Радиочастоты
Сверхнизкие частоты до 30 кГц: связь с подводными лодками. Радиоволны такой низкой частоты способны проникать даже в глубину океана, что, разумеется, используется военными. Система «Зевс» работает на частоте 82 Гц, аналогичная американская система Seafarer — на частоте 76 Гц. Длина волны такой передачи сопоставима с радиусом Земли, а КПД антенны составляет тысячные доли процента. В нее нужно подать чуть ли не мегаватт, чтобы на выходе получить один ватт. Чуть выше по частоте, примерно на 14 кГц можно найти сигналы навигационной системы «Альфа». Принять эти сигналы может каждый, если поставить антенну на крышу или отъехать подальше от города, где нет помех. На YouTube можно найти видео энтузиастов.
На частоте 77 кГц передаются сигналы точного времени из Германии. Система DCF77, наиболее популярная в Европе, позволяет синхронизироваться настольным и даже некоторым наручным часам. Если на часах есть логотип Atomic Clock или Radio Controller, они могут принимать такой сигнал.
Длинные волны — 400 кГц — заняты сигналами так называемых ПРМ — приводных радиомаяков (в английской литературе NDB — non directional beacon). В каждом самолете есть радиокомпас, который показывает направление на выбранный аэропорт.
На средних и коротких волнах (от 2 до 20 МГц) передаются метеопрогнозы для судов и метеофаксы, телеметрия разных устройств; работают военные модемы STANAG, загоризонтные радары и многое другое. Многое из этого можно принять на хороший коротковолновый приемник.
На так называемом диапазоне Си-Би (Citizen Band) 27 МГц работают таксисты и дальнобойщики.
На частотах от 30 до 40 МГц раньше работали домашние радиотелефоны, сейчас их уже практически не осталось. Большая трубка с длинной антенной из старых фильмов — это оно. Владельцы обычно и не подозревали, что любой желающий может слышать их разговор, никакого шифрования в этих телефонах не было.
На частотах от 88 до 108 МГц звучит всем известное FM-радио.
Радиоинженеры называют его WFM (Wide FM, в отличие от узкополосной FM портативных радиостанций). Чуть ниже передавался так называемый советский УКВ, сейчас эти станции тоже практически везде закрыты.
На частотах от 118 до 137 МГц работают авиаторы. Переговоры летчиков с диспетчерами и между самолетами, например на воздушном параде, передаются в открытом и незашифрованном виде.
На частоте 137 МГц работают метеоспутники NOAA. Ты можешь принять их сигнал и декодировать картинку вида Земли из космоса, только нужно знать время, когда спутник пролетает над твоей головой. Энтузиасты и тут преуспели и выложили это на YouTube.
На частотах в диапазоне 140–200 МГц и 400–500 МГц — разные службы и сервисы: ГИБДД, пожарные, скорая, лифтеры, гастарбайтеры. Диапазон 433 МГц выделен для портативных радиостанций, которые ты, возможно, видел в продаже. Рядом по частоте работают и портативные радиоустройства, к которым мы еще вернемся.
Раньше на частоте 165 МГц работали пейджеры — устройства для приема текстовых сообщений, и все их сообщения для абонентов передавались в открытом виде, доступном для декодирования.
Сейчас в России пейджеров вроде бы не осталось, а в Европе и США они живы до сих пор, ими пользуются пожарные, медики и прочие службы.
На частоте 255 МГц работают американские спутники связи SATCOM. Интересны они тем, что спутники старые и аналоговые и общаться через них, в принципе, может любой желающий, никаких паролей и аутентификации. Чем до сих пор пользуются некоторые бразильские и мексиканские фермеры, которые приспособили такие спутники вместо халявного радиотелефона. Нужна лишь радиостанция на этот диапазон и направленная антенна. Сделать это может каждый, но на территории России сигнал слабый.
На частотах 865 МГц и 2,4 ГГц находится диапазон ISM (Industrial, Scientific, Medical). Там работают радиомодемы, устройства IoT и разные девайсы. Если ты хочешь передавать данные со своей Arduino без проводов — бери модуль на этот диапазон.
На частотах 900 и 1800 МГц работает сотовая связь.
На частоте 1090 МГц работает ADS-B — транспондеры самолетов, благодаря которым ты можешь видеть пролетающие самолеты на сайте Flighradar24.
И эти сигналы тоже можно принимать и декодировать самостоятельно.
На частоте 1575 МГц передаются сигналы GPS, благодаря которым работает навигация в твоем смартфоне или автомобиле.
Еще выше по частоте (10 ГГц и более) работают спутники, радиорелейные линии связи.
по материалам DmitrySpb79
Какие частоты разрешены для радиосвязи
Ответ: В современном мире к таким диапазонам относятся:
- CB (Си-Би, 27 МГц)
- LPD (433,075-434,750 МГц)
- PMR (446,00625-446,09375 МГц
- GMRS (462,5625-462,7250 МГц)
- FRS (462,5625-467,7125 МГц).
Диапазон GMRS предполагает использование радиостанций мощностью 2 Вт на территории США, PMR446 — 0,5 Вт на территории Европы и США, FRS — 0,5 Вт на территории США,
LPD — 0,01 Вт на территории Европы и России.
Также сейчас разрешён в России диапазон PMR (8 каналов в диапазоне 446 МГц).
Диапазон CB распространен во всем мире, предполагает использование радиостанций мощностью 4-10 Вт.
Таким образом, в Российской Федерации к диапазонам общего использования относятся только CB, LPD и PMR.
В нашей стране оборудование для работы в этих диапазонах приобретается и регистрируется по упрощенной процедуре (для юридических лиц), то есть, без предварительного получения разрешения на использование частот.
Рации личного пользования диапазона Си-Би (27 МГц) с мощностью передатчика с АМ и FM модуляцией мощностью до 4 Вт (до осени 2013г была разрешена мощность до 10 Вт), диапазона 433 МГц с мощностью до 0,01Вт и 446 МГц с мощностью передатчика до 0,5 Вт не подлежат регистрации.
На протяжении длительного времени в России в Си-Би диапазоне были разрешены сетки С и Д («европейские» и «российские» сетки — т.е. со сдвигом 5 кГц) при использовании радиостанций с выходной мощностью передатчика до 10 Вт. Но решением ГКРЧ № 13-20-08 от 03.09.2013г в диапазоне Си-Би (26,960-27,410 МГц) без оформления разрешений на использование радиочастот или радиочастотных каналов разрешена выходная мощность передатчика с АМ/FM модуляцией не более 4 Вт, этим решением ГКРЧ разрешена для применения полоса радиочастот:
«26960-27410 кГц (СиБи-диапазон), за исключением каналов с центральными частотами 26995 кГц, 27045 кГц, 27095 кГц, 27145 кГц и 27195 кГц, для личного пользования физическими лицами РЭС сухопутной подвижной службы с основными техническими характеристиками, указанными в приложении № 2 к настоящему решению ГКРЧ без оформления разрешений на использование радиочастот или радиочастотных каналов, при этом запрещается создание выделенных, технологических и других сетей связи, трансляция программ и рекламы, а применяемые РЭС не должны создавать вредных помех и не могут требовать защиты от помех со стороны других радиоэлектронных средств.
«
«Таким образом, без оформления разрешений на использование радиочастот или частотных каналов (т.е. без платы за использование частот) после 3 сентября 2013г можно использовать 40 каналов — только сетку Севр (40 каналов)
Решение ГКРЧ от 3 сентября убрало из перечня Си-Би частот, допущенных к использованию без оформления разрешений на использование частот, сетку Д (27,410 — 27,860 МГц) (которая была разрешена без оформления частотных разрешений последние пару десятков лет).
Подробнее — см.
Каковы принципиальные различия диапазонов CB (Си-Би) и LPD/PMR?
Диапазон CB (Citizen Band, гражданский диапазон частот, Си-Би) доступен для общего использования в России уже довольно давно. И давно известны его достоинства и недостатки.
В силу особенностей диапазона, обусловленных физическими законами, он является трудно прогнозируемым с точки зрения прохождения радиоволн, подвержен воздействию бытовых и промышленных помех, а значит, не гарантирует устойчивой и надежной связи в условиях города (во всяком случае без применения стационарных или автомобильных антенн).
Зато за счёт большой длины радиоволны (10-11 метров) при распространении волны в этом диапазоне происходит эффективное огибание препятствий.
Этот диапазон частот — 27 МГц, Си-Би — оптимален при работе в условиях леса, пересечённой местности, рек, гор, озёр. В
таких условиях портативные радиостанции диапазона 27 МГц в режиме FM (частотной) модуляции (более высокий уровень помехозащищённости, чем в режиме АМ — амплитудной модуляции) обеспечат наибольшую дальность связи, превышающую (а в условиях плотного леса и больших перепадов высот — существенно превышающую дальность связи более высокочастотных радиостанций).
Диапазон Си-Би (27 МГц) активно используется водителями-дальнобойщиками (АМ-амплитудная модуляция, канал С15е — 27,135 МГц) и различными службами такси и доставки — т.к. автомобильные Си-Би радиостанции при использовании эффективных антенн обеспечивают высокую дальность связи при сравнительно небольшой стоимости оборудования.
ООО «КБ Беркут» выпускает в этом сегменте компактные, удобные в установке (не требует стационарного монтажа) AM / FM cb (Си-Би)
Диапазоны LPD/PMR находится в общем использовании в России относительно недавно, совпадают с европейскими диапазонами аналогичного применения. Несмотря на то, что мощность разрешенных к использованию радиостанций существенно ограничена, расположение в верхней части УКВ, а значит, хорошая проникающая способность радиоволн диапазона позволяет с успехом использовать его для связи в городских условиях. Промышленные помехи не оказывают на эту часть радиоспектра сильного влияния (в силу того, что максимум промышленных помех приходится на более низкие частоты).
А в условиях работы на открытой местности дальность связи существенно возрастает из-за отсутствия строений вообще. Дополнительный плюс — все оборудование весьма компактно и стоит сравнительно недорого.
Такие радиостанции — диапазона 400-470 МГц (LPD / PMR) оправданы для использования в городе либо в поле (прямая видимость).
В лесу, в условиях пересечённой местности такие рации работают плохо, т.
к. даже одиночное дерево или небольшой перепад высот является существенным препятствием для радиоволны длиной 0,6- 0,7 м (400-470 МГц), а при переотражениях в условиях плотного леса быстро поглощается энергия волны.
Маломощные радиостанции и их некоторые функциональные возможности.
Маломощные радиостанции поставляются в Россию с разрешенной выходной мощностью 10 мВт в диапазоне 433 МГц и 0,5 Вт в диапазоне 446 МГц. Из-за компактности, удобства использования, помехоустойчивости и небольшой стоимости эти радиостанции приобрели популярность у широкого круга пользователей, причем не только у индивидуальных пользователей, но и у профессионалов (охрана, персонал супермаркетов, складов и т.п.).
Стоимость миниатюрных радиостанций невелика. Большая часть представленных на Российском рынке станций произведена в Китае и Юго-Восточной Азии.
Производство радиостанций в Европе, США, Японии экономически не выгодно, а потому не стоит доверять утверждениям некоторых продавцов, что «радиостанция сделана в Германии» или «японская сборка» (и японские, и практически любые другие фирмы давно перенесли заказы на производство на территорию Китая — производство обходится гораздо дешевле).
Станции изредка имеют влагозащищенный корпус, антенна в некоторых моделях для удобства ношения складывается и прижимается к корпусу. На некоторых антенны съёмные и предусмотрена возможность установки удлиненной антенны вместо штатной, что существенно увеличивает дальность связи. Установление связи между корреспондентами производится нажатием одной кнопки «прием-передача».
В большинстве случаев маломощные радиостанции оснащены системой управления голосом VOX (при переключении в этот режим станция активирует передачу по звуку голоса пользователя без нажатия кнопки «прием-передача», и возвращается в режим приема, когда голос умолкает). Это позволяет освободить руки, что важно на стройплощадках и в производственных цехах. Поскольку радиостанции используются в разных условиях зашумлённости, то VOX обычно делают с регулируемой чувствительностью.
Некоторые — как правило, существенно более дорогие — модели имеют возможность автоматического контроля нахождения в зоне радиовидимости (станция периодически посылает в эфир импульсный сигнал, получив который, другая станция дает подтверждение о приеме; если ответа не получено, станция издает сигнал и выводит на дисплей предупреждающий значок).
Все маломощные станции в диапазоне LPD имеют 69 частотных каналов. На дисплее станции высвечивается номер канала либо его частотный номинал.
Профессиональные и полупрофессиональные ударопрочные рации обычно имеют 16 каналов с возможностью программирования конкретных частот на компьютере.
Из стандартных функций можно отметить также тональный шумоподавитель (CTCSS) — устройство для снижения уровня побочных шумов, встраивается в станцию для того, чтобы в отсутствие сигнала от корреспондента станция не шумела.
Полезен для работы в городах, условиях загруженности радиоэфира и промышленных помех, местах повышенной электромагнитной напряженности. Так как включение тонального CTCSS шумоподавителя снижает дальность связи, то при необходимости принять слабый сигнал эту функцию отключают.
А также эта функция полезна в случае необходимости адресного (индивидуального) вызова конкретной станции.
Дальность связи между маломощными дешёвыми рациями в городе до 500-800 метров, на открытой местности — до 2-3 км.
У более мощных и дорогих моделей — в разы больше. Но в условиях плотного леса и больших перепадов высот даже мощные рации диапазона 400-470 МГц и выше редко могут обеспечить адекватную дальность связи — тут нужны более низкочастотные (27 МГц) рации.
Эксплуатационная надёжность недорогих маломощных LPD/PMR раций невелика — что отчасти компенсируется их дешевизной.
Более дорогие профессиональные рации, как правило, обладают высоким уровнем надёжности.
Ударопрочные профессиональные радиостанции диапазона LPD/PMR (433-446 МГц)
Гораздо более популярны широко продающиеся в россии под видом «маломощных» LPD/PMR раций мощные (3-10 Вт) профессиональные (брызгозащищённые, ударопрочные, выполненные на основе алюминиевого шасси) рации. Активно покупают такие — мощные
Оптимальные рации для работы в условиях леса и пересечённой местности
А любителям рыбалки, охоты, грибникам, лыжникам, туристам, то есть тем, кто занимается активным отдыхом на природе — в условиях перепадов высот (холмы, горы) и плотного леса — существенно более высокую дальность связи и большее время автономной работы обеспечат портативные Си-Би (27 МГц) рации серий Штурман, Беркут, Егерь, Hunter, Tourist. Ещё более увеличить дальность связи группы портативных радиостанций может радиостанция с функцией ретранслятора-репитера.
Что такое радиоволны? | Живая наука
Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.
Радиотюнер принимает радиоволны и преобразует их в механические колебания в динамике для создания звуковых волн, которые можно услышать.
(Изображение предоставлено: Ensuper | Shutterstock)Радиоволны — это тип электромагнитного излучения, наиболее известный благодаря использованию в коммуникационных технологиях, таких как телевидение, мобильные телефоны и радио. Эти устройства принимают радиоволны и преобразуют их в механические колебания в динамике для создания звуковых волн.
Радиочастотный спектр представляет собой относительно небольшую часть электромагнитного (ЭМ) спектра. По данным Университета Рочестера, спектр ЭМ обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общими обозначениями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое излучение (УФ), рентгеновское излучение и гамма-излучение.
Радиоволны имеют самую большую длину волны в электромагнитном спектре, по данным НАСА, от примерно 0,04 дюйма (1 миллиметр) до более 62 миль (100 километров). У них также самые низкие частоты, примерно от 3000 циклов в секунду, или 3 кГц, до примерно 300 миллиардов герц, или 300 гигагерц.
Радиочастотный спектр является ограниченным ресурсом, и его часто сравнивают с сельскохозяйственными угодьями. По данным Британской радиовещательной корпорации (BBC), точно так же, как фермеры должны организовать свою землю для получения наилучшего урожая с точки зрения количества и разнообразия, радиочастотный спектр должен быть разделен между пользователями наиболее эффективным образом. В США Национальное управление по телекоммуникациям и информации Министерства торговли США управляет распределением частот в радиочастотном спектре.
Открытие
Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, разработавший единую теорию электромагнетизма в 1870-х годах, предсказал существование радиоволн, по данным Национальной библиотеки Шотландии. В 1886 году немецкий физик Генрих Герц применил теории Максвелла к производству и приему радиоволн. Герц использовал простые самодельные инструменты, в том числе индукционную катушку и лейденскую банку (ранний тип конденсатора, состоящий из стеклянной банки со слоями фольги как внутри, так и снаружи), для создания электромагнитных волн.
Герц стал первым человеком, который начал передавать и принимать управляемые радиоволны. Согласно Американской ассоциации содействия развитию науки, единица частоты электромагнитной волны — один цикл в секунду — названа в его честь герцем.
Диапазоны радиоволн
Национальное управление по телекоммуникациям и информации обычно делит радиоспектр на девять диапазонов:
.tg {border-collapse:collapse;border-spacing:0;border-color:#ccc;} .tg td {семейство шрифтов: Arial, без засечек; размер шрифта: 14 пикселей; заполнение: 10 пикселей 5 пикселей; стиль границы: сплошной; ширина границы: 0 пикселей; переполнение: скрыто; разрыв слова: нормальный; цвет границы: # ccc; цвет: # 333; цвет фона: # fff;} .tg th {семейство шрифтов: Arial, без засечек; размер шрифта: 14 пикселей; вес шрифта: нормальный; отступы: 10 пикселей 5 пикселей; стиль границы: сплошной; ширина границы: 0 пикселей; переполнение: скрыто; разрыв слова: нормальный; цвет границы: # ccc; цвет: # 333; цвет фона: # f0f0f0;} .
tg .tg-mcqj {вес шрифта: полужирный ;border-color:#000000;text-align:left;vertical-align:top} .tg .tg-73oq{border-color:#000000;text-align:left;vertical-align:top}
| Band | Frequency range | Wavelength range |
|---|---|---|
| Extremely Low Frequency (ELF) | <3 kHz | >100 km |
| Very Low Frequency (VLF) | 3 to 30 кГц | от 10 до 100 км |
| Низкая частота (LF) | 30–300 кГц | 1 м до 10 км |
| Средняя частота (MF) | 300 кхц.0035 от 100 м до 1 км | |
| Высокая частота (HF) | 3-30 МГц | 10–100 м |
| Очень высокая частота (VHF) | 30-300 МСХ. | |
| Ultra High Frequency (UHF) | 300 MHz to 3 GHz | 10 cm to 1 m |
| Super High Frequency (SHF) | 3 to 30 GHz | 1 to 1 cm |
| Extremely Высокая частота (КВЧ) | от 30 до 300 ГГц | от 1 мм до 1 см |
Низкие и средние частоты
Радиоволны ELF, самые низкие из всех радиочастот, имеют большой радиус действия и полезны при проникновении через воду и скалы для связи с подводными лодками, внутри шахт и пещер .
По данным Stanford VLF Group, самым мощным естественным источником волн ELF/VLF является молния. По данным Phys.org, волны, создаваемые ударами молнии, могут отражаться между Землей и ионосферой (слоем атмосферы с высокой концентрацией ионов и свободных электронов). Эти грозовые помехи могут искажать важные радиосигналы, идущие к спутникам.
Радиодиапазоны НЧ и СЧ включают морское и авиационное радио, а также коммерческое радио AM (амплитудная модуляция), согласно RF Page. По данным How Stuff Works, диапазоны радиочастот AM находятся в диапазоне от 535 кГц до 1,7 мегагерца. AM-радио имеет большой радиус действия, особенно ночью, когда ионосфера лучше преломляет волны обратно на землю, но оно подвержено помехам, которые влияют на качество звука. Когда сигнал частично блокируется, например, зданием с металлическими стенами, например небоскребом, громкость звука соответственно уменьшается.
Более высокие частоты
КВ, ОВЧ и УВЧ диапазоны включают FM-радио, звук телевизионного вещания, общественное радио, мобильные телефоны и GPS (глобальную систему позиционирования).
В этих диапазонах обычно используется «частотная модуляция» (FM) для кодирования или передачи аудиосигнала или сигнала данных на несущую. При частотной модуляции амплитуда (максимальная протяженность) сигнала остается постоянной, в то время как частота изменяется в большую или меньшую сторону со скоростью и амплитудой, соответствующими звуковому сигналу или сигналу данных.
FM дает лучшее качество сигнала, чем AM, потому что факторы окружающей среды не влияют на частоту так, как они влияют на амплитуду, и приемник игнорирует изменения амплитуды, пока сигнал остается выше минимального порога. Согласно How Stuff Works, частоты FM-радио находятся в диапазоне от 88 до 108 мегагерц.
Коротковолновое радио
Коротковолновое радио использует частоты в диапазоне ВЧ от 1,7 до 30 мегагерц, согласно данным Национальной ассоциации коротковолновых вещателей (NASB). В этом диапазоне коротковолновый спектр делится на несколько сегментов, некоторые из которых предназначены для обычных радиовещательных станций, таких как «Голос Америки», «Британская радиовещательная корпорация» и «Голос России».
По данным НАНБ, во всем мире существуют сотни коротковолновых станций. Коротковолновые станции можно услышать за тысячи миль, потому что сигналы отражаются от ионосферы и возвращаются обратно за сотни или тысячи миль от точки их происхождения.
Самые высокие частоты
СВЧ и КВЧ представляют собой самые высокие частоты в радиодиапазоне и иногда считаются частью микроволнового диапазона. Молекулы в воздухе имеют тенденцию поглощать эти частоты, что ограничивает их диапазон и области применения. Однако их короткие волны позволяют направлять сигналы узкими лучами с помощью параболических параболических антенн (спутниковых параболических антенн). Это позволяет осуществлять высокоскоростную связь ближнего действия между фиксированными точками.
SHF, на который меньше влияет воздух, чем на EHF, используется для приложений малого радиуса действия, таких как Wi-Fi, Bluetooth и беспроводной USB (универсальная последовательная шина). Согласно RF Page, SHF может работать только на путях прямой видимости, поскольку волны имеют тенденцию отражаться от таких объектов, как автомобили, лодки и самолеты.
А поскольку волны отражаются от объектов, СВЧ также можно использовать для радаров.
Астрономические источники
Космос кишит источниками радиоволн: планеты, звезды, газовые и пылевые облака, галактики, пульсары и даже черные дыры. Изучая их, астрономы могут узнать о движении и химическом составе этих космических источников, а также о процессах, вызывающих эти выбросы.
Радиотелескоп «видит» небо совершенно иначе, чем в видимом свете. Вместо точечных звезд радиотелескоп улавливает далекие пульсары, области звездообразования и остатки сверхновых. Радиотелескопы также могут обнаруживать квазары, что является сокращением от квазизвездного радиоисточника. Квазар — это невероятно яркое галактическое ядро, питаемое сверхмассивной черной дырой. Квазары излучают энергию в широком диапазоне электромагнитного спектра, но название происходит от того факта, что первые идентифицированные квазары излучают в основном радиоэнергию. Квазары очень энергичны; некоторые излучают в 1000 раз больше энергии, чем весь Млечный Путь.
По данным Венского университета, радиоастрономы часто объединяют несколько небольших телескопов или приемных тарелок в массив, чтобы получить более четкое радиоизображение с более высоким разрешением. Например, радиотелескоп Very Large Array (VLA) в Нью-Мексико состоит из 27 антенн, расположенных в виде огромной Y-образной схемы диаметром 22 мили (36 километров).
Дополнительные ресурсы:
- Насколько загружен радиочастотный спектр? Посмотрите на эту диаграмму распределения частот для США.
- Узнайте больше о радиоволнах из научного тура НАСА по электромагнитному спектру.
- Узнайте больше о радиотелескопах от Национальной радиоастрономической обсерватории.
Эта статья была обновлена 27 февраля 2019 г. участником Live Science Трейси Педерсен.
Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо.
После окончания университета он работал в Лос-Аламосской национальной лаборатории системным администратором, техническим писателем-редактором и специалистом по ядерной безопасности. Помимо написания статей, он редактирует статьи в научных журналах по различным тематическим направлениям.
Радиоволны и как они работают — Инженерная школа USC Viterbi
Entertainment, выпуск II, физика, том III
Об авторе: Эндрю Шникель
Осенью 2000 года Эндрю Шникель был младшим специалистом по CECS и любил бегать босиком под дождем.
Часто используемое радио, которым часто пренебрегают, сыграло важную роль в нашей жизни и жизни тех, кто был до нас. Загадки радио отброшены, потому что мы просто ожидаем, что из динамиков будет исходить чудесный звук, когда питание включено. Редко мы задумываемся над физическими причинами того, как радио может передавать звук в эфир.
Еще реже мы задаемся вопросом, что сделали инженеры, чтобы помочь нам использовать и использовать мощность радиоволн. Изучение феномена радиоволн поможет вам лучше понять, что происходит за кулисами каждый раз, когда вы настраиваете этот циферблат.
Введение
TechnoBabble, Matthewcieplak/Wikimedia Commons
Рисунок 1: Ваша любимая станция — радиопередача TechnoBabble с участием Illumin. (Аудио)
Вы едете по открытой дороге, ни о чем не заботясь. Солнечный летний день, и у вас открыты окна в машине. Вроде бы все почти идеально, но чего-то не хватает. Вы включаете радио, настраиваете его на любимую станцию (см. рис. 1), и машина мгновенно наполняется звуком. Внезапно все кажется правильным. Радио – это то, что большинство из нас воспринимает как должное. Вы когда-нибудь задумывались над тем, как работает радио? Как радио узнает, какую станцию слушать? Что такое AM, что такое FM и чем они отличаются? Почему FM звучит лучше, а AM слышно дальше? Вы, вероятно, сталкивались с трудностями при поиске конкретной радиостанции.
На поиск и прием станций влияет множество факторов, таких как модуляция, мощность вещания, время суток и географическое положение. Ключом к получению максимальной отдачи от вашего радио является понимание того, как работает радио и какую роль инженеры сыграли в разработке устройства, которое большинство из нас использует каждый день.
Основы радио
Чтобы вы могли слышать радио, должно произойти несколько вещей. Сначала радиостанция кодирует некоторую информацию на радиоволне. Это известно как модуляция. Затем они транслируют радиоволну с закодированной информацией на определенную частоту. Ваша радиоантенна улавливает передачу в зависимости от частоты, на которую настроен ваш радиоприемник. Затем ваше радио декодирует информацию из радиоволн и воспроизводит эту информацию через динамики в виде звука. Так откуда эта информация?
Отличия AM и FM
Berserkerus/Wikimedia Commons
Рисунок 2: Модуляция AM и FM.
Две характеристики, амплитуда и частота (см.
рис. 2), определяют разницу между AM и FM радио. AM означает амплитудную модуляцию, что означает, что амплитуда радиосигнала используется для кодирования информации. FM обозначает частотную модуляцию, которая использует изменение частоты для кодирования информации. Из этого вы можете видеть, что и AM, и FM-радио используют модуляцию для кодирования информации. «Модуляция — это изменение некоторого свойства несущей радиосигнала таким образом, чтобы передавать информацию» [1].
Объяснение модуляции
Чтобы понять, зачем нужна модуляция, представьте ситуацию, когда вы отправляете сообщение с флагами семафора. (Семафор — это способ представления букв и цифр путем удерживания двух флажков, по одному в каждой руке, и изменения положения флажков в зависимости от букв или цифр, которые вы хотите передать.) Сначала представьте, что вместо изменения положения флажков , вы всегда держите руки раскинутыми в стороны независимо от того, какую букву вы пытаетесь отправить.
В этом случае каждое отправляемое вами сообщение будет выглядеть одинаково.
Человек, получивший ваше сообщение, не будет знать, как его расшифровать, поскольку вы никогда не делали ничего, чтобы отличить одну букву от другой. Теперь представьте, что уникальное расположение флагов представляет каждую букву, которую вы хотите отправить (именно так работает семафор). Например, вытянутые руки будут представлять только букву «R», а ваша вытянутая правая рука с поднятой над головой левой рукой будет представлять только букву «P». Теперь ваш получатель может расшифровать ваше сообщение, если он или она знает какую букву представляет каждая позиция флага.
Теперь, когда вы прочитали аналогию с семафором, вам должно быть легко понять идею радиомодуляции. Если бы радиостанция передавала простую синусоидальную волну, не было бы способа закодировать информацию, потому что радиоволна всегда выглядела бы одинаково. Для того чтобы передать какую-либо полезную информацию, радиостанции пришлось бы каким-то образом изменить форму радиоволны. Как они меняют форму? Используя одну из двух форм модуляции.
Давайте сначала рассмотрим амплитудную модуляцию.
Амплитудная модуляция (АМ)
Как же кодируется информация для АМ-радио? Для начала вам нужен сигнал несущей. Это просто простая немодулированная синусоида, то есть постоянная синусоида без изменений амплитуды или частоты. Затем вам нужна волна, представляющая сообщение, которое вы хотите отправить. Амплитуда этой волны будет меняться в зависимости от отправленной информации. Для простоты предположим, что вы отправляете буквы вместо звуков. Тогда буква «А» может быть представлена очень маленькой амплитудой, а буква «Z» — очень большой амплитудой, а остальная часть алфавита соответственно находится между ними.
Когда у вас есть и несущий сигнал, и сигнал сообщения, вы перемножаете их вместе. Путем умножения этих двух значений амплитуда несущего сигнала изменяется в соответствии с амплитудой сигнала сообщения. Эта комбинированная волна является фактическим широковещательным сигналом. Когда радио улавливает этот сигнал, все, что ему нужно сделать, это определить различные амплитуды сигнала и преобразовать эти амплитуды обратно в буквы.
Частотная модуляция (FM)
Теперь давайте рассмотрим частотную модуляцию. FM-радио работает аналогично AM-радио. Опять же, вы должны сначала начать с простой синусоидальной волны (см. рис. 3) в качестве несущего сигнала. Сигнал сообщения формируется так же, как и в AM-радио. Однако на этот раз вместо использования сигнала сообщения для изменения амплитуды несущего сигнала сигнал сообщения используется для изменения частоты несущего сигнала. Таким образом, в конечном вещательном сигнале низкая частота будет представлять букву «А», а высокая частота будет представлять букву «Z». сообщение было отправлено.
Wikipedia Commons
Рисунок 3: Анимация синусоиды с возрастающей частотой.
Качество звука и производительность
Выбор между FM-радио и AM-радио влияет на качество звука из-за физических и нормативных различий между ними. В следующем разделе будут рассмотрены эти различия, а также вытекающие из них преимущества и недостатки. Помимо различий в способах кодирования информации, AM- и FM-радио различаются по производительности, особенно в отношении качества звука и диапазона вещания.
Вы, вероятно, заметили, слушая радио, что FM-станции обычно звучат лучше, чем AM-станции, но AM-станции обычно слышны на большем расстоянии.
Сила сигнала
Есть три причины, по которым FM звучит лучше, чем AM. Первая причина заключается в том, что AM-радио, как правило, имеет более слабый сигнал, чем FM. В соответствии с правилами Федеральной комиссии по связи (FCC) AM-станции не могут вещать с мощностью более 50 киловатт [2].
FM-станции, с другой стороны, могут вещать мощностью до 100 киловатт. Это только максимальные значения; многие станции вещают на гораздо более низких уровнях мощности. Кроме того, при изменении амплитуды широковещательного сигнала для AM-радио мощность, с которой этот сигнал транслируется, также изменяется, поскольку амплитуда представляет силу сигнала. Таким образом, вместо приема сигналов с низкой амплитудой некоторые радиостанции могут вообще не принимать сигнал. FM-радио, с другой стороны, всегда остается с постоянной амплитудой, поэтому мощность сигнала не меняется.
Диапазон частот
Вторым преимуществом FM-радио является использование более высокого диапазона частот. AM-радио работает в диапазоне частот от 535 кГц до 1605 кГц. Когда вы настраиваете циферблат на вашем радио, число каждый раз меняется на 10 кГц. Это означает, что каждая станция имеет полосу пропускания 10 кГц для вещания. FM-радио, с другой стороны, работает в диапазоне от 88 МГц до 108 МГц, и ваше радио увеличивает частоту каждые 200 кГц. Согласно правилам FCC, FM-станция может использовать полосу пропускания только 150 кГц, но это все равно в 15 раз больше, чем у AM-станции. Это означает, что FM-станция может передавать в 15 раз больше информации, чем AM-станция.
Помехи
Третья причина, по которой AM-радио звучит не так хорошо, заключается в том, что AM-радио имеет много помех. Существует много естественных источников радиоволн, большинство из которых AM-волны, и ваше радио не может отличить естественные AM-волны от тех, которые транслируются радиостанциями.
Возможно, вы замечали, что AM-радио лучше звучит ночью, чем днем. Причина этого в том, что солнце является большим источником естественных АМ-радиоволн.
Диапазон вещания
Теперь вы можете задаться вопросом, почему вообще кто-то использует AM-радио. Как упоминалось ранее, у AM есть одно важное преимущество перед FM, и это его дальность вещания. Представьте, что вы отправляетесь в путешествие по пересеченной местности из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк. Предположим, вы хотели бы проехать через Колорадо, но узнали, что там была сильная метель, и не уверены, будет ли открыта автострада, по которой вы хотите ехать. Было бы удобно знать заранее, чтобы вы могли соответствующим образом спланировать свой маршрут. Было бы удобно, если бы вы могли найти станцию, передающую сообщения о дорожном движении в Колорадо, еще находясь в Калифорнии? Удивительно, но иногда это возможно; иногда сигналы, исходящие из Денвера, могут приниматься здесь, в Лос-Анджелесе. Как это возможно? Поскольку AM-радио работает на более низкой частоте, оно имеет гораздо большую длину волны.
Волны с большей длиной волны могут распространяться дальше, потому что они могут хорошо проходить сквозь твердые объекты. С другой стороны, FM-радиоволны плохо проходят через твердые объекты. По этой причине FM-станции иногда появляются и исчезают при вождении в гористой местности. Другая причина, по которой AM-радиоволны можно услышать далеко, заключается в том, что они могут отражаться от ионосферы, окружающей землю. Волны более низкой частоты имеют тенденцию отражаться лучше, чем волны высокой частоты [3]. Из-за этого отражения в верхних слоях атмосферы при правильных условиях AM-станция может транслироваться по всему миру.
Заключение
В следующий раз, когда вы будете ехать по открытой дороге с включенным радио, помните об этих принципах работы с радио. Радиоприем зависит от многих факторов, включая тип модуляции, мощность вещания, время суток и географическое положение. Знание мышления инженеров, разработавших радиопередачу, может помочь вам найти ту неуловимую станцию, которую вы ищете.