6.1 Общие сведения о радиоволнах, радиочастотный спектр кратко

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про общие сведения о радиоволнах, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое общие сведения о радиоволнах, радиочастотный спектр , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.

В беспроводной электросвязи непосредственное соединение между источниками и получателями сигналов в виде электрических или оптических кабелей отсутствует. Средства радиосвязи, радиовещании и телевидения в качестве среды распространения электромагнитных волн обычно используют атмосферу Земли. Основные параметры системы связи в значительной степени определяются характеристиками распространения электромагнитных волн. Рассмотрим их подробнее.

Из курса физики известно, что проводник, по которому протекает постоянный электрический ток, создает в окружающем пространстве постоянное магнитное поле. В общем случае, практически любой отрезок проводника при протекании по нему переменного тока является источником переменного электромагнитного поля. Особенностью переменного электромагнитного поля является его способность распространяться в окружающем пространстве.

В свободном пространстве электромагнитные колебания распространяются прямолинейно и равномерно, то есть с постоянной скоростью, равной скорости света (с=3•10⁸ м/с). На распространение электромагнитных волн в несвободном пространстве существенное влияние оказывает окружающая среда. В частности, распространение радиоволн в условиях Земли зависит от многих факторов: рельефа местности, климатических условий, времени суток и года, и, в первую очередь, от длины волны этого колебания.

Электромагнитные волны, расположенные в диапазоне частот от 10 до 10¹³ Гц, используются в радиотехнике и называются радиоволнами. Международная классификация диапазонов радиоволн приведена в таблице 6.1. Длина волны λ электромагнитного колебания связана с частотой f этого колебания и скоростью с распространения электромагнитных волн в свободном пространстве соотношением

λ=с/f. (6.1)

Таблица 6.1

Наименования волн	Диапазон волн	Диапазон частот
Декамегаметровые	105 ...104 км	3...30 Гц
Мегаметровые	104 ...103 км	30...300 Гц
Гектокилометровые	103 ...102 км	300...3000 Гц
Мириаметровые	100...10 км	3...30 кГц
Километровые	10...1 км	30...300 кГц
Гектометровые	1000...100 м	300...3000 кГц
Декаметровые	100...10 м	3...30 МГц
Метровые	10...1 м	30...300 МГц
Дециметровые	100...10 см	300...3000 МГц
Сантиметровые	10...1 см	3...30 ГГц
Миллиметровые	10...1 мм	30...300 ГГц
Децимиллиметровые	1...0,1 мм	300...3000 ГГц

Упрощенный механизм формирования электромагнитного поля можно представить следующим образом. Протекающий по проводнику переменный ток в соответствии с законом электромагнитной индукции будет возбуждать в пространстве, окружающем диполь, переменное магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, порождает в окружающем пространстве переменное электрическое поле. В процессе взаимного преобразования изменяющегося магнитного поля в электрическое, а переменного электрического поля в магнитное образуется единое электромагнитное поле. Явление возбуждения в пространстве электромагнитного поля переменным током, протекающим в проводнике, называется электромагнитным излучением.

В общем случае любой отрезок проводника, по которому протекает переменный ток, создает в окружающем пространстве электромагнитное поле. Эти явления связаны принципом двойственности: в любом отрезке проводника, находящемся в электромагнитном поле, индуцируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Величина ЭДС, наводимой в проводнике, зависит как от энергии электромагнитного поля, так и от конфигурации проводника и соотношения его размеров и длины волны электромагнитных колебаний.

Для оценки энергетических характеристик электромагнитных волн используют плотность потока мощности, проходящей через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны. Если предположить, что источник излучения точечный (на практике это означает, что размеры источника излучения пренебрежимо малы по сравнению с длиной волны излучаемого колебания), то можно считать, что электромагнитная волна будет равномерно излучаться во всех направлениях. На удалении R от источника излучения плотность потока мощности П, создаваемой точечным источником, одинакова и определяется выражением

П = Р_Т / (4πR2), (6.2)

где Р_Т - мощность источника излучения.

Дальность действия системы связи определяется мощностью передатчика и чувствительностью приемника. Напряженности электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля, создаваемого этим источником, определяются мощностью излучения источника Р_Т и удалением R от источника. Так, для оценки напряженности электрического поля Е_Т при распространении радиоволн в свободном пространстве можно использовать приближенное соотношение:

(6.3)

Радиово́лны — электромагнитное излучение с длинами волн в электромагнитном спектре длиннее инфракрасного света. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Радиоволны имеют частоту от 3 кГц до 300 ГГц, и соответствующую длину волны от 100 километров до 1 миллиметра. Как и все другие электромагнитные волны, радиоволны распространяются со скоростью света. Естественными источниками радиоволн являются молнии и астрономические объекты. Искусственно созданные радиоволны используются для стационарной и мобильнойрадиосвязи, радиовещания, радиолокации и других навигационных систем, спутников связи, компьютерных сетей и других бесчисленных приложений. Различные частоты радиоволн по-разному распространяются в атмосфере Земли: длинные волны могут покрыть часть Земли очень последовательно, более короткие волны могут отражаться от ионосферы и распространяются по всему миру, и с еще более короткими длинами радиоволны изгибаются или отражаются очень слабо и распространяются в пределах прямой видимости.

История исследования

О радиоволнах впервые в своих работах в 1868 году рассказал Джеймс Максвелл . Он предложил уравнение, которое описывает световые и радиоволны, как волныэлектромагнетизма. В 1887 году Генрих Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла, получив в своей лаборатории радиоволны длиной в несколько десятковсантиметров .

Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц — 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*10^N Гц до 3*10^N Гц, где N - номер диапазона. Российский ГОСТ 24375-80 почти полностью повторяет эту классификацию.

Обозн-е МСЭ	Длины волн	Название волн	Диапазон частот	Название частот	Энергия фотона, эВ,	Применение
ELF	100 Мм — 10 Мм	Декамегаметровые	3—30 Гц	Крайне низкие (КНЧ)	12.4 фэВ — 124 фэВ	Связь с подводными лодками, геофизические исследования
SLF	10 Мм — 1 Мм	Мегаметровые	30—300 Гц	Сверхнизкие (СНЧ)	124 фэВ — 1,24 пэВ	Связь с подводными лодками, геофизические исследования
ULF	1000 км — 100 км	Гектокилометровые	300—3000 Гц	Инфранизкие (ИНЧ)	1,24 пэВ — 12,4 пэВ
VLF	100 км — 10 км	Мириаметровые	3—30 кГц	Очень низкие (ОНЧ)	12,4 пэВ — 124 пэВ	Связь с подводными лодками
LF	10 км — 1 км	Километровые	30—300 кГц	Низкие (НЧ)	124 пэВ — 1,24 нэВ	Радиовещание, радиосвязь
MF	1000 м — 100 м	Гектометровые	300—3000 кГц	Средние (СЧ)	1,24 нэВ — 12,4 нэВ	Радиовещание, радиосвязь
HF	100 м — 10 м	Декаметровые	3—30 МГц	Высокие (ВЧ)	12,4 нэВ — 124 нэВ	Радиовещание, радиосвязь, рации
VHF	10 м — 1 м	Метровые волны	30—300 МГц	Очень высокие (ОВЧ)	124 нэВ — 1,24 мкэВ	Телевидение, радиовещание, радиосвязь, рации
UHF	1000 мм — 100 мм	Дециметровые	300—3000 МГц	Ультравысокие (УВЧ)	1,24 мкэВ — 12,4 мкэВ	Телевидение, радиосвязь, Мобильные телефоны, рации,микроволновые печи, спутниковая навигация.
SHF	100 мм — 10 мм	Сантиметровые	3—30 ГГц	Сверхвысокие (СВЧ)	12,4 мкэВ — 124 мкэВ	Радиолокация, интернет, спутниковое телевидение, радиосвязь, Беспроводные компьютерные сети.
EHF	10 мм — 1 мм	Миллиметровые	30—300 ГГц	Крайне высокие (КВЧ)	124 мкэВ — 1,24 мэВ	Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь,метеорологические радиолокаторы, медицина
THF	1 мм — 0,1 мм	Децимиллиметровые	300—3000 ГГц	Гипервысокие частоты, длинноволновая областьинфракрасного излучения	1,24 мэВ — 12,4 мэВ	Экспериментальная «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. На практике под низкочастотным диапазоном подразумевается звуковой диапазон, а под высокочастотным — весь радиодиапазон, выше 30 кГц, в том числе сверхвысокочастотный (свыше 300 МГц).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.

Примеры выделенных радиодиапазонов

Название	Полоса частот	Длины волн	Энергия фотона, эВ,
Диапазон средних волн(MW)	530—1610 кГц	565,65—186,21 м	2,19—6,66 нэВ
Диапазон коротких волн	5,9—26,1 МГц	50,8—11,49 м	24,4—107,9 нэВ
Гражданский диапазон	26,965—27,405 МГц	11,118—10,940 м	111,5—113,3 нэВ
Телевизионные каналы: с 1 по 5	48—100 МГц	6,25—3,00 м	198,5—413,6 нэВ
Телевизионные каналы: с 6 по 12	174—230 МГц	1,72—1,30 м	719,6—951,2 нэВ
Телевизионные каналы: с 21 по 39	470—622 МГц	6,38—4,82 дм	1,94—2,57 мкэВ
Диапазон ультракоротких волн(UKW)	62—108 МГц (кроме 76—90 МГц в Японии)	1м	256,42—446,65 нэВ (кроме 314,31—372,21 нэВ)
ISM-диапазон
Диапазоны военных частот	29.50-31.75 МГц
Диапазоны частот гражданской авиации
Морские и речные диапазоны

Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:

Название	Полоса частот	Описание
«11-метровый», Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон	27 МГц	С разрешенной выходной мощностью передатчика до 10 Вт
«70 см», LPD, Low Power Device — маломощные устройства	433 МГц	Выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,01 Вт;
PMR, Personal Mobile Radio — персональные рации	446 МГц	Выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,5 Вт.

Некоторые диапазоны гражданской авиации

Полоса частот	Описание
2182 кГц	Аварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY)
74,8—75,2 МГц	Маркерные радиомаяки
108—117,975 МГц	Радиосистемы навигации и посадки.
118—135,975 МГц	УКВ-радиосвязь (командная связь).
121,5 МГц	Аварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY)
328,6—335,4 МГц	Радиосистемы посадки (глиссадный канал)
960—1215 МГц	Радионавигационные системы

Некоторые диапазоны РЛС

Полоса частот	Длины волн	Описание
3—30 МГц	HF, 100-10 м	Радары береговой охраны, «загоризонтные» РЛС
50—330 МГц	VHF, 6—0,9 м	Обнаружение на больших дальностях, исследования земли
1—2 ГГц	L, 30—15 см	Наблюдение и контроль за воздушным движением
2—4 ГГц	S, 15—7,5 см	Управление воздушным движением, метеорология, морские радары
12—18 ГГц	Ku, 2,5—1,67 см	Картографирование высокого разрешения, спутниковая альтиметрия
27—40 ГГц	Ka, 1,11—0,75 см	Картографирование, управление воздушным движением на коротких дистанциях, специальные радары, управляющие дорожными фотокамерами

Рис. радиочастотный спектр (диапазон)

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Диапазон частот
• Частота периодического процесса
• особенности распространения радиоволн различных диапазонов ,
• конструкции антенн ,

Статью про общие сведения о радиоволнах я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое общие сведения о радиоволнах, радиочастотный спектр и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов