сильное, wk = слабое, brd = широкое и shp = резкое).

9003 9007 9007.

2360 см ^-1 (str)

Функциональный класс	Характеристика поглощения
Функции серы
S-H Thiols	2550-2600 CM ^-1 (WK & SHP)
9 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111ЕС
S-S disulfide	500-540 (wk)
C=S thiocarbonyl	1050-1200 (str)
S=O sulfoxide sulfone сульфокислота сульфонилхлорид сульфат	1030-1060 (стр) 1325± 25 (ас) и 1140± 20 (с) (оба стр) 6±0 1345 (стр) & 1180± 10 (s) (both str) 1350-1450 (str)
Phosphorous Functions
P-H phosphine	2280-2440 cm ^-1 (med & shp) 950-1250 (нед) P-H изгиб
(O=)PO-H phosphonic acid	2550-2700 (med)
P-OR esters	900-1050 (str)
P=O phosphine oxide phosphonate phosphate phosphoramide	1100-1200 (str) 1230-1260 (Str) 1100-1200 (Str) 1200-1275 (Str)
Силиконовые функции
Si-H
Si-H
Si-H
Si-OR	1000-11000 (str & brd)
Si-CH ₃	1250± 10 (str & shp)
Oxidized Nitrogen Functions
=NOH oxime O-H (stretch) C=N N-O	3550-3600 cm ^-1 (str) 1665± 15 945 ± 15
N-O amine oxide aliphatic aromatic	960± 20 1250± 50
N=O nitroso nitro	1550± 50 (str) 1530± 20 (as) & 1350± 30 (с)

Проверьте свою способность использовать данные инфракрасной и масс-спектрометрии для идентификации неизвестного соединения. При нажатии на кнопку открывается экран, на котором можно выбрать четыре различные задачи такого типа.