Виды радиоволн и их применение

Основные понятия (типы радиолиний)

Втехнике применяют радиолинии трехтипов:

радиолинияпростейшего типа; радиорелейнаялиния связи;

вторичныелинии радиосвязи.

Понятие радиоволн, радиочастотного ресурса

Радиоволнаминазываются электромагнитные колебания,частота которых ограничена в пределах3кГц … 3ТГц.

Радиочастотныйресурс— часть радиочастотного спектра,пригодного для передачи и (или) приемаэлектромагнитной энергии радиоэлектроннымисредствами.

Радиочастотныйспектр— непрерывный интервал радиочастот,не превышающий 3ТГц.

Диапазонрадиочастот— обозначенный непрерывный интервалчастот, в котором колебания и волныимеют сравнительные свойства и условноеназвание.

Радиоканал— часть радиочастотного спектра,предназначенного для излучения, иопределяется заданными границами илицентральной частотой и соответствующейшириной полосы частот или другимиэквивалентными признаками.

Классификация радиоволн

Радиоволныпринято классифицировать поспособу распространенияи подиапазонному принципу.

Поспособу распространения радиоволныделятся на:

• прямые волны;
• земные (поверхностные) волны;
• тропосферные волны;
• ионосферные волны.

Классификация радиоволн по способу распространения

Радиоволны,распространяющиеся в однороднойизотропной среде без потерь попрямолинейным траекториям и испытывающиеубывание напряженности поля с расстояниемкак 1/rза счет естественного сферическогорассеивания, называются прямымиволнами.

Волны,распространяю­щиеся в непосредственнойбли­зости от сферической поверх­ностиполупроводящей Земли, огибающей ее засчет явления дифракции и испытывающиепоглощение в Земле, называются земными(поверхностными) волнами.

Радиоволны,распространяющиеся на большие расстоянияи огибающие земной шар в результатеоднократных либо многократных отраженийот ионосферы и земной поверхности,называются ионосфернымиволнами.

Классификация радиоволн по диапазонам

Весьрадиочастотный диапазон от 3 кГц до 300ГГц, в соответствии с рекомендациямиМеждународного Союза Электросвязи(МСЭ), принято делить на восемь диапазонов.

Границыдиапазона	Наименование диапазона	Особенности распространения, отраженияи излучения волн. Использование диапазона
3…30 кГц(10…100 км)	Очень низкие частоты (ОНЧ)(Мириа­метровые волны)	Проникают вглубь почвы и воды. Очень мало поглощаются в Земле и огибают ее. Отражаются от ионосферы и днем, и ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны очень громоздкие. В основном используется в низкоскоростных глобаль­ных системах передачи информации и глобальных системах радионавигации
30…300 кГц(1…10 км)	Низкие частоты (НЧ)(Километровые волны)	Мало поглощаются в Земле и частично огибают ее. Отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Громоздкие антенны. В системах передачи информации используется мало. В основном используется в системах дальней навигации

Источник: https://StudFiles.net/preview/5158140/page:3/

Как распространяются радиоволны

Подробности Категория: Радио 12.07.2015 20:33 5207

Если бы Максвелл не предсказал существование радиоволн, а Герц не открыл их на практике, наша действительность была бы совсем другой. Мы не могли бы быстро обмениваться информацией при помощи радио и мобильных телефонов, исследовать далёкие планеты и звёзды с помощью радиотелескопов, наблюдать за самолётами, кораблями и другими объектами с помощью радиолокаторов.

Каким же образом радиоволны помогают нам в этом?

Источники радиоволн

Источниками радиоволн в природе являются молнии – гигантские электрические искровые разряды в атмосфере, сила тока в которых может достигать 300 тысяч ампер, а напряжение – миллиарда вольт. Молнии мы наблюдаем во время грозы. Кстати, они возникают не только на Земле. Вспышки молний были обнаружены на Венере, Сатурне, Юпитере, Уране и других планетах.

Практически все космические тела (звёзды, планеты, астероиды, кометы и др.) также являются естественными источниками радиоволн.

В радиовещании, радиолокации, спутниках связи, стационарной и мобильной связи, различных системах навигации применяются радиоволны, полученные искусственным путём. Источником таких волн служат высокочастотные генераторы электромагнитных колебаний, энергия которых передаётся в пространство с помощью передающих антенн.

Свойства радиоволн

Радиоволны – это электромагнитные волны, частота которых находится в интервале от 3 кГц до 300 ГГц, а длина — от 100 км до 1 мм соответственно. Распространяясь в среде, они подчиняются определённым законам. При переходе из одной среды в другую наблюдается их отражение и преломление. Присущи им и явления дифракции и интерференции.

Дифракция, или огибание, происходит, если на пути радиоволн встречаются препятствия, размеры которых меньше длины радиоволны. Если же их размеры оказываются бόльшими, то радиоволны отражаются от них. Препятствия могут иметь искусственное (сооружения) или природное (деревья, облака) происхождение. 

Отражаются радиоволны и от земной поверхности. Причём, поверхность океана отражает их примерно на 50% сильнее, чем сýша.

Если препятствие является проводником электрического тока, то какую-то часть своей энергии радиоволны отдают ему, а в проводнике создаётся электрический ток. Часть энергии расходуется на возбуждение электротоков на поверхности Земли. Кроме того, радиоволны расходятся от антенны кругами в разные стороны, подобно волнам от брошенного в воду камешка. По этой причине радиоволны со временем теряют энергию и затухают. И чем дальше от источника находится приёмник радиоволн, тем слабее сигнал, дошедший до него.

Интерференция, или наложение, вызывает взаимное усиление или ослабление радиоволн.

Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью, равной скорости света (кстати, свет – это тоже электромагнитная волна). 

Как и любые электромагнитные волны, радиоволны характеризуются длиной и частотой волны. С длиной волны частота связана соотношением:

f = c/λ,

где f – частота волны;

λ — длина волны;

c — скорость света.

Как видим, чем больше длина волны, тем меньше её частота.

Радиоволны разбиваются на следующие диапазоны: сверхдлинные, длинные, средние, короткие, ультракороткие, миллиметровые и децимиллиметровые волны.

Распространение радиоволн

Радиоволны разной длины распространяются в пространстве не одинаково.

Сверхдлинные волны (длина волны от 10 км и более) легко огибают большие препятствия вблизи поверхности Земли и очень слабо поглощаются ею, поэтому энергии они теряют меньше других радиоволн. Следовательно, затухают они также гораздо медленнее.

Поэтому в пространстве такие волны распространяются на расстояния до нескольких тысяч километров. Глубина их проникновения в среду очень велика, и их используют для связи с подводными лодками, находящимися на большой глубине, а также для различных исследований в геологии, археологии и инженерном деле.

Способность сверхдлинных волн легко огибать Землю позволяет исследовать с их помощью земную атмосферу.

Длинные, или километровые, волны (от 1 км до 10 км, частота 300 кГц – 30 кГц) также подвергаются дифракции, поэтому способны распространяться на расстояния до 2 000 км. 

Средние, или гектометровые, волны (от 100 м до 1 км, частота 3000 кГц – 300 кГц) хуже огибают препятствия на поверхности Земли, сильнее поглощаются, поэтому гораздо быстрее затухают. Они распространяются на расстояния до 1 000 км.

Короткие волны ведут себя иначе. Если мы настроим автомобильный радиоприёмник в городе на короткую радиоволну и начнём двигаться, то по мере удаления от города приём радиосигнала будет всё хуже, а на расстоянии примерно 250 км он прекратится совсем. Однако спустя некоторое время радиотрансляция возобновится. Почему так происходит?

Всё дело в том, что радиоволны короткого диапазона (от 10 м до 100 м, частота 30 МГц – 3 МГц) у поверхности Земли затухают очень быстро. Однако волны, уходящие под большим углом к горизонту, отражаются от верхнего слоя атмосферы – ионосферы, и возвращаются обратно, оставляя позади себя сотни километров «мертвой зоны».

Но ночью ионосфера теряет отражательную способность, поэтому в тёмное время суток связь на коротких волнах хуже.

https://www.youtube.com/watch?v=mvAmN50qhPs

А ультракороткие волны (метровые, дециметровые, сантиметровые с длиной волны короче 10 м), не могут отражаться от ионосферы. Распространяясь прямолинейно, они пронизывают её и уходят выше. Это их свойство используют для определения координат воздушных объектов: самолётов, стай птиц, уровня и плотности облаков и др. Но и огибать земную поверхность ультракороткие волны тоже не могут. Из-за того что они распространяются в пределах прямой видимости, их применяют для радиосвязи на расстоянии 150 – 300 км.

По своим свойствам ультракороткие волны близки к световым волнам. Но световые волны можно собрать в пучок и направить его в нужное место. Так устроены прожектор и фонарик. Точно так же поступают и с ультракороткими волнами. Их собирают специальными зеркалами-антеннами и узкий пучок посылают в нужном направлении, что особенно важно, например, в радиолокации или спутниковой связи.

Миллиметровые волны (от 1 см до 1 мм), самые короткие волны радиодиапазона, схожи с ультракороткими волнами. Они также распространяются прямолинейно. Но серьёзной помехой для них являются атмосферные осадки, туман, облака. Кроме радиоастрономии, высокоскоростной радиорелейной связи они нашли применение в СВЧ технике, используемой в медицине и в быту.

Субмиллиметровые, или децимиллиметровые, волны (от 1 мм до 0,1 мм) по международной классификации также относятся к радиоволнам. В природных условиях они почти не существуют. В энергии спектра Солнца занимают ничтожно малую долю. Поверхности Земли не достигают, так как поглощаются парами воды и молекулами кислорода, находящимися в атмосфере. Созданные искусственными источниками, применяются в космической связи, для исследования атмосфер Земли и других планет. Высокая степень безопасности этих волн для организма человека позволяет применять их в медицине для сканирования органов.

Субмиллиметровые волны называют «волнами будущего». Вполне возможно, что они дадут учёным возможность изучать строение молекул веществ совершенно новым способом, а в будущем, может быть, даже позволят управлять молекулярными процессами.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/radio/480-kak-rasprostranyayutsya-radiovolny

Радиоволны: применение и свойства

Радиоволны пронизывают наши тела и каждый миллиметр пространства вокруг нас. Без них невозможно представить жизнь современного человека. Радиоволны проникли в каждую сферу нашей жизни. Уже более 100 лет они являются частью нашей жизни и невозможно представать существование человека без них.

Что это такое?

Радиоволна — электромагнитное излучение, которое распространяется в пространстве с особой частотой. Слово «радио» произошло от латинского — луч. Одна из характеристик радиоволн — частота колебаний, которая измеряется в Герцах. Так она названа в честь немецкого учёного, физика Генриха Герца. Он получил электромагнитные волны и исследовал их свойства. Колебания волны и её частота связаны друг с другом. Чем выше последняя, тем короче колебания.

История

Существует теория о том, что радиоволны возникли в момент большого взрыва. И хотя магнитные волны были всегда, человечество открыло их для себя сравнительно недавно. В 1868 году шотландец Джеймс Максвелл в своей работе описал их. Затем немецкий физик Генрих Герц доказал в теории их существование. Это произошло в 1887 году. С тех пор интерес к магнитным волнам не иссякает. Исследования радиоволн ведутся во многих ведущих институтах мира.

Сферы применения радиоволн обширны — это и радио, и средства радиолокации, телевидение, телескопы, радары, микроволновые печи и всевозможные беспроводные средства связи. Широко используют их и в косметологии. Интернет, телевидение и телефония — все современные коммуникации, невозможны без магнитных волн.

Именно благодаря изучению этого явления, мы можем отправлять информацию на расстояния. Радиоволны формируются при прохождении по проводнику высокочастотного электрического тока. Заслугу изобретения радио многие учёные приписывают себе. И почти в каждой стране есть такой гений, кому мы обязаны этим уникальным изобретением. В нашей стране считают, что одним из изобретателей был Александр Степанович Попов.

Изобретение радио началось с устройства радиокондуктора Эдварда Бранли в 1890 году. Этот французский учёный создал свой прибор на основе идеи Генриха Герца, которая заключалась в том, что когда электромагнитная волна попадает на радиоустройство, возникает искра. Прибор Бранли использовали для приёма сигнала. Первым опробовал этот прибор на 40 метров англичанин Оливер Лодж в 1894 году. Александр Попов усовершенствовал приёмник Лоджа. Произошло это в 1895 году.

Телевидение

Применение радиоволн в телевидении имеет тот же принцип. Телевышки усиливают и передают сигнал в телевизоры, и они уже преобразуют их в изображение. Применение радиоволн в сотовой связи выглядит так же. Только требуется более плотная сеть ретросерсорных вышек. Эти вышки являются базовыми станциями, которые передают сигнал и принимают его от абонента.

Сейчас распространена технология Wi-Fi, которая была разработана в 1991 году. Ее работа стала возможной после изучения свойств радиоволн и применение их значительно расширилось.

Радары с 1950 г. применяются также на дорогах, для контроля скорости автомобилей. Это было обусловлено растущим количеством автомобилей на дорогах и необходимым контролем над ними. Радар — это устройство для дистанционного определения скорости движущегося автомобиля. Полицейские оценили удобство использования этого устройства и через несколько лет радары были на всех дорогах мира. С каждым годом эти приборы видоизменялись, совершенствовались и на сегодняшний день их есть огромное количество видов. Делятся они на две группы: лазерные и «доплеровские».

Виды волн

Радиоволны делятся на три категории: короткие, средние и длинные. К первым относят волны с длиной от 10 до 100 м, что позволяет создавать направленные антенны. Они могут быть земными и ионосферными. Применение коротким радиоволнам нашлось в связи и вещании на большие расстояния.

Длина средних волн обычно варьируется от 100 до 1000 м. Частоты, характерные для них — 526-1606 кГц. Применение средних радиоволн реализовано во многих каналах вещания России.

Длинная – это волна от 1000 до 10 000 м. То, что выше этих показателей, называют сверхдлинными волнами. Эти волны имеют свойства малого поглощения при прохождении через сушу и море. Поэтому основное применение длинных радиоволн — в подводной и подземной связи. Особым их свойством является устойчивость к напряжённости электрического тока.

Заключение

Наконец, стоит отметить, что изучение радиоволн идёт и по сей день. И, возможно, принесёт людям ещё немало сюрпризов.

Источник: http://fb.ru/article/352325/radiovolnyi-primenenie-i-svoystva

Факты о радио: история, теория, принцип работы

Кто-то мечтает о новом айфоне, кто-то о машине, а кто-то о наборе деталей и новом динамике для своего радио. не так давно были времена, когда пределом мечтаний золотой молодежи был обычный транзисторный радиоприемник.

Радио было верным спутником человека весь 20-й век. Знаменитые объявления от советского информбюро, первые музыкальные передачи, настоящий прорыв в передаче информации, революция в СМИ – все это радио.

All we hear is radio Ga-Ga. В сегодняшней статье разберемся с тем, что такое радио и как оно работает.

Знаменитое “радио Га-га” из песни группы Queen – не что иное, как детский лепет сына барабанщика группы. Роджер Тейлор услышал, как ребенок бормочет и коверкает слова, а потом решил, что из этого может получиться неплохой припев для песни.

Когда-то радио было круче, чем интернет – факт. Еще один факт – без радио не будет никакого интернета. Пусть приемники слушают не так часто, радио-технологии активно развиваются и используются  в спутниковой связи, телевидении, мобильных телефонах, рациях, медицинских приборах… Короче, везде.

Суть радио в самом широком смысле:

Радио — способ беспроводной передачи данных, при котором в качестве носителя информации используется радиоволна.

Давайте же узнаем, как эта штука работает, и кто это придумал.

Попов, Маркони, Тесла?

Кем впервые была открыта радиосвязь? Говорить о конкретном изобретателе радио в принципе неправильно, так как слишком много людей в разное время сделали свой вклад в развитие этой технологии. Здесь и Томас Эдисон, и Никола Тесла, и Александр Попов, и Гульельмо Маркони, и многие другие.

Гульельмо Маркони

Интересно, что во многих странах есть свой изобретатель радио. Споры о том, кто был первым, велись долго, и на то было много причин.

В России традиционно считалось, что радио изобрел Александр Попов. Да, Попов проводил успешные эксперименты в области передачи данных начиная с 1895 года , однако его изобретение было сильно усовершенствовано и доведено «до ума» иностранными коллегами. К тому же Попов не патентовал свою работу.

Также противостояние вели Тесла и Маркони. Никола Тесла утверждал, что провел эксперименты по беспроводной передаче сигнала раньше 1896 года, когда это сделал Маркони. Однако Маркони, обладавший коммерческой жилкой, успел запатентовать изобретение первым.

Заслуга этого человека в том, что именно он смог найти прежде лишь теоретическим идеям действительно широкое практическое применение.

Настоящей сенсацией в 1901 году стала передача радиосигнала на расстояние 3200 километров. Тогда многие ученые считали, что радиоволна не может распространиться на такую дальность из-за шарообразной формы Земли.

Что такое радиоволна

Волна – это колебание. Морская волна – это колебание поверхности воды.

А радиоволна – изменение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве.

Так же как и свет, радиоволны представляют собой электромагнитное излучение. Разница лишь в частоте и длине волны. Скорость распространения радиоволны в вакууме равна примерно 300000 километров в секунду.

Ниже приведем весь спектр электромагнитных колебаний и покажем место радиоволн в нем.

Электромагнитное излучение

Радиоволна – это сигнал. То, что передает информацию. Радиоволны делятся на диапазоны: от субмиллиметровых до сверхдлинных. Для каждого диапазона волн характерны свои особенности распространения.

Например, чем больше длина волны и чем меньше частота, тем больше волна способна огибать преграды. Длинные волны огибают всю планету.

Все маяки и спасательные станции настроены на волну длиной 6 метров и частотой 500 кГц.

Средние волны подвержены поглощению и рассеиванию сильнее. Длина их распространения – около 1500 км. Короткие волны проходят небольшие расстояния, их энергия поглощается поверхностью планеты.

Прежде чем разбираться с самим радио, нужно уточнить еще несколько моментов. Как именно передается информация.

Как передается информация. Модуляция

Возьмем электромагнитную волну. Она представляет собой синусоиду, колебания векторов напряженности магнитного и электрического полей. «Где же здесь информация?» спросите вы, и в этом вопросе есть резон.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Сама по себе синусоида не несет никакой информации. Для передачи данных используется модуляция сигнала. Есть разные виды модуляций:

• амплитудная;
• фазовая;
• частотная;
• амплитудно-частотная.

Например, аббревиатура FM означает frequency modulation – частотная модуляция.

Модуляция – это изменение одного из параметров сигнала.

Частотная модуляция – это изменение частоты. Амплитудная – соответственно, амплитуды. Конечно, изменение не простое, а несущее в себе информацию.

У нас есть несущий сигнал (несущее колебание) и информационный сигнал (речь, звук, музыка). Модуляция несущего сигнала позволяет зашифровать в нем информацию. Причем параметр этого сигнала изменяется в соответствии с информационным сигналом.

Далее будем рассматривать частотную модуляцию, так как FM-радиостанции – самые популярные, а говорить приятнее о том, что привычно. При частотной модуляции сигнал не изменяется по амплитуде. В соответствии с изменениями уровня информационного сигнала меняется частота несущего колебания.

Вот как это выглядит:

Принцип работы частотной модуляции

Как работает радио

Простейший радиоприемник содержит приемник и передатчик. Передатчик должен отправить сигнал, а приемник – принять его.

При этом приемник не просто передает, а кодирует сигнал, применяя модуляцию. Передатчик также должен произвести обратное действие, то есть раскодировать сингал. И вот тогда мы получим тот же сигнал, что нам передали.

Например, вы едете в маршрутке, где водитель слушает радио «Шансон». Лето, жара, дачники, ехать еще несколько часов… В общем, красота, да и только. Но не будем отвлекаться! По радио звучит очень душевная песня.

Спектр ее сигнала имеет примерно такой вид. Это – информационный сигнал.

Спектр песни

Чтобы передать его на расстояние, эту информацию нужно зашифровать.  Передатчик на радиостанции отправляет несущую синусоидальную волну в пространство, проводя частотную модуляцию.

Приемник в кабине у водителя, наоборот, выделяет из пришедшего сигнала полезную составляющую. Далее сигнал отправляется на усилитель, с усилителя — на динамик. Как следствие – все счастливо путешествуют под музыку!

Зная принцип действия радио, можно при желании самостоятельно собрать радиоприемник из простых компонентов. Как это сделать с помощью картошки – узнаете из видео. Сразу скажем, сами не проверяли, но если вы попробуете — расскажите нам, как получилось. А если перед вами задачка посложнее и нужна помощь в ее решении обращайтесь в студенческий сервис.



Источник: https://Zaochnik.ru/blog/fakty-o-radio-istoriya-teoriya-princip-raboty/

Радиоволны: свойства и применение

Предыдущая

Следующая

Радиоволной называется электромагнитное излучение, длины волн которого варьируются от 5*10-5 до 1010 метров. Стоит подробнее поговорить об основных параметрах радиоволн, которые ограничивают сферу их применения в современной науке и технике.

Основные параметры радиоволн

Среди основных параметров радиоволн следует выделить следующие:

• радиочастотный спектр. Это совокупность всех частот, которые установлены международными стандартами связи. Они могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств и средств связи;
• радиочастота. Это та частота, которая установлена для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
• распределение полос радиочастот. То есть для каждого конкретного подразделения и вида деятельности выделяется отдельная частота, на которой эта служба работает.

Эти параметры радиоволн могут различаться для каждого конкретного случая.

Свойства и применение

Стоит поговорить подробнее об основных свойствах радиоволн. К ним можно отнести:

• все радиоволны распространяются в однородной среде прямолинейно. При этом их скорость напрямую будет зависеть от плотности среды, в которой они распространяются;
• если радиоволна распространяется в среде отличной от воздуха, то этот процесс сопровождается поглощением энергии;
• если радиоволна переходит из одной среды в другую, то она преломляется и отражается;
• если радиоволна распространяется в неоднородной среде, то ее траектория искажается;
• радиоволнам свойственна дифракция, то есть огибание препятствий встречающихся на пути;
• им свойственна интерференция, то есть сложение двух волн одной и той же частоты, которые созданы одним источником.

Теперь можно поговорить о применение радиоволн в современной технике.

Радиоволны широко распространены в радиолокации. Благодаря такому устройству можно наблюдать за предметами на большом расстоянии.

Благодаря радиоволнам у человечества появилась возможность передавать данные на огромные расстояния, при этом не нужно тянуть никаких кабелей. Радиоволны в настоящее время находят широкое распространение при различных исследования во врачебном деле. На их основе делаются различные установки, которые позволяют не только производить обследование человеческого тела, но и лечить его от различных болезней.

Не будь радиоволн, ни один человек никогда бы не узнал, что такое телевидение и радио. Именно они несут сигнал различных частот, которые затем воспринимаются антеннами и спутниковыми тарелками.

Освещение очень важно для нормальной жизни и работы. При этом освещение с помощью солнца не всегда доступно по понятным причинам, поэтому часто используется искусственное освещение.

читать далее

Для того, чтобы уразуметь понятие «сила тока», нужно знать что из себя представляет электрический ток.

читать далее

Коэффициент стоячей волны (иначе КСВ) – один из показателей, характеризующий свойства стоячей волны в каком-либо поле.

читать далее

Источник: http://solo-project.com/articles/10/radiovolny-svoystva-i-primenenie.html