Радіохвилі довжина хвилі джерело властивості застосування. Теорія радіохвиль: лікнеп. Загальні властивості радіохвиль

ЩО ТАКЕ радіохвиль

Радіохвилі - це електромагнітні коливання, що поширюються в просторі зі швидкістю світла (300 000 км / сек). До речі, світло це теж електромагнітні хвилі, що володіють схожими з радіохвилями властивостями (віддзеркалення, заломлення, загасання і т.п.).

Радіохвилі передають через простір енергію, що випромінюється генератором електромагнітних коливань. А народжуються вони при зміні електричного поля, наприклад, коли через провідник проходить змінний електричний струм або коли через простір проскакують іскри, тобто ряд швидко наступних один за одним імпульсів струму.

Електромагнітне випромінювання характеризується частотою, довжиною хвилі і потужністю переносної енергії. Частота електромагнітних хвиль показує, скільки разів в секунду змінюється в випромінювачі напрям електричного струму і, отже, скільки разів в секунду змінюється в кожній точці простору величина електричного і магнітного полів. Вимірюється частота в герцах (Гц) - одиницях названих ім'ям великого німецького вченого Генріха Рудольфа Герца. 1 Гц - це одне коливання в секунду, 1 мегагерц (МГц) - мільйон коливань в секунду. Знаючи, що швидкість руху електромагнітних хвиль дорівнює швидкості світла, можна визначити відстань між точками простору, де електричне (або магнітне) поле знаходиться в однаковій фазі. Ця відстань називається довжиною хвилі. Довжина хвилі в метрах розраховується за формулою:

Або приблизно,
де f - частота електромагнітного випромінювання в МГц.

Електромагнітні хвилі вільно проходять через повітря або космічний простір (вакуум). Але якщо на шляху хвиль зустрічається металевий дріт, антена або будь-яке інше провідне тіло, то вони віддають йому свою енергію, викликаючи тим самим в цьому провіднику змінний електричний струм. Але не вся енергія хвилі поглинається провідником, частина її відбивається від його поверхні і або іде назад, або розсіюється в просторі. До речі, на цьому засновано застосування електромагнітних хвиль в радіолокації.

Ще однією корисною властивістю електромагнітних хвиль є їх здатність огинати на своєму шляху деякі перешкоди. Але це можливо лише в тому випадку, коли розміри об'єкта менше, ніж довжина хвилі, або порівнянні з нею. Наприклад, щоб виявити літак, довжина радіохвилі локатора повинна бути менше його геометричних розмірів (менше 10 м). Якщо ж тіло більше, ніж довжина хвилі, воно може відобразити її. Але може і не відобразити. Згадайте військову технологію зниження помітності «Stealth», в рамках якої розроблено відповідні геометричні форми, радіопоглинаючі матеріали і покриття для зменшення помітності об'єктів для локаторів.

Енергія, яку несуть електромагнітні хвилі, залежить від потужності генератора (випромінювача) і відстані до нього. По науковому це звучить так: потік енергії, що припадає на одиницю площі, прямо пропорційний потужності випромінювання і обернено пропорційний квадрату відстані до випромінювача. Це означає, що дальність зв'язку залежить від потужності передавача, але в набагато більшому ступені від відстані до нього.

РОЗПОДІЛ СПЕКТРУ

Радіохвилі, які використовуються в радіотехніці, займають область, або більш науково - спектр від 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Це тільки частина великого спектра електромагнітних хвиль. За радіохвилями (за зменшенням довжині) слідують теплові або інфрачервоні промені. Після них йде вузьку ділянку хвиль видимого світла, далі - спектр ультрафіолетових, рентгенівських і гамма променів - все це електромагнітні коливання однієї природи, що відрізняються тільки довжиною хвилі і, отже, частотою.

Хоча весь спектр розбитий на області, кордони між ними намічені умовно. Області випливають безупинно одна за одною, переходять одна в іншу, а в деяких випадках перекриваються.

Міжнародними угодами весь спектр радіохвиль, що застосовуються в радіозв'язку, розбитий на діапазони:

Діапазон частот	Найменування діапазону частот	Найменування діапазону хвиль	Довжина хвилі
	Дуже низькі частоти (ОНЧ)	Міріаметровиє
	Низькі частоти (НЧ)	кілометрові
300-3000 кГц	Середні частоти (СЧ)	гектометрові
	Високі частоти (ВЧ)	декаметрові
	Дуже високі частоти (НВЧ)	метрові
300-3000 МГц	Ультрависокі частоти (УВЧ)	дециметрові
	Надвисокі частоти (СВЧ)	сантиметрові
	Крайневисокіе частоти (КВЧ)	міліметрові
300-3000 ГГц	Гіпервисокі частоти (ГВЧ)	Децімілліметровие

Але ці діапазони досить великі і, в свою чергу, розбиті на ділянки, куди входять так звані радіомовні і телевізійні діапазони, діапазони для наземної і авіаційної, космічної та морського зв'язку, для передачі даних і медицини, для радіолокації і радіонавігації і т.д. Кожній радіослужбі виділено свою ділянку діапазону або фіксовані частоти.

Розподіл спектра між різними службами.

Ця розбивка досить заплутана, тому багато служб використовують свою «внутрішню» термінологію. Зазвичай при позначенні діапазонів виділених для наземної рухомого зв'язку використовуються наступні назви:

	Діапазон частот	пояснення
		Через особливості поширення в основному застосовується для далекого зв'язку.
	25.6-30.1 МГц	Цивільний діапазон, в якому можуть користуватися зв'язком приватні особи. У різних країнах на цій ділянці виділено від 40 до 80 фіксованих частот (каналів).
		Діапазон рухомий наземної зв'язку. Незрозуміло чому, але в російській мові не знайшлося терміну, що визначає даний діапазон.
	136-174 МГц	Найбільш поширений діапазон рухомий наземної зв'язку.
	400-512 МГц	Діапазон рухомий наземної зв'язку. Іноді не виділяють цю ділянку в окремий діапазон, а говорять УКВ, маючи на увазі смугу частот від 136 до 512 МГц.
	806-825 і 851-870 МГц	Традиційний «американський» діапазон; широко використовується рухомий зв'язком в США. У нас не отримав особливого поширення.

Надалі ми будемо говорити про властивості радіохвиль стосовно їх використання в наземної рухомого радіозв'язку.

ЯК розповсюджуються радіохвилі

Земля для радіохвиль представляє провідник електрики (хоча і не дуже хороший). Проходячи над поверхнею землі, радіохвилі поступово слабшають. Це пов'язано з тим, що електромагнітні хвилі порушують в поверхні землі електрострум, на що і витрачається частина енергії. Тобто енергія поглинається землею, причому тим більше, чим коротше довжина хвиля (вище частота).

Крім того, енергія хвилі слабшає ще і тому, що випромінювання поширюється в усі сторони простору і, отже, чим далі від передавача знаходиться приймач, тим менша кількість енергії доводиться на одиницю площі і тим менше її потрапляє в антену.

Передачі довгохвильових мовних станцій можна приймати на відстані до декількох тисяч кілометрів, причому рівень сигналу зменшується плавно, без стрибків. Середньохвильові станції чутні в межах тисячі кілометрів. Що ж стосується коротких хвиль, то їх енергія різко зменшується в міру віддалення від передавача. Цим пояснюється той факт, що на зорі розвитку радіо для зв'язку в основному застосовувалися хвилі від 1 до 30 км. Хвилі коротше 100 метрів взагалі вважалися непридатними для далекого зв'язку.

Однак подальші дослідження коротких і ультракоротких хвиль показали, що вони швидко згасають, коли йдуть у поверхні Землі. При напрямку випромінювання вгору, короткі хвилі повертаються назад.

Ще в 1902 англійський математик Олівер Хевісайд (Oliver Heaviside) і американський інженер-електрик Артур Едвін Кеннеллі (Arthur Edwin Kennelly) практично одночасно передбачили, що над Землею існує іонізований шар повітря - природне дзеркало, що відбиває електромагнітні хвилі. Цей шар був названий іоносферою.

Іоносфера Землі повинна була дозволити збільшити дальність поширення радіохвиль на відстані, що перевищують пряму видимість. Експериментально це припущення було доведено в 1923. Радіочастотні імпульси передавалися вертикально вгору і приймалися сигнали, що повернулися. Вимірювання часу між посилкою і прийомом імпульсів дозволили визначити висоту і кількість шарів відображення.

Поширення довгих і коротких хвиль.

Встановлено, що висота відображення залежить в першу чергу від довжини хвилі. Чим коротше хвиля, тим на більшій висоті відбувається її віддзеркалення і, отже, більше «мертва зона». Ця залежність вірна лише для короткохвильової частини спектра (приблизно до 25-30 МГц). Для більш коротких хвиль іоносфера прозора. Хвилі пронизують її наскрізь і йдуть в космічний простір.

З малюнка видно, що відображення залежить не тільки від частоти, а й від часу доби. Це пов'язано з тим, що іоносфера іонізується сонячним випромінюванням і з настанням темряви поступово втрачає свою відбивну здатність. Ступінь іонізації також залежить від сонячної активності, яка змінюється протягом року і з року в рік по семирічним циклом.

Відбивні шари іоносфери і поширення коротких хвиль в залежності від частоти і часу доби.

Поширення коротких і ультракоротких хвиль.

Властивості радіохвиль діапазонів ДЦВ і 800 Мгц ще ближчі до світлових променів і тому володіють ще одним цікавим і важливим властивістю. Згадаймо, як влаштований ліхтарик. Світло від лампочки, розташованої у фокусі рефлектора, збирається у вузький пучок променів, який можна послати в будь-якому напрямку. Приблизно те ж саме можна зробити і з високочастотними радіохвилями. Можна їх збирати дзеркалами-антенами і посилати вузькими пучками. Для низькочастотних хвиль таку антену побудувати неможливо, оскільки дуже великі були б її розміри (діаметр дзеркала повинен бути набагато більше, ніж довжина хвилі).

Можливість спрямованого випромінювання хвиль дозволяє підвищити ефективність системи зв'язку. Пов'язано це з тим, що вузький промінь забезпечує менше розсіювання енергії в побічних напрямках, що дозволяє застосовувати менш потужні передавачі для досягнення заданої дальності зв'язку. Направлене випромінювання створює менше перешкод іншим системам зв'язку, які перебувають не в створі променя.

При прийомі радіохвиль також можуть використовуватися гідності спрямованого випромінювання. Наприклад, багато хто знайомий з параболічними супутниковими антенами, фокусирующими випромінювання супутникового передавача в точку, де встановлений приймальний датчик. Застосування направлених приймалень антен в радіоастрономії дозволило зробити безліч фундаментальних наукових відкриттів. Можливість фокусування високочастотних радіохвиль забезпечила їх широке застосування в радіолокації, радіорелейного зв'язку, супутниковому мовленні, бездротової передачі даних і т.п.

Параболічна спрямована супутникова антена (фото з сайту ru.wikipedia.org).

Необхідно відзначити, що зі зменшенням довжини хвилі зростає загасання і поглинання енергії в атмосфері. Зокрема на поширення хвиль коротше 1 см починають впливати такі явища як туман, дощ, хмари, які можуть стати серйозною перешкодою, що обмежує дальність зв'язку.

Ми з'ясували, що радіохвилі мають різні властивості поширення в залежності від довжини хвилі і кожну ділянку радіоспектра застосовується там, де найкраще використовуються його переваги.

1. Що таке радіохвилі? 3

1.1. радіохвилі 3

1.2. Поширення радіохвиль 4

1.3. Як розповсюджуються радіохвилі 6

2. Діапазон 10

2.1. Динамічний діапазон 12

2.2. Розподіл спектра 12

3. Джерела 15

3.1.Радіоізлученіе Сонця 15

3.2.Галактіческіе радиоисточники 15

3.3.Отождествленіе джерел 16

3.4.Фоновое випромінювання 17

3.5.Радіоізлученіе планет 17

3.6.Ізлученіе водню 17

4. Відкриття та застосування

Бібліографія

1. Що таке радіохвилі

1.1.Радіоолни

Радіохвилі - це електромагнітні коливання, що поширюються в просторі зі швидкістю світла (300 000 км / сек). До речі світло також відноситься до електромагнітних хвиль, що і визначає їх вельми схожі властивості (віддзеркалення, заломлення, загасання і т.п.).
Радіохвилі передають через простір енергію, що випромінюється генератором електромагнітних коливань. А народжуються вони при зміні електричного поля, наприклад, коли через провідник проходить змінний електричний струм або коли через простір проскакують іскри, тобто ряд швидко наступних один за одним імпульсів струму.
Електромагнітне випромінювання характеризується частотою, довжиною хвилі і потужністю переносної енергії. Частота електромагнітних хвиль показує, скільки разів в секунду змінюється в випромінювачі напрям електричного струму і, отже, скільки разів в секунду змінюється в кожній точці простору величина електричного і магнітного полів. Вимірюється частота в герцах (Гц) - одиницях названих ім'ям великого німецького вченого Генріха Рудольфа Герца. 1 Гц - це одне коливання в секунду, 1 мегагерц (МГц) - мільйон коливань в секунду. Знаючи, що швидкість руху електромагнітних хвиль дорівнює швидкості світла, можна визначити відстань між точками простору, де електричне (або магнітне) поле знаходиться в однаковій фазі. Ця відстань називається довжиною хвилі. Довжина хвилі (в метрах) розраховується за формулою: або приблизно де | - частота електромагнітного випромінювання в МГц.

З формули видно, що, наприклад, частоті 1 МГц відповідає довжина хвилі ок. 300 м. Зі збільшенням частоти довжина хвилі зменшується, із зменшенням - здогадайтеся самі. Надалі ми переконаємося, що знання довжини хвилі дуже важливо при виборі антени для радіосистеми, так як від неї безпосередньо залежить довжина антени. Електромагнітні хвилі вільно проходять через повітря або космічний простір (вакуум). Але якщо на шляху хвилі зустрічається металевий дріт, антена або будь-яке інше провідне тіло, то вони віддають йому свою енергію, викликаючи тим самим в цьому провіднику змінний електричний струм. Але не вся енергія хвилі поглинається провідником, частина її відбивається від поверхні. До речі, на цьому засновано застосування електромагнітних хвиль в радіолокації. Ще однією корисною властивістю електромагнітних хвиль (втім, як і будь-яких інших хвиль) є їх здатність огинати тіла на своєму шляху. Але це можливо лише в тому випадку, коли розміри тіла менше, ніж довжина хвилі, або порівнянні з нею. Наприклад, щоб виявити літак, довжина радіохвилі локатора повинна бути менше його геометричних розмірів (менше 10 м). Якщо ж тіло більше, ніж довжина хвилі, воно може відобразити її. Але може і не відобразити - пригадаєте американський літак-невидимку «Stealth».
Енергія, яку несуть електромагнітні хвилі, залежить від потужності генератора (випромінювача) і відстані до нього. По науковому це звучить так: потік енергії, що припадає на одиницю площі, прямо пропорційний потужності випромінювання і обернено пропорційний квадрату відстані до випромінювача. Це означає, що дальність зв'язку залежить від потужності передавача, але в набагато більшому ступені від відстані до нього. Наприклад, потік енергії електромагнітного випромінювання Сонця на поверхню Землі досягає 1 кіловата на квадратний метр, а потік енергії средневолновой мовної радіостанції - всього тисячні і навіть мільйонні долі вата на квадратний метр.

1.2.Распространеніе радіохвиль

Найпростіший випадок - це поширення радіо хвилі у вільному просторі. Вже на невеликій відстані від радіопередавача його можна вважати точкою. А якщо так, то фронт радіохвилі можна вважати сферичним. Якщо ми проведемо подумки кілька сфер, що оточують радіопередавач, то ясно, що при відсутності поглинання енергія, що проходить через сфери, залишатиметься незмінною. Ну, а поверхня сфери пропорційна квадрату радіусу. Значить, інтенсивність хвилі, т. Е. Енергія, яка припадає на одиницю площі в одиницю часу, буде падати у міру віддалення від джерела обернено пропорційно квадрату відстані.

Звичайно, це важливе правило застосовується в тому випадку, якщо не прийняті спеціальні заходи для того, щоб створити вузько направлений потік радіохвиль.

Існують різні технічні прийоми для створення спрямованих радіопроменів. Один із способів вирішення цього завдання полягає в використанні правильної решітки антен. Антени повинні бути розташовані так, щоб їх посилають ними хвилі відправлялися в потрібному напрямку "горб до горба". Для цієї ж мети використовуються дзеркала різної форми.

Радіохвилі, які подорожують в космосі, будуть відхилятися від прямолінійного напряму - відбиватися, розсіюватися, переломлюватися - в тому випадку, якщо на їх шляху зустрінуться перешкоди, сумірні з довжиною хвилі і навіть дещо менші.

Найбільший інтерес представляє для нас поведінка хвиль, що йдуть поблизу с земної поверхні. У кожному окремому випадки картина може бути вельми своєрідною, в залежності від того, яка довжина хвилі.

Кардинальну роль відіграють електричні властивості землі і атмосфери. Якщо поверхня здатна проводити струм, то вона "не відпускає" від себе радіохвилі. Електричні силові лінії електромагнітного поля підходить до металу (ширше - до будь-якого провідника) під прямим кутом.

Тепер уявіть собі, що радіопередача відбувається поблизу морської поверхні. Морська вода містить розчинені солі, т. Е. Є електролітом. Морська вода - чудовий провідник струму. Тому вона "тримає" радіохвилю, примушує її рухатися уздовж поверхні моря.

Але і рівнинна, а так само лісиста місцевості є хорошими провідниками для струмів не дуже високої частоти. Іншими словами, для довгих хвиль ліс рівнина поводяться як метал.

Тому довгі хвилі утримуються всією земною поверхнею і здатна осягнути земну кулю. До речі кажучи, цим способом можна визначити швидкість радіохвиль. Радіотехнікам відомо, що на те, щоб обігнути земну кулю, радіохвиля витрачає 0.13 с. А як же гори? Ну що ж, для довгих хвиль вони не такі вже й високі, і радіохвиля завдовжки в кілометр більш менш здатна осягнути гору.

Що ж стосується коротких хвиль, то можливість дальнього радіоприйому на цих хвилях зобов'язана наявності над Землею іоносфери. Сонячні промені володіють здатністю руйнувати молекули повітря у верхніх областях атмосфери. Молекули перетворюються в іони і на відстанях 100 300 км від землі утворюють декілька заряджених шарів. Так що для коротких хвиль простір, в якому рухається хвиля, - це шар діелектрика, затиснутого між двома провідними поверхнями.

Оскільки рівнинна і лісиста поверхні не є хорошими провідниками для коротких хвиль то вони не здатні їх утримати. Короткі хвилі відправляються у вільну подорож, але натикаються на іоносферу, що відображає їх, як поверхня металу.

Іонізація іоносфери не однорідна і, звичайно, різна вдень і вночі. Цим шляхом коротких радіохвиль можуть бути самими різними. Вони можуть дістатися до вашого радіоприймача і після багатократних віддзеркалень із Землею і іоносферою. Доля короткої хвилі залежить від того, під яким кутом потрапляє вона на іоносферний шар. Якщо цей кут близький до прямого, то віддзеркалення не відбудеться і хвиля піде в світовий простір. Але частіше має місце повне відображення і хвиля повертається на Землю.

Для ультракоротких хвиль іоносфера прозора. Тому на цих довжинах хвиль можливий радіоприйом в межах прямої видимості або за допомогою супутників. Направляючи хвилю на супутник, ми можемо ловити відбиті від нього сигнали на величезних відстанях.

Супутники відкрили нову епоху в техніки радіозв'язку, забезпечивши можливість радіоприйому і телевізійного прийому на ультракоротких хвилях.

Цікаві можливості надає передача на сантиметрових, міліметрових і субміліметрових хвилях. Хвилі цієї довжини можуть поглинатися атмосферою. Але, виявляється, є "вікна", і, підібравши потрібним чином довжину хвилі, можна використовувати хвилі, що залізають в оптичний діапазон. Ну, а достоїнства цих хвиль нам відомі: у малій хвилевий інтервал можна "вкласти" величезне число не перекриваються передач.

1.3.Как поширюються радіохвилі

Радіохвилі випромінюються через антену в простір і розповсюджуються у вигляді енергії електромагнітного поля. І хоча природа радіохвиль однакова, їх здатність до поширення сильно залежить від довжини хвилі.
Земля для радіохвиль представляє провідник електрики (хоча і не дуже хороший). Проходячи над поверхнею землі, радіохвилі поступово слабшають. Це пов'язано з тим, що електромагнітні хвилі порушують в поверхні землі електрострум, на що і витрачається частина енергії. Тобто енергія поглинається землею, причому тим більше, чим коротше довжина хвиля (вище частота). Крім того, енергія хвилі слабшає ще і тому, що випромінювання поширюється в усі сторони простору і, отже, чим далі від передавача знаходиться приймач, тим менша кількість енергії доводиться на одиницю площі і тим менше її потрапляє в антену.
Передачі довгохвильових мовних станцій можна приймати на відстані до декількох тисяч кілометрів, причому рівень сигналу зменшується плавно, без стрибків. Середньохвильові станції чутні в межах тисячі кілометрів. Що ж стосується коротких хвиль, то їх енергія різко зменшується в міру віддалення від передавача. Цим пояснюється той факт, що на зорі розвитку радіо для зв'язку в основному застосовувалися хвилі від 1 до 30 км. Хвилі коротше 100 метрів взагалі вважалися непридатними для далекого зв'язку.
Однак подальші дослідження коротких і ультракоротких хвиль показали, що вони швидко згасають, коли йдуть у поверхні Землі. При напрямку випромінювання вгору, короткі хвилі повертаються назад.
Ще в 1902 англійський математик Олівер Хевісайд (Oliver Heaviside) і американський інженер-електрик Артур Едвін Кеннеллі (Arthur Edwin Kennelly) практично одночасно передбачили, що над Землею існує іонізований шар повітря - природне дзеркало, що відбиває електромагнітні хвилі. Цей шар був названий іоносферою. Іоносфера Землі повинна була дозволити збільшити дальність поширення радіохвиль на відстані, що перевищують пряму видимість. Експериментально це припущення було доведено в 1923. Радіочастотні імпульси передавалися вертикально вгору і приймалися сигнали, що повернулися. Вимірювання часу між посилкою і прийомом імпульсів дозволили визначити висоту і кількість шарів відображення.

Поширення довгих і коротких хвиль.

Відбившись від іоносфери, короткі хвилі повертаються до Землі, залишивши під собою сотні кілометрів «мертвої зони». Долетівши до іоносфери і назад, хвиля не "заспокоюється», а відбивається від поверхні Землі і знову спрямовується до іоносфери, де знову відбивається і т. Д. Так, багато разів відображаючись, радіохвиля може кілька разів обігнути земну кулю.
Встановлено, що висота відображення залежить в першу чергу від довжини хвилі. Чим коротше хвиля, тим на більшій висоті відбувається її віддзеркалення і, отже, більше «мертва зона». Ця залежність вірна лише для короткохвильової частини спектра (приблизно до 25-30 МГц). Для більш коротких хвиль іоносфера прозора. Хвилі пронизують її наскрізь і йдуть в космічний простір.
З малюнка видно, що відображення залежить не тільки від частоти, а й від часу доби. Це пов'язано з тим, що іоносфера іонізується сонячним випромінюванням і з настанням темряви поступово втрачає свою відбивну здатність. Ступінь іонізації також залежить від сонячної активності, яка змінюється протягом року і з року в рік по семирічним циклом.

Відбивні шари іоносфери і поширення коротких хвиль
в залежності від частоти і часу доби.

Поширення коротких і ультракоротких хвиль.

Радіохвилі УКХ діапазону за властивостями більшою мірою нагадують світлові промені. Вони практично не відбиваються від іоносфери, дуже трохи огинають земну поверхню і розповсюджуються в межах прямої видимості. Тому дальність дії ультракоротких хвиль невелика. Але в цьому є певна перевага для радіозв'язку. Оскільки в діапазоні УКВ хвилі поширюються в межах прямої видимості, то можна розташовувати радіостанції на відстані 150-200 км один від одного без взаємного впливу. А це дозволяє багаторазово використовувати одну і ту ж частоту сусіднім станціям.
Властивості радіохвиль діапазонів ДЦВ і 800 Мгц ще ближчі до світлових променів і тому володіють ще одним цікавим і важливим властивістю. Згадаймо, як влаштований ліхтарик. Світло від лампочки, розташованої у фокусі рефлектора, збирається у вузький пучок променів, який можна
послати в будь-якому напрямку. Приблизно те ж саме можна зробити і з високочастотними радіохвилями. Можна їх збирати дзеркалами-антенами і посилати вузькими пучками. Для низькочастотних хвиль таку антену побудувати неможливо, оскільки дуже великі були б її розміри (діаметр дзеркала повинен бути набагато більше, ніж довжина хвилі). Можливість спрямованого випромінювання хвиль дозволяє підвищити ефективність системи зв'язку.
Пов'язано це з тим, що вузький промінь забезпечує менше розсіювання енергії в побічних напрямках, що дозволяє застосовувати менш потужні передавачі для досягнення заданої дальності зв'язку. Направлене випромінювання створює менше перешкод іншим системам зв'язку, що знаходяться не в створі променя.
При прийомі радіохвиль також можуть використовуватися гідності спрямованого випромінювання. Наприклад, багато хто знайомий з параболічними супутниковими антенами, фокусирующими випромінювання супутникового передавача в точку, де встановлений приймальний датчик. Застосування направлених приймалень антен в радіоастрономії дозволило зробити безліч фундаментальних наукових відкриттів. Можливість фокусування високочастотних радіохвиль забезпечила їх широке застосування в радіолокації, радіорелейного зв'язку, супутниковому мовленні, бездротової передачі даних і т.п.

Параболічні спрямовані антени.

Необхідно відзначити, що зі зменшенням довжини хвилі зростає їх загасання і поглинання в атмосфері. Зокрема на поширення хвиль коротше 1 см починають впливати такі явища як туман, дощ, хмари, які можуть стати серйозною перешкодою, сильно обмежує дальність зв'язку.
Ми з'ясували, що хвилі радіодіапазону володіють різними властивостями розповсюдження, і кожна ділянка цього діапазону застосовується там, де найкраще можуть бути використані його переваги.

2. Діапазон

З урахуванням особливостей поширення, генерації і (частково) випромінювання весь діапазон радіохвиль прийнято ділити на ряд менших діапазонів: наддовгі хвилі, довгі хвилі, середні хвилі, короткі хвилі, метрові хвилі, дециметрові хвилі, сантиметрові хвилі, міліметрові хвилі і субміліметрових хвилі (табл. 1). Розподіл радіочастот на діапазони в радіозв'язку встановлено міжнародним регламентом радіозв'язку (табл. 2). Все це офіційні, чітко відмежовані ділянки спектра.
У той же час термін "діапазон" в залежності від контексту може застосовуватися для позначення якогось довільного ділянки радіохвиль / радіочастот (наприклад - "аматорський діапазон", "діапазон рухомого зв'язку", "діапазон low band", "діапазон 2,4 ГГц " і т.п.)

Табл. 1. - Розподіл всього діапазону радіохвиль на менші діапазони.

Назва піддіапазону	Довжина хвилі, м	Частота коливань, гц
наддовгі хвилі	більше 10 4 м	менше 3x10 4
довгі хвилі
Середні хвилі
короткі хвилі
метрові хвилі
дециметрові хвилі
сантиметрові хвилі		3x10 10 -3x10 11
міліметрові хвилі		3x10 11 -6x10 12
субміліметрові хвилі		- - - - - - - - - - - - - -

Табл. 2.1. - Діапазон радіочастот

Найменування діапазону		межі діапазонів
основний термін	паралельний термін
1-й діапазон частот 2-й діапазон частот 3-й діапазон частот 4-й діапазон частот 5-й діапазон частот 6-й діапазон частот 7-й діапазон частот 8-й діапазон частот 9-й діапазон частот 10-й діапазон частот 11-й діапазон частот 12-й діапазон частот	Вкрай низькі КНЧ наднизькі СНЧ Інфранизьких ІНЧ Дуже низькі ОНЧ Низькі частоти НЧ Середні частоти СЧ Високі частоти ВЧ Дуже високі ДВЧ ультрависокі УВЧ надвисокі СВЧ Вкрай високі КВЧ гіпервисокі ГВЧ	3-30 гц 30-300 гц 0,3-3 кГц 3-30 кГц 30-300 кГц 0,3-3 Мгц 3-30 Мгц 30-300 МГц 0,3-3 Ггц 3-30 Ггц 30-300 Ггц 0,3-3 ТГЦ

Табл. 2.2. - Діапазон радіохвиль

Найменування діапазону		межі діапазонів
основний термін	паралельний термін
1-й діапазон частот 2-й діапазон частот 3-й діапазон частот 4-й діапазон частот 5-й діапазон частот 6-й діапазон частот 7-й діапазон частот 8-й діапазон частот 9-й діапазон частот 10-й діапазон частот 11-й діапазон частот 12-й діапазон частот	Декамегаметровие Мегаметровие Гектокілометровие Міріаметровиє кілометрові гектометрові декаметрові метрові дециметрові сантиметрові міліметрові Децімілліметровие	100-10 мм 10-1 мм 1000-100 км 100-10 км 10-1 км 1-0,1 км 100-10 м 10-1 м 1-0,1 м 10-1 см 10-1 мм 1-0,1 мм

2.1. динамічний діапазон
Динамічний діапазон радіоприймального пристрою - це відношення максимально допустимого рівня сигналу (нормується рівнем нелінійних спотворень) до мінімально можливого рівня сигналу (визначається чутливістю пристрою) виражене в децибелах. Іншими словами - це різниця між максимальним і мінімальним значеннями рівнів сигналів, при яких ще не спостерігається спотворень. Причиною цих спотворень є нелінійність підсилювального тракту розглянутого пристрою. Чим ширше ДД, тим сильніші сигнали здатне приймати пристрій без спотворень. Динамічний діапазон ширше у дорогих приймачів, хоча порівнювати їх за цим параметром практично неможливо, тому що він дуже рідко вказується в характеристиках.

2.2. розподіл спектра

Радіохвилі (радіочастоти), які використовуються в радіотехніці, займають область, або більш науково - спектр від 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Це тільки частина великого спектра електромагнітних хвиль. За радіохвилями (за зменшенням довжині) слідують теплові або інфрачервоні промені. Після них йде вузьку ділянку хвиль видимого світла, далі - спектр ультрафіолетових, рентгенівських і гамма променів - все це електромагнітні коливання однієї природи, що відрізняються тільки довжиною хвилі і, отже, частотою. Хоча весь спектр розбитий на області, кордони між ними намічені умовно. Області випливають безупинно одна за одною, переходять одна в іншу, а в деяких випадках перекриваються. Міжнародними угодами весь спектр радіохвиль, що застосовуються в радіозв'язку, розбитий на діапазони:

Діапазон частот	Найменування діапазону (скорочене найменування)	Найменування діапазону хвиль	Довжина хвилі
	Дуже низькі частоти (ОНЧ)	Міріаметровиє
	Низькі частоти (НЧ)	кілометрові
300-3000 кГц	Середні частоти (СЧ)	гектометрові
	Високі частоти (ВЧ)	декаметрові
	Дуже високі частоти (НВЧ)	метрові
300-3000 МГц	Ультра високі частоти (УВЧ)	дециметрові
	Надвисокі частоти (СВЧ)	сантиметрові
	Вкрай високі частоти (КВЧ)	міліметрові
300-3000 ГГц	Гіпервисокі частоти (ГВЧ)	Децімілліметровие

Приклад розподілу спектра між різними службами.
Ця розбивка досить заплутана, тому багато служб використовують свою «внутрішню» термінологію. Зазвичай при позначенні діапазонів виділених для наземної рухомого зв'язку використовуються наступні назви:

термін	Діапазон частот	пояснення
короткохвильовий діапазон (КВ)		Через особливості поширення в основному застосовується для далекого зв'язку.
	25.6-30.1 МГц	Цивільний діапазон, в якому можуть користуватися зв'язком приватні особи. В різних країнах на цій ділянці виділено від 40 до 80 фіксованих частот (каналів).
		Незрозуміло чому, але в російській мові не знайшлося терміну, що визначає даний діапазон.
	136-174 МГц	Найбільш поширений діапазон рухомий наземної зв'язку.
	400-512 МГц	Діапазон рухомий наземної зв'язку. Іноді не виділяють цю ділянку в окремий діапазон, а говорять УКВ, маючи на увазі смугу частот від 136 до 512 МГц.
	806-825 і 851-870 МГц	Традиційний «американський» діапазон; широко використовується рухомий зв'язком в США. У нас не отримав особливого поширення.

Не треба плутати офіційні найменування діапазонів частот з назвами ділянок, виділених для різних служб. Варто зазначити, що основні світові виробники обладнання для рухомого наземного зв'язку випускають моделі, розраховані на роботу в межах саме цих ділянок.
Надалі ми будемо говорити про властивості радіохвиль стосовно їх використання в наземної рухомого радіозв'язку.

3. Джерела

3.1.Радіоізлученіе Сонця. Зареєстровано радіовипромінювання Сонця з довжиною хвилі від декількох міліметрів до 30 м. Особливо сильно випромінювання в метровому діапазоні; воно народжується у верхніх шарах атмосфери Сонця, в його короні, де температура близько 1 млн. К. Короткохвильове випромінювання Сонця відносно слабко; воно виходить з хромосфери, розташованої над видимою поверхнею Сонця - фотосферою.

3.2.Галактіческіе радиоисточники. Вже перші спостереження Г.Ребера показали, що радіовипромінювання Чумацького Шляху неоднорідний - воно сильніше в напрямку центру Галактики. Подальші дослідження підтвердили, що основні джерела радіохвиль щодо компактні; їх називають точковими або дискретними. Зареєстровані вже десятки тисяч таких джерел.

Випромінювання космічних радіоджерел буває двох типів: теплове і нетеплове (звичайно синхротронне). Теплове випромінювання народжується в гарячому газі від випадкового (теплового) руху заряджених частинок - електронів і протонів. Його інтенсивність в широкому діапазоні спектра майже постійна, але на довгих хвилях вона швидко зменшується. Таке випромінювання характерно для емісійних туманностей. Інші джерела мають нетепловое випромінювання, інтенсивність якого зростає зі збільшенням довжини хвилі. У цих джерелах випромінювання виникає при русі дуже швидких електронів в магнітному полі. Швидкості електронів близькі до швидкості світла, і це не може бути наслідком простого теплового руху. Для розгону електронів до таких швидкостей в лабораторії використовують спеціальні прискорювачі - синхротрони. Як це відбувається в природних умовах, не зовсім ясно. Синхротронне випромінювання сильно поляризоване. Це дозволяє виявляти його в космічних джерелах і по напрямку поляризації визначати орієнтацію їх магнітного поля. Таким методом досліджені міжзоряні магнітні поля в нашій і сусідніх галактиках.

Одним з найважливіших досягнень радіоастрономії стало відкриття активних процесів в ядрах галактик. Радіоспостереження вказували на це ще в 1950-і роки, але остаточне підтвердження з'явилося в 1962, коли за допомогою 5-метрового оптичного телескопа обсерваторії Маунт-Паломар (США) були незалежно виявлені бурхливі процеси в ядрі галактики М 82.

Іншим найважливішим відкриттям радіоастрономії вважаються квазари - дуже далекі і активні позагалактичні об'єкти. Спочатку вони здавалися рядовими точковими джерелами. Потім деякі з них були ототожнені із слабкими зірками (звідси назва «квазар» - квазізвездние радиоисточник). Доплеровське зміщення ліній у їх оптичних спектрах вказує на те, що квазари віддаляються від нас зі швидкістю, близькою до швидкості світла і, відповідно до закону Хаббла, відстані до них складають мільярди світлових років. Перебуваючи на таких гігантських відстанях, вони помітні лише тому, що випромінюють з величезною потужністю - близько 10 41 Вт. Це значно більше потужності випромінювання цілої галактики, хоча розмір області генерації енергії у квазарів істотно менше розміру галактик і деколи не перевершує розміру Сонячної системи. Загадка квазарів досі не розкрита.

3.3.Отождествленіе джерел. Зірки - слабкі джерела радіохвиль. Довгий час єдиною зіркою на «радіонебе» було Сонце, і то лише завдяки його близькості. Але в 1970-х роках Р.Хелмінг і К. Уейд з Національної радіоастрономічної обсерваторії США відкрили радіовипромінювання від газових оболонок, скинутих Новою Дельфіна 1967 і Нової Змії 1970. Потім вони виявили радіовипромінювання червоного надгіганта Антареса і рентгенівського джерела в Скорпіоні.

В.Бааде і Р.Мінковскій з обсерваторій Маунт-Вілсон і Маунт-Паломар (США) ототожнили багато яскравих радіоджерел з оптичними об'єктами. Наприклад, найяскравіший джерело в Лободі виявився пов'язаний з дуже далекої і слабкою галактикою незвичайної форми, що стала прототипом радиогалактик. Потужний радиоисточник в Тельці вони ототожнили з залишком вибуху наднової зірки, зазначеної в китайському літописі 1054. Могутнє джерело в Кассіопеї також виявився залишком наднової, що спалахнула всього років 300 тому, але не поміченою ніким.

У 1967 Е.Хьюіш, Дж.Белл і їх колеги з Кембриджа (Англія) відкрили незвичайні змінні радіоджерела - пульсари. Випромінювання кожного пульсара представляє строго періодичну послідовність імпульсів; у відкритих пульсарів періоди лежать в інтервалі від 0,0016 з до 5,1 с. Через 2 роки У.Коккі, М.Дісней і Д. Тейлор виявили, що радіопульсар в Крабовидної туманності збігається зі слабкою оптичною зіркою, яка, як і пульсар, змінює свою яскравість з періодом 1/30 с. Серед понад 700 відомих зараз пульсарів ще тільки один - в сузір'ї Парусов (Vela) - демонструє оптичні спалахи. З'ясувалося, що феномен пульсара пов'язаний c нейтронними зірками, що утворилися в результаті гравітаційного колапсу ядер масивних зірок. Маючи діаметр близько 15 км і масу як у Сонця, нейтронна зірка швидко обертається і як маяк періодично «освітлює» Землю. Поступово швидкість обертання пульсара сповільнюється, період між імпульсами зростає, а їх потужність падає. Іноді спостерігаються різкі збої періоду, коли у нейтронної зірки відбувається перебудова структури, звана «зоретрусів».

3.4.Фоновое випромінювання. Крім ототожнених і неотождествленность дискретних джерел, спостерігається сумарний фон від мільйонів далеких галактик і хмар міжзоряного газу нашої Галактики. З підвищенням чутливості і роздільної здатності радіотелескопів з цього фону вдається виділити все більше дискретних джерел.

3.5.Радіоізлученіе планет. У 1956 К.Мейер з Військово-морської лабораторії США відкрив випромінювання Венери на хвилі 3 см. У 1955 Б.Бурке і К.Франклін з інституту Карнегі у Вашингтоні виявили короткі сплески радіовипромінювання від Юпітера на хвилі 13,5 м. Подальші дослідження в Австралії показали, що сплески випромінювання від Юпітера приходять в ті моменти, коли певні зони його поверхні звернені до Землі. У дециметровому діапазоні крім теплового випромінювання спостерігалося і синхротронне, що вказувало на наявність у Юпітера потужного магнітного поля, яке пізніше було дійсно виявлено космічними зондами.

Радіолокаційні дослідження планет дозволяють точно визначати їх відстань від Землі, швидкість їх добового обертання і властивості поверхні. Радіолокація Венери дозволила вивчити топографію її поверхні, закритою від оптичних телескопів щільним хмарним шаром.

3.6.Ізлученіе водню. Нейтральний атомарний водень - можливо, найпоширеніший елемент в міжзоряному просторі. Він здатний випромінювати радиолинию з довжиною хвилі 21 см, яка була передбачена в 1944 нідерландським теоретиком Х. ван де Хюлст і виявлена \u200b\u200bв 1951 Х.Юеном і Е.Парселом з Гарвардського університету (США). Існування вузької лінії в радіодіапазоні виявилося дуже корисним: вимірюючи її доплеровское зміщення, можна дуже точно визначати променеву швидкість спостережуваного хмари газу. При цьому приймальна апаратура радіотелескопу сканує деякий діапазон довжин хвиль в районі лінії 21 см і відзначає піки випромінювання. Кожен такий пік - це лінія випромінювання водню, зміщена по частоті через рух одного з хмар, які потрапили в поле зору антени телескопа.

Близько 5% водню в Галактиці внаслідок високої температури знаходиться в ионизованном стані. Коли вільні електрони пролітають поблизу позитивно заряджених ядер водню - протонів, вони відчувають тяжіння, рухаються з прискоренням і при цьому випромінюють електромагнітні кванти. Іноді, втративши енергію, електрон виявляється захопленим на один з верхніх рівнів атома (тобто відбувається рекомбінація). Спускаючись потім каскадно на стійкий нижній рівень, електрон також випромінює кванти енергії. Таке випромінювання вільних і рекомбінуючих електронів спостерігається в радіодіапазоні від емісійних туманностей і дозволяє виявляти їх навіть в тих випадках, коли оптичне випромінювання не може досягти Землі через поглинання в міжзоряного пилу. Завдяки цьому радіоастрономи змогли виявити практично всі емісійні туманності в Галактиці.

4. Відкриття та застосування

Відкриття радіохвиль дало людству масу можливостей. Серед них: радіо, телебачення, радари, радіотелескопи і бездротові засоби зв'язку. Все це полегшувало нам життя. За допомогою радіо люди завжди можуть попросити допомоги у рятувальників, кораблі і літаки подати сигнал лиха, і можна дізнатися події, що відбуваються в світі.

Гіпотезу про існування радіохвиль висунув англійський учений Джеймс Максвелл на підставі вивчення робіт Фарадея з електрики. Для висунення гіпотези про можливість виникнення електромагнітних хвиль Максвел мав наступні підстави. Відкриття індукційного струму Фарадеем. Максвелл пояснив появу індукційного струму виникненням вихрового електричного поля при будь-якій зміні магнітного поля. Далі він запропонував, що електричне поле має такі ж властивості: при будь-якій зміні електричного поля в навколишньому просторі виникає вихровий електричне поле.

Одного разу почався процес взаємного породження магнітного і електричного поля повинен безперервно тривати і захоплювати Схема Радіохвилі.

все нові і нові області в навколишньому просторі. Процес взаємопородження електричних і магнітних полів відбувається у взаємно перпендикулярних площинах. Електричні і магнітні поля можуть існувати в речовині і в вакуумі, і можуть поширюватися в вакуумі. Умовою виникнення електромагнітних хвиль є прискорений рух електричних зарядів. Так, зміна магнітного поля відбувається при зміні струму в провіднику, а зміна струму відбувається при зміні швидкості зарядів. Отже, електромагнітні хвилі повинні виникати при прискореному русі електромагнітних зарядів.

Але ось створення електромагнітних хвиль досвідченим шляхом належить фізику Герцу. Для цього Герц використовував високочастотний іскровий розрядник (Вибратор). Справив цей досвід Герц в 1888 р Складався вібратор з двох стержнів, розділених іскровим проміжком. Експериментував Герц з хвилями частотою 100000000 Гц. Обчисливши власну частоту електромагнітних коливань вібратора, Герц зміг визначити швидкість електромагнітної хвилі за формулою υ \u003d λν.Она виявилася приблизно рівна швидкості світла: с \u003d 300000 км / с. Досвід Герца блискуче підтвердив прогнози Максвела. Для збудження коливань вібратор підключався до індуктора. Коли напруга на искровом проміжку досягало пробивного значення, виникла іскра, яка закорачивается обидві половинки вібратора. В результаті виникали вільні затухаючі коливання, які тривали до тих пір, поки іскра не гасла. А для того щоб виникає при коливаннях високочастотний струм не відгалужується в обмотку індуктора, між вібратором і індуктором включалися дроселі (котушки з великою індуктивністю). Після згасання іскри вібратор знову заряджався від індуктора, і весь процес повторювався знову. Таким чином, вібратор Герца порушував ряд цугов слабо згасаючих хвиль.

І під час цих коливань встановлювалася стояча хвиля струму і напруги. Сила струму I була максимальною (пучность) в середині вібратора і зверталася в нуль на його кінцях. Напруга U в середині вібратора мало вузол, на кінцях - пучности. Досліди Герца були продовжені П. М. Лебедєв в 1894 р П.М. Лебедєв відкрив подвійне переломлення хвиль в кристалі. Також радіохвилі мають всі основні властивості хвиль.

Електромагнітні хвилі в залежності від довжини хвилі (або частоти коливань

Незважаючи на те, що властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів можуть різко відрізнятися один від одного, всі вони мають єдину хвильову природу і описуються системою рівнянь Максвелла. Величини і в електромагнітній хвилі в простому випадку міняються по гармонійному закону. Рівняннями плоскої електромагнітної хвилі, що розповсюджується в напрямку Z, є:

де n-частота,

Електромагнітні хвилі є поперечними хвилями, тобто коливання векторів напруженості змінного електричного і індукції змінного магнітного поля взаємно перпендикулярні і лежать в площині, перпендикулярній до вектора швидкості поширення хвилі. Вектори і утворюють правовінтовую систему: з кінця вектора поворот від до на найменший кут видно, що відбувається проти годинникової стрілки (рис. 1).

На рис. 2 показано розподіл векторів і електромагнітної хвилі уздовж осі OZ в даний момент часу t.

З формули (1) випливає, що вектора і у електромагнітній хвилі коливаються в однаковій фазі (синфазно), тобто вони одночасно звертаються в нуль і одночасно досягають максимальних значень.

Грунтуючись на тому, що електромагнітна хвиля є поперечною, можливе спостереження явищ, пов'язаних з певною орієнтацією векторів і в просторі. Завдяки цим властивостям можливо використовувати електромагнітні хвилі в радіозв'язку.

Першим хто застосував радіохвилі для бездротового зв'язку, був російський фізик А. Попов. 7 травня 1895 Попов за допомогою електромагнітних хвиль передав на відстань 250 м повідомлення (були передані слова «Генріх Герц»). Для прийому повідомлень Попов використовував здатність металевих порошків злипатися під впливом високочастотних електричних коливань і тим самим підвищувати свою електропровідність. Передавачем служила заземлена антена А. В схемі передавача В - джерело високої змінної напруги, що живиться батареєю Е. При замиканні ключа К в искровом проміжку утворюється іскра, що представляє собою коливальний процес, внаслідок чого антена Передавач і приймач ..

А починає випромінювати радіохвилі. Ці хвилі, досягаючи антени А 'приймальні станції, збуджують електромагнітні коливання ланцюга, що містить заземлену антену і когерер Т. Опір когерера різко зменшується, внаслідок чого замикається ланцюг батареї Е', в якій знаходиться електромагнітне реле, яке притягує молоточок F. При цьому в точці О замикається ланцюг більш потужної батареї Е ", що діє на пишучий апарат LM. У той же час молоточок D вдаряє по когереру Т і розмикає ланцюг батареї Е '(для прийому наступного сигналу).

Це радіо стало прабатьком не тільки для сучасного радіо, а й для телевізорів, радіотелескопів, мобільних телефонів і для багатьох інших речей без яких люди не можуть уявити сьогоднішню своє життя.

Сучасні радіоприймачі зовсім несхожі на свого прабатька, але принцип дії залишився той же, що і в приймачі Попова. Сучасний приймач - також має антену, в якій хвиля, що приходить викликає дуже слабкі магнітні коливання. Як і в приймачі Попова, енергія цих коливань не використовується безпосередньо для прийому. Слабкі сигнали лише управляють джерелами енергії, які живлять наступні ланцюга. Зараз таке управління здійснюється за допомогою напівпровідникових приладів.

В 1899 році була знайдена можливість прийому сигналів за допомогою телефону. На початку 1900 року радіозв'язок був успішно використаний під час рятувальних робіт у Фінській затоці. За участю Попова почалося впровадження радіозв'язку на флоті і в армії Росії.

За кордоном удосконаленням подібних приладів займалася фірма, організована італійським вченим Марконі. Досліди, поставлені в широкому масштабі, дозволили здійснити радиотелеграфную передачу через Атлантичний океан.

Найважливішим етапом розвитку радіозв'язку було створення в 1913 році генератора незгасаючих електромагнітних коливань.

Крім передачі телеграфних сигналів, що складаються з коротких і більш тривалих імпульсів електромагнітних хвиль, став можливим надійний і високоякісний радіотелефонний зв'язок - передача мови і музики за допомогою електромагнітних хвиль.

При радіотелефонного зв'язку коливання тиску повітря в звуковій хвилі перетворюються за допомогою мікрофона в електричні коливання тієї ж форми. Здавалося б, якщо ці коливання посилити і подати в антену, то можна буде передавати на відстані мова і музику за допомогою електромагнітних хвиль. Однак насправді такий спосіб передачі неможливий.

Справа в тому що, коливання звукової частоти є порівняно повільними коливаннями, а електромагнітні хвилі низької

(Звуковий) частоти майже зовсім не випромінюються.

Для передачі цих хвиль на великі відстані їх необхідно перетворити в коливання високої частоти, але так щоб не зіпсувати інформацію яку вони несуть. Процес перетворення електромагнітних коливань низької частоти в коливання високої частоти називається модуляцією. Для перетворення звукових хвиль використовується амплітудна модуляція.

В процесі модуляції відбувається накладення амплітуди низькочастотних сигналів на високочастотний сигнал.

Модуляція - повільний процес. Це такі зміни в високочастотній коливальній системі, при яких вона встигає зробити дуже багато високочастотних коливань, перш ніж їх амплітуда зміниться помітним чином.

Без модуляції немає ні телеграфної, ні телефонної, ні телевізійної передачі.

Для здійснення амплітудної модуляції електромагнітних коливань високої частоти в електричний ланцюг транзисторного генератора послідовно з коливальним контуром включають котушку трансформатора. На другу котушку трансформатора подається змінна напруга звукової частоти, наприклад, з виходу мікрофона після необхідного посилення. Змінний струм в другій котушці трансформатора викликає появу напруги на кінцях першої катушки трансформатора.

Змінна напруга звукової частоти складається з постійною напругою джерела струму; зміни напруги між емітером і колектором транзистора приводять до змін із звуковою частотою амплітуди коливань сили струму високої частоти в контурі генератора. Такі коливання високої частоти називаються амплітудно-модульовані.

З коливальним контуром генератора індуктивно пов'язана антена радіопередавача. Вимушені коливання струму високої частоти, що відбувається в антені, створюють електромагнітні хвилі.

Електромагнітні хвилі, ізлучённие антеною радіопередавача, викликають вимушені коливання вільних електронів в будь-якому провіднику. Напруга між кінцями провідника, в якому електромагнітна хвиля збуджує вимушені коливання електричного струму, пропорційно довжині провідника. Тому для прийому електромагнітних хвиль в найпростішому детекторному радіоприймачі застосовується довгий дріт - приймальна антена (1). Для того щоб слухати тільки одну радіопередачу, коливання напруги не направляють безпосередньо на вхід підсилювача, а спочатку подають на коливальний контур (2) з власною частотою коливань. Зміна власної частоти коливань в контурі приймача проводиться зазвичай зміною електроємності змінного конденсатора. При збігу частоти вимушених коливань в антені з власною частотою контуру настає резонанс, при цьому амплітуда вимушених коливань напруги на обкладках конденсатора контуру сягає максимального значення. Таким чином, з великого числа електромагнітних коливань, які утворюються в антені, виділяються коливання потрібної частоти.

З коливального контуру приймача модульовані коливання високої частоти поступають на детектор (3). В якості детектора можна використовувати напівпровідниковий діод, який пропускає змінний струм високої частоти тільки в одному напрямку. Протягом кожного напівперіоду високої частоти імпульси струму заряджають конденсатор (4), в той же час конденсатор повільно розряджається через резистор (5). Якщо значення електроємності конденсатора і електричного опору резистора обрані правильно, то через резистор буде протікати струм, що змінюється в часі зі звуковою частотою, використаної при модуляції коливань в радіопередавачі. Для перетворення електричних коливань в звукові змінна напруга звукової частоти подається на телефон (6).

Детекторний радіоприймач вельми недосконалий. Він не володіє високою чутливістю і тому може успішно приймати радіопередачі тільки від потужних радіостанцій або від радіопередавачів.

Для підвищення чутливості в сучасних радіоприймачах сигнал з коливального контуру надходить на вхід підсилювача високої частоти (УВЧ), а з виходу підсилювача високочастотні електричні коливання поступають на детектор. Для збільшення потужності звукового сигналу на виході радіоприймача електричні коливання звукової частоти з виходу детектора поступають на вхід підсилювача низької частоти.

Змінна напруга звукової частоти з виходу УНЧ подається на динамік.

Для посилення електричних коливань високої і низької частот можуть бути використані схеми з електронними лампами або транзисторами.

Завдяки радіохвилях пізнається, і наш всесвіт, і відкриваються елементарні частинки матерії. Навіть живі істоти випускають радіохвилі, а тварини такі тварини, як риба молот використовують їх для полювання.

Бібліографія

1. Гайовий А. І., Калабухов Н. П., Левашова Л. Є., Чепуренко В. Г. «Довідник з фізики для вступників до вузів». Київ, «Наукова Думка», 1986.

2. І. В. Савельєв «Курс загальної фізики» том 2. Москва, «Наука», 1973.

3. Михайличенко Ю.П. «Подвійне променезаломлення сантиметрових електромагнітних хвиль. Методичні вказівки". Томськ, 1986.

4. Першінзон Е.М., Малов М.М., Еткин В.С. «Курс загальної фізики. Оптика і атомна фізика ». Москва, Просвещение, 1981.

5. Фізика 11 Г. Я. Мякишев Б. Б. Буховцев.

ЗМІСТ 1. Що таке радіохвилі? 3 1.1. Радіохвилі 3 1.2. распростран

Радіохвилі - це електромагнітні коливання, що поширюються в просторі зі швидкістю світла (300 000 км / сек), розташовані в діапазоні частот від від 3 кГц до 300 ГГц, використовуються в радіотехніці.

2. Що собою являють радіохвилі фізично?

Електромагнітне випромінювання.

3. Як порушуються радіохвилі?

Кожен електрон, що рухається в генераторі виробляє змінне електромагнітне поле, викликаючи просту радіохвилю постійної частоти і напруги, яка від антени поширюється на всі боки.

4. Як розповсюджуються радіохвилі?

Прямолінійне поширення в однорідному середовищі, тобто середовищі, властивості якої у всіх точках однакові.

Земна поверхня має суттєвий вплив на поширення радіохвиль:

У полупроводящей поверхні Землі радіохвилі поглинаються;

При падінні на земну поверхню вони відображаються;

Сферична форма земної поверхні перешкоджає прямолінійним поширенню радіохвиль.

Радіохвилі, що поширюються біля поверхні землі і, внаслідок дифракції, частково огинають опуклість земної кулі, називаються поверхневими хвилями. Поширення поверхневих хвиль сильно залежить від властивостей земної поверхні

Радіохвилі, що поширюються на великій висоті в атмосфері і повертаються на землю внаслідок відображення від атмосферних неоднорідностей, називаються просторовими хвилями.

5. Як впливають радіохвилі на опромінюваний фізичний об'єкт?

Що проходить в просторі електромагнітна хвиля збуджує в провіднику (антені) коливальні рухи електронів і відповідний їй змінний струм, але частина енергії може відбитися.

6. Які радіохвилі називають відбитими?

Радіохвилі, які відбилися від об'єктів, розміри яких перевищують довжину хвилі радіохвилі, діелектриків і шарів атмосфери, провідників.

7. Що таке поляризація радіохвилі?

а) Поляризація радіохвиль визначається орієнтуванням вектора напруженості електричного поля радіохвилі в просторі, причому напрям вектора визначає напрямок поляризації Поляризація радіохвилі.

Б) Характеристика радіохвилі, що визначає напрямок вектора напруженості електричного поля

8. Що таке вертикальна поляризація радіохвилі?

Вертикально поляризована хвиля - це електромагнітна хвиля, вектор електричного поля якої спрямований перпендикулярно щодо провідної поверхні, над якою вона поширюється.

9. Що таке горизонтальна поляризація радіохвилі?

Горизонтально поляризована хвиля - це електромагнітна хвиля, вектор електричного поля якої спрямований паралельно щодо провідної поверхні, над якою вона поширюється.

10. Що таке обертається поляризація радіохвилі?

Обертається поляризація - при цьому типі поляризації вектори електричного і магнітного поля обертаються в площині поширення радіохвилі. Обертання їх відбувається за синусоїдальним законом з кутовий швидкістю обертання дорівнює кутовий частоті (тобто обертання відбувається з частотою сигналу). Обертовою поляризацією можуть володіти хвилі з круговою і еліптичною поляризацією.

11. Що називають амплітудою радіохвилі?

Амплітуда - це максимальне відхилення від положення рівноваги, амплітуда радіохвилі відповідає величині напруженості електричного і магнітного поля.

12. Як залежить амплітуда радіохвилі від дальності поширення?

Інтенсивність електромагнітної хвилі обернено пропорційна квадрату відстані до джерела. Інтенсивність гармонійної електромагнітної хвилі прямо пропорційна квадрату амплітуди напруженості електричного поля.

13. Як змінюється шлях, прохідний радіохвилею?

На прохідний шлях радіохвилі впливає безліч факторів:

Віддзеркалення і заломленняпри переході з одного середовища в іншу. Кут падіння дорівнює куту відбиття.

Дифракція.Зустрічаючи на своєму шляху непрозоре тіло, радіохвилі огинають його. Дифракція виявляється в різній мірі залежно від співвідношення геометричних розмірів перешкоди і довжини хвилі.

Рефракція.У неоднорідних середовищах, властивості яких плавно змінюються від точки до точки, радіохвилі поширюються по криволінійних траєкторіях. Чим різкіше змінюються властивості середовища, тим більше кривизна траєкторії.

Повне внутрішнє віддзеркалення.Якщо при переході з оптично більш щільного середовища в менш щільну, кут падіння перевищує деякі критичні значення, то промінь в другу середу не проникає і повністю відбивається від межі розділу середовищ. Критичний кут падіння називають кутом повного внутрішнього відображення.

Інтерференція.Це явище спостерігається при додаванні в просторі декількох хвиль. У різних точках простору виходить збільшення або зменшення амплітуди результуючої хвилі в залежності від співвідношення фаз складаються хвиль.

Форма і фізичні властивості земної поверхні, а також стан атмосфери сильно впливають на поширення радіохвиль. Істотний вплив на поширення радіохвиль надає іоносфера, шари іонізованого газу у верхніх частинах атмосфери на висоті 100-300 км над поверхнею Землі. Іонізація повітря верхніх шарів атмосфери викликається електромагнітним випромінюванням Сонця і потоком заряджених частинок, що випромінюються їм.

Провідна електричний струм іоносфера відбиває радіохвилі з довжиною хвилі\u003e 10 м, як звичайна металевий пластина. Але здатність іоносфери відображати і поглинати радіохвилі істотно міняється залежно від часу доби і пори року.

Стійкий радіозв'язок між віддаленими пунктами на земній поверхні поза прямої видимості виявляється можливою завдяки відображенню хвиль від іоносфери і здатності радіохвиль огинати опуклу земну поверхню (явище дифракції). Дифракція виражена тим сильніше, чим більше довжина хвилі. Тому радіозв'язок на великих відстанях за рахунок дифракції хвилями Землі виявляється можлива лише при довжині хвиль, що значно перевищує 100 м ( середні і довгі хвилі)

короткі хвилі (Діапазон довжин хвиль 10 100 м) поширюються на великі відстані тільки за рахунок багаторазових відображень від іоносфери і поверхні Землі. Саме за допомогою коротких хвиль можна здійснити радіозв'язок на будь-яких відстанях між радіостанціями на Землі.

ультракороткі радіохвилі (λ <10 м) проникают сквозь ионосферу и почти не огибают поверхность Земли. Поэтому они используются для радиосвязи между пунктами в пределах прямой видимости, а также для связи с космическими кораблями.

Виявлення і точне визначення місцезнаходження об'єктів за допомогою радіохвиль називають радіолокацією. Радіолокаційна установка - радіолокатор (Або радар) - складається з передавальної і приймальні частин. У радіолокації використовують електричні коливання надвисокої частоти.

Радіохвилі використовуються не тільки для передачі звуку, але і для передачі зображення ( телебачення). Принцип передачі зображень на відстань полягає в наступному. На передавальної станції виробляється перетворення зображення в послідовність електричних сигналів. Цими сигналами модулюють потім коливання, що виробляються генератором високої частоти. Модульована електромагнітна хвиля переносить інформацію на великі відстані. У приймальнику виробляється зворотне перетворення. Високочастотні модульовані коливання детектируются, а отриманий сигнал перетвориться у видиме зображення. Для передачі руху використовують принцип кіно: трохи відрізняються один від одного зображення об'єкта, що рухається (кадри) передають десятки разів в секунду (в нашому телебаченні 50 разів). Зображення кадру перетвориться з допомогою передавальної вакуумної електронної трубки - іконоскопа в серію електричних сигналів. Крім іконоскопа, існують і інші передавальні пристрої. Усередині іконоскопа розташований мозаїчний екран, на який за допомогою оптичної системи проектується зображення об'єкта. Кожна клітинка мозаїки заряджається, причому її заряд залежить від інтенсивності падаючого на осередок світла. Цей заряд змінюється при попаданні на осередок електронного пучка, створюваного електронною гарматою. Електронний пучок послідовно потрапляє, попри всі елементи спочатку одного рядка мозаїки, потім інший рядки і т. Д. (Всього 625 рядків). Від того наскільки сильно змінюється заряд осередки, залежить сила струму в резисторі R. Тому напруга на резисторі змінюється пропорційно зміні освітленості вздовж рядків кадру. Такий же сигнал виходить в телевізійному приймачі після детектування. це відеосигнал. Він перетворюється на видиме зображення на екрані приймальної вакуумної електронної трубки - кінескопа.Телевізійні радіосигнали можуть бути передані тільки в діапазоні ультракоротких (метрових) хвиль.