Природа радиоволн. Частоты, длины волн и каналы

Когда электроны колеблются в электри­ческом поле, часть их энергии преобра­зуется в электромагнитные излучения. Частота колебаний должна быть очень высокой, чтобы они могли излучать элек­тромагнитные волны нужной интенсив­ности, но, если это произойдет, электро­магнитные волны будут распространять­ся в пространстве со скоростью све­та – 300000000 м/с.

При попадании на металлическую антенну часть энергии волн передается свободным электронам в металле антенны; возникает пере­менный ток с частотой, равной частоте вызвавшей его волны. Таков-в самой примитивной форме – принцип радиосвя­зи. Радиопередатчик излучает электро­магнитные волны заданной частоты, до­стигающие антенны приемника. Из них приемник усиливает только те, на ча­стоты которых он «настроен».

Чтобы по радиосвязи передать голос и музыку, волны регулярного, «несущего» сигнала необходимо модулировать (из­менять) звуковым сигналом по интен­сивности волн (амплитудная модуляция, или AM) либо частоте (частотная моду­ляция, или ЧМ). Приемник устраняет вы­сокочастотные несущие волны, оставляя только «электрические», частоты кото­рых совпадают с частотами звуковых сигналов. После усиления электрические волны поступают в наушники или гром­коговоритель, преобразующие электриче­ские сигналы в звуковые волны.

В отличие от высокочастотных радиоволн [А] у звуковых волн час­тоты гораздо ниже [Б]. Чтобы передать звук по радио, необходимо звуковые волны наложить на радио­волны. Радиоволна «переносит» в прос­транстве электри­ческий аналог исходной звуковой волны, поэтому ее называют «несущей». Амплитудная модуляция изменяет энергетический уровень несущих волн, создавая оги­бающую переменной амплитуды [В], соответствующую звуковой волне. При частотной модуляции амплитуда несущей остается постоянной, а меняется ее частота [Г].

Частоты, длины волн и каналы. К электромагнитным излучениям отно­сятся гамма-лучи, рентгеновское и уль­трафиолетовое излучения, свет в видимой и инфракрасной части спектра; все они имеют очень высокую частоту. Электро­магнитные излучения более низких час­тот называются радиоволнами. Волны, частоты которых близки к частотам ин­фракрасного излучения, образуют микро­волновый диапазон и используются для телевизионной связи между ретрансля­ционными станциями, расположенными друг от друга в пределах видимости, а также для связи со спутниками.

В по­рядке уменьшения частоты различают радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ, используются для радиовещания и мест­ной связи, например, между летательным аппаратом и наземной станцией управле­ния); ультравысоких частот (УВЧ, ис­пользуются для телевизионной связи); ко­роткие волны (КВ, используются во всем мире для радиовещания); средние волны (СВ, используются для радиовещания в отдельных регионах), и, наконец, длинные волны (ДВ, используются реже всех остальных). По международному со­глашению, весь спектр радиочастот раз­делен на полосы для того или иного вида радиослужб. В свою очередь каждая по­лоса подразделяется на каналы таким образом, чтобы радиослужбы, работа­ющие в соседних каналах, не мешали друг другу.

Для стереофонического звучания необ­ходимо воспроизведение двух звуковых сигналов, воспринимаемых левым и правым ухом слушателя по отдель­ности. Чтобы передать по радио сте­реофонический звук, ширина полосы ка­нала должна быть вдвое больше, чем для передачи обычного звукового сигнала. Поскольку радиоспектр уже распределен и даже перегружен, разработан метод передачи двух отдельных звуковых сигна­лов по одному радиоканалу.

Постоянную тен­денцию к миниатюри­зации в электронике иллюстрирует срав­нение радиоприем­ника 30-х гг. [А] и транзисторного приемника [Б]. Громкоговоритель и сегодня должен быть довольно большим, чтобы не искажать низкочастотные зву­ковые волны. Но современная техника позволяет уменьшать все другие компоненты радио­устройств. Транзис­тор [В, слева] почти вытеснил электролампу [В, справа]. Дальнейшая миниатюризация стала возможной, когда интегральные схемы пришли на смену электронным схемам с паяным монтажом компонен­тов.

Ионосфера и земная поверхность образуют «волновод», по которому длинные радиоволны [Б] огибают Землю. Средние волны распространяются более прямолинейно поэтому их можно принять на расстоянии около нескольких сотен километров от пере­датчика. Все радио­волны в свободном пространстве рас­пространяются строго по прямой, но короткие волны можно использовать для связи вокруг Земли, так как они отражаются от ионосферы и земной поверхности по за­конам зеркального отражения [А].

Очень короткие волны не отражаются от ионосферы, а проходят сквозь нее и используются для космической связи.

Спутники связи обеспечивают основной объем меж­континентальной радиосвязи. Находя­щиеся на околоземной орбите [А] на высо­те 35 800 км над экватором в районах Тихого [1], Атлан­тического [2] и Индийского [3] океанов с периодом обращения, синхронным Земле, спутники системы «Интелсат-IV» принимают и передают тысячи радиосигна­лов СВЧ-диапазона и с некоторым пере­крытием обеспечи­вают связь с большей частью тер­ритории Земли [Б]. Свыше 70 наземных станций ([В], точки) устанавли­вают связь друг с другом, но до сих пор для межконти­нентальной связи применяются и подводные кабели ([В], красные линии).