Радиоволны

Статья на основе материалов из Википедии

Непрозрачность атмосферы Земли для различных длин волн электромагнитного излучения, включая радиоволны.

Анимированная схема излучения радиоволн

Радиово́лны — электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода[1][2]. Радиоволны в электромагнитном спектре располагаются от крайне низких частот вплоть до инфракрасного диапазона. С учетом классификации Международным союзом электросвязи[3][4] радиоволн по диапазонам, к радиоволнам относят электромагнитные волны с частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, что соответствует длине волны от 10 млн. километров до 0,1 миллиметра.

В широком смысле радиоволнами являются всевозможные волновые процессы электромагнитного поля в аппаратуре (например, в волноводных устройствах, в интегральных схемах СВЧ и др.), в линиях передачи и, наконец, в природных условиях, в среде, разделяющей передающую и приемную антенны[5].

Радиоволны, являясь электромагнитными волнами, распространяются в свободном пространстве со скоростью света. Естественными источниками радиоволн являются вспышки молний и астрономические объекты. Искусственно созданные радиоволны используются для стационарной и мобильной радиосвязи, радиовещания, радиолокации, радионавигации, спутниковой связи, организации беспроводных компьютерных сетей и в других бесчисленных приложениях.

В зависимости от значения частоты (длины волны) радиоволны относят к тому или иному диапазону радиочастот (диапазону длин волн). Можно также вести классификацию радиоволн по способу распространения в свободном пространстве и вокруг земного шара[6].

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

Также по теме: Частота периодического процесса

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне от 3 Гц до 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.

Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:

  • радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;
  • радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
  • распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования.

Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.

По регламенту международного союза электросвязи радиоволны разделены на диапазоны от 0.3*10N Гц до 3*10N Гц, где N — номер диапазона. Российский ГОСТ 24375-80 почти полностью повторяет эту классификацию.

Обозн-е МСЭДлины волнНазвание волнДиапазон частотНазвание частотЭнергия фотона, эВ, `E=h\nu` Применение
ELF100 Мм — 10 МмДекамегаметровые3—30 ГцКрайне низкие (КНЧ)12,4 фэВ — 124 фэВСвязь с подводными лодками, Геофизическое исследование>геофизические исследования
SLF10 Мм — 1 МмМегаметровые30—300 ГцСверхнизкие (СНЧ)124 фэВ — 1,24 пэВСвязь с подводными лодками, геофизические исследования
ULF1000 км — 100 кмГектокилометровые300—3000 ГцИнфранизкие (ИНЧ)1,24 пэВ — 12,4 пэВСвязь с подводными лодками
VLF100 км — 10 кмМириаметровые3—30 кГцОчень низкие (ОНЧ)12,4 пэВ — 124 пэВСлужба точного времени, радиосвязь с подводными лодками
LF10 км — 1 кмКилометровые30—300 кГцНизкие (НЧ)124 пэВ — 1,24 нэВРадиовещание, радиосвязь земной волной, LORAN>навигация
MF1000 м — 100 мГектометровые300—3000 кГцСредние (СЧ)1,24 нэВ — 12,4 нэВРадиовещание и радиосвязь земной волной и ионосферная
HF100 м — 10 мДекаметровые3—30 МГцВысокие (ВЧ)12,4 нэВ — 124 нэВзагоризонтная радиолокация, рации
VHF10 м — 1 мМетровые волны30—300 МГцОчень высокие (ОВЧ)124 нэВ — 1,24 мкэВТелевидение, радиовещание, радиосвязь тропосферная и прямой волной, рации
UHF1000 мм — 100 ммДециметровые300—3000 МГцУльтравысокие (УВЧ)1,24 мкэВ — 12,4 мкэВмобильные телефоны, рации, УВЧ-терапия,
SHF100 мм — 10 ммСантиметровые3—30 ГГцСверхвысокие (СВЧ)12,4 мкэВ — 124 мкэВРадиолокация, интернет, спутниковое телевидение>спутниковое телевещание, спутниковая- и радиосвязь прямой волной, беспроводные компьютерные сети.
EHF10 мм — 1 ммМиллиметровые30—300 ГГцКрайне высокие (КВЧ)124 мкэВ — 1,24 мэВРадиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, радиолокация (метеорология>метеорологическая, управление вооружением), медицина, спутниковая радиосвязь.
THF1 мм — 0,1 ммДецимиллиметровые300—3000 ГГцинфракрасного излучения1,24 мэВ — 12,4 мэВЭкспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами).

Классификация ГОСТ 24375-80 не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. Традиционные обозначения радиочастотных диапазонов на Западе сложились в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU.

На практике[7] под низкочастотным диапазоном часто подразумевают диапазон звуковых частот, под высокочастотным — весь радиодиапазон, от 30 кГц и выше, в том числе, диапазон ВЧ. В отечественной литературе диапазоном СВЧ в широком смысле иногда называют диапазоны УВЧ, СВЧ и КВЧ (от 0.3 до 300 ГГц), на Западе этому соответствует широко распространенный термин микроволны.

Также в отечественной учебной и научной литературе сложилась классификация диапазонов, согласно которой мириаметровые волны называют сверхдлинными волнами (СДВ), километровые — длинными волнами (ДВ), гектометровые — средними волнами (СВ), декаметровые — короткими волнами (КВ), а все остальные, с длинами волн короче 10 м, относят к ультракоротким волнам (УКВ)[8].

Классификация по способу распространения

Прямые волны — радиоволны, распространяющиеся в свободном пространстве от одного объекта к другому, например, от одного космического аппарата к другому, в некоторых случаях, от земной станции к космическому аппарату и между атмосферными аппаратами или станциями. Для этих волн влиянием атмосферы, посторонних объектов и Земли можно пренебречь.Земные или поверхностные — радиоволны, распространяющиеся вдоль сферической поверхности Земли и частично огибающие её вследствие явления дифракции. Способность волны огибать встречаемые препятствия и дифрагировать вокруг них, как известно, определяется соотношением между длиной волны и размерами препятствий. Чем короче длина волны, тем слабее проявляется дифракция. По этой причине волны диапазонов УВЧ и выше очень слабо дифрагируют вокруг поверхности земного шара и дальность их распространения в первом приближении определяется расстоянием прямой видимости (прямые волны).Тропосферные — радиоволны диапазонов ОВЧ и УВЧ, распространяющиеся за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы на расстояние до 1000 км.Ионосферные или пространственные — радиоволны длиннее 10 м, распространяющиеся вокруг земного шара на сколь угодно большие расстояния за счет однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.Направляемые — радиоволны, распространяющиеся в направляющих системах (радиоволноводах)

Примеры

Примеры выделенных радиодиапазонов

НазваниеПолоса частотДлины волнЭнергия фотона, электронвольт>эВ, `E=h\nu`
средних волн (MW)530—1610 кГц565,65—186,21 м2,19—6,66 нэВ
коротких волн5,9—26,1 МГц50,8—11,49 м24,4—107,9 нэВ
Гражданский диапазон26,965—27,405 МГц11,118—10,940 м111,5—113,3 нэВ
Телевизионные каналы: с 1 по 548—100 МГц6,25—3,00 м198,5—413,6 нэВ
Кабельное телевидение100—174 МГц
Телевизионные каналы: с 6 по 12174—230 МГц1,72—1,30 м719,6—951,2 нэВ
Кабельное телевидение230—470 МГц
Телевизионные каналы: с 21 по 39470—622 МГц6,38—4,82 дм1,94—2,57 мкэВ
ультракоротких волн (UKW)Японии)1 м256,42—446,65 нэВ (кроме 314,31—372,21 нэВ)
ISM-диапазон[9]15—7,5 см
Диапазоны военных частот29.50—31.75 МГц
Диапазоны частот гражданской авиации108—136 МГц
Морские и речные диапазоны

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

НазваниеПолоса частотОписание
«11-метровый», Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон27 МГцС разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт
LPD, Low Power Device — маломощные устройства433 МГцносимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,01 Вт
PMR, Personal Mobile Radio — персональные рации446 МГцВыделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,5 Вт

Некоторые диапазоны гражданской авиации

Полоса частотОписание
2182 кГцSOS (Mayday (сигнал бедствия)>MAYDAY)
74,8—75,2 МГцМаркерные радиомаяки
108—117,975 МГцРадиосистемы навигации и посадки.
118—135,975 МГцУКВ-радиосвязь (командная связь).
121,5 МГцSOS (Mayday (сигнал бедствия)>MAYDAY)
328,6—335,4 МГцРадиосистемы посадки (глиссадный канал)
960—1215 МГцРадионавигационные системы

Некоторые диапазоны РЛС

Полоса частотДлины волнОписание
3—30 МГцHF, 100—10 мРадары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
50—330 МГцVHF, 6—0,9 мОбнаружение на больших дальностях, исследования земли
1—2 ГГцL, 30—15 смНаблюдение и контроль за воздушным движением
2—4 ГГцS, 15—7,5 смУправление воздушным движением, метеорология, морские радары
12—18 ГГцKu, 2,5—1,67 смКартографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
27—40 ГГцKa, 1,11—0,75 смКартографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами

См. также

Примечания

  1. Регламент радиосвязи. Статьи. — Швейцария, Женева: МСЭ, 2012. Статья 1.5.
  2. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения
  3. Рекомендация ITU-R V.431-7. Номенклатура диапазонов частот и длин волн, используемых в электросвязи. 2005.
  4. Геннадиева Е. Г., Дождиков В. Г., Кульба А. В. и др. Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности / Под ред. В. Н. Саблина. М.: Диво, 2006. С. 276.
  5. В. В. Никольский, Т. И. Никольская. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. С. 467.
  6. М. П. Долуханов. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1972.
  7. Е. Г. Геннадиева, В. Г. Дождиков, А. В. Кульба, Ю. С. Лифанов, В. Н. Саблин, М. И. Салтан; под ред. В. Н. Саблина Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности — Москва : Диво, 2006 — 276 — 286 — ISBN 5-87012-028-4 (В пер.)
  8. Кубанов В. П.'' Влияние окружающей среды на распространение радиоволн. — Самара: ПГУТИ, 2013. — 92 с.

Источники

  • Справочник по радиоэлектронным системам. Под ред. Б. Х. Кривицкого. В 2-х тт. — М.: Энергия, 1979.
  • Закон РФ «О связи».
  • Международный Регламент радиосвязи.

Ссылки

Электромагнитный спектр
γ-излучение | рентген | УФ | видимый свет | ИК | терагерцевое излучение | микроволны | радиоволны
Видимый спектрфиолетовый | синий | голубой | зелёный | жёлтый | оранжевый | красный
МикроволныW | V | Q | Ka | K | Ku | X | C | S | L
РадиоволныКВЧ/EHF | СВЧ/SHF | УВЧ/UHF | ОВЧ/VHF | ВЧ/HF | СЧ/MF | НЧ/LF | ОНЧ/VLF | ИНЧ/ULF | СНЧ/SLF | КНЧ/ELF
Длины волнУльтракороткие волны | Короткие волны | Средние волны | Длинные волны