Исследование процесса радиотелефонной связи и параметров радиоволн

       В более сложных системах РТС (как  правило, дуплексной связи) – радиорелейных, спутниковых, дальней связи на диапазоне 10…100 м – используемых для объединения  телефонных сетей различных городов и районов РФ в рамках Единой автоматизированной системы связи, применяют сложные направленные антенны и передатчики с однополосной модуляцией (управление электрическими колебаниями, при котором передаваемое сообщение передается только на одной – выделенной – боковой полосе частоты) мощностью 5…1000 кВт.

       На  линиях дальней РТС протяженностью свыше 5 – 6 тысяч км примерно в середине трассы производят ретрансляцию сигналов посредством приемо-передающей  радиостанции. В оконечных пунктах линии РТС каждый ее телефонный канал обычно сопрягается с телефонной линией (в частности, ведущей к местной АТС). 

       ПРЕИМУЩЕСТВА  РАДИОСВЯЗИ

       (перед  другими видами связи) 

       1. Возможность связи в любое время на любые расстояния.

       2. Практически мгновенное распространение радиоволн.

       3. Возможность передачи различных  сообщений любому количеству приемников.

       4. Возможность связи через океаны, моря, пустыни, горы, территории, занятые  неприятелем, и т. д.

       5. Возможность связи с подвижными  объектами (самолетами, пароходами, танками и т. д.). 
 
 

       Наряду  с этим радиосвязь имеет и недостатки: 

       1. Дальность связи зависит от  времени суток, времени года  и длины волны.

       2. Связь подвержена помехам от  электрических разрядов в атмосфере,  электрических установок и других радиостанций.

       3. Радиопереговоры можно подслушать  и для обеспечения их секретности  приходится применять шифры или  другие методы засекречивания  передачи.

       4. С помощью специальных радиопеленгаторных  станций можно определить местонахождение  передающей радиостанции. 

       ДЛИНА РАДИОВОЛН 

       Радиоволны  создаются с помощью переменного  тока высокой частоты. Поэтому их можно характеризовать частотой, которую выражают в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). Кроме того, радиоволны характеризуются еще и длиной волны.

        Рассмотрим  сначала длину волны на поверхности воды. Если ударять концом палки по воде, то от места удара пойдут круговые волны (рис. 3). Чем чаще удары, тем больше таких волн и тем меньше расстояние между ними. Длиной волны называется расстояние между двумя соседними горбами или впадинами, обозначенное на рис. 3 буквой λ (греческая буква лямбда).

       Длина волны есть расстояние, проходимое волной за один период, т. е. за время одного колебания.

        Зная скорость распространения радиоволн и  частоту, можно определить длину волны. Пусть, например, частота тока в антенне радиопередатчика составляет 1 000 000 Гц. Тогда период колебания равен 0,000001 сек. За одну секунду радиоволна проходит 300000000 м, а за 0,000001 сек она пройдет расстояние в миллион раз меньше, т. е. 300 м. Это и есть длина волны.

       Если  частота тока станет вдвое меньше и будет составлять 500 000 Гц, то период колебания станет равным 0,000002 сек. За это время радиоволна пройдет путь в 600 м. Чем меньше частота, тем больше длина волны, и наоборот.

       Радиоволны (от радио…), электромагнитные волны  с длиной волны превышающей 500 мкм (частотой меньше 6 · 10¹² Гц).

       Радиоволны  различных частот по-разному распространяются в пределах околоземного и космического пространств, а в связи с этим находят различное применение в радиосвязи и в научных исследованиях.

       ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН

       ДЛИННЫЕ BOЛНЫ 

       Радиоволны  делятся на ряд диапазонов (участков), имеющих неодинаковые свойства.

       Длинные волны имеют длину волны от 30000 до 3000 м и соответственно частоту от 10 до 100 кГц. В начале своего развития радиосвязь велась почти исключительно на таких волнах. Но для связи на большие расстояния при помощи этих волн нужны передатчики огромной мощности. Кроме того, в диапазоне длинных волн невозможна одновременная работа большого числа радиостанций.

       Дело  в том, что для устранения взаимных помех при радиовещательной передаче необходимо каждой радиостанции отвести участок (полосу) частот примерно в 9 кГц. Нетрудно подсчитать, что в диапазоне длинных волн можно разместить без помех друг другу лишь 10 станций.

       Единственным  достоинством длинных волн является то, что дальность их действия в  течение дня и ночи, лета и зимы меняется мало. Такого постоянства у других радиоволн нет. Сейчас на длинных волнах работает небольшое число радиостанций, передающих сигналы точного времени и метеорологические сводки. 

       ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН

       СРЕДНИЕ BOЛНЫ 

       Средние волны занимают диапазон 300…200 м, или 100…1500 кГц. Волны 2000…200 м специально отведены для радиовещания и их условно подразделяют на «средние, волны» от 200 до 580 м и «длинные волны» от 750 до 2000 м. На этих волнах можно разместить без взаимных помех 150-радиовещательных станций. Однако только в Европе число их значительно больше. Приходится одну и ту же волну давать нескольким станциям, что приводит к взаимным помехам. Только в случае, если станции, работающие на одинаковых волнах, расположены на значительном расстоянии одна от другой, то взаимные помехи сказываются слабо или их вовсе нет.

       В диапазоне 200…2000 м также работают телеграфные радиостанции; морские, авиационные, военные. Например, волна 600 м предназначена для морской радиосвязи и выделена для передачи сигнала бедствия судами. На волнах 580…750 м работает много судовых и портовых радиостанций. 

       ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН

       ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ И КОРОТКИЕ ВОЛНЫ 

       Промежуточные и короткие волны имеют соответственно длины волн 200…50 м (частоты 1500…6000 кГц) и 50…10 м (частоты 6000…3000 кГц). Однако на практике короткими, волнами называют весь диапазон 200…10 м. Современные радиовещательные приемники обычно имеют диапазоны 25…75 м и 200…2000 м. На промежуточных волнах работают ведомственные телеграфные и телефонные радиостанции. В диапазоне 200…10 м можно разместить без взаимных помех 3000 радиовещательных станций, а радиотелеграфных станций гораздо больше, так как для них требуется более узкая полоса частот.

       Короткие  волны имеют огромную дальность  действия по сравнению с другими волнами при относительно небольшой мощности передатчиков. Недостатком коротких волн является сильная зависимость их распространения от времени суток и времени года. В настоящее время на коротких волнах работает множество радиостанций всех стран мира, в частности, радиовещательные и радиолюбительские станции. Этот диапазон является самым «населенным». 

       ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН

       УЛЬТРАКОРОТКИЕ  ВОЛНЫ 

       Ультракороткие (метровые, дециметровые, сантиметровые и  миллиметровые) волны  занимают следующие диапазоны:

       1) метровые волны 10…1 м, или 30…300 МГц;

       2) дециметровые волны 100…10 см или 300…3000 МГц;

       3) сантиметровые волны 10…1 см или 3000…30000 МГц;

       4) миллиметровые волны 10…1 мм или 30000…300000 МГц.

       Ультракороткие  волны (УКВ), называемые иначе ультравысокими частотами (УВЧ), или сверхвысокими частотами (СВЧ), применяются для связи наземных радиостанций, как правило, при сравнительно небольших расстояниях в пределах до 100…200 км.

       В УКВ диапазоне можно разместить очень, большое число радиостанций без взаимных помех. Эти волны  являются единственно пригодными для связи с космическими кораблями и для передачи телевидения. УКВ можно излучать узким пучком в определенном направлении, подобно лучам прожектора, что позволило успешно применить их в радиолокации.

       В настоящее время ультракороткие волны широко используются для связи, радиолокации, радионавигации и в других областях науки и техники. Осваиваются также субмиллиметровые волны с длиной волны в доли миллиметра.

       Дециметровые  и сантиметровые волны, распространяющиеся в основном прямолинейно, не огибают  земную поверхность (т.е. в пределах прямой видимости), что ограничивает прямую связь на этих волнах расстоянием в 40-50 км. Поскольку ширина диапазонов частот, соответствующих этим длинам волн (от 30 МГц до 30 ГГц) в 1000 раз превышает ширину всех других диапазонов частот ниже 30 МГц (волны длиннее 10 м), то они позволяют передавать огромные потоки информации и дают возможность осуществлять многоканальную связь. В то же время ограниченная дальность распространения и возможность получения острой направленности с антенной несложной конструкции позволяют использовать одни и те же длины волн во множестве пунктов без взаимных помех. Передача на значительные расстояния достигается применением многократной ретрансляции в линиях радиорелейной связи или с помощью спутников связи, находящихся на большой высоте (около 40 тысяч км) над Землей. 

       ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ

       И ЧАСТОТЫ РАДИОВОЛНЫ 

       Длина волны и частота  обратно пропорциональны  друг другу.

       Длину радиоволны всегда можно вычислить, если разделить скорость распространения, равную 300 000 км/сек, на частоту. Чтобы длина волны получилась в метрах, скорость распространения следует принимать            300 000 000 м/сек.

       

       и, наоборот,

       

       Если  частоту выражать в килогерцах, то скорость распространения надо принимать 300000 км/сек,

       

     и      

       Пример  1. Найти длину волны для частот 600 кГц и 300 кГц. 

       Решение.

       

         

       Пример  2. Радиостанция имеет волну 120 м. Определить её частоту. 

       Решение.

          
 

       Приложение 1

       ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ 

       1. Имеются переменные токи с  частотами 300 кГц, 8000 Гц, 30 МГц, 150 000 Гц, 6 кГц, 1 250 000 Гц, 425 Гц. Какие из них являются токами, низкой частоты и какие токами высокой частоты?

       2. Какое назначение имеет ток высокой частоты на передающей радиостанции?

       3. Что произойдет с длиной волны  радиостанции, если частота тока  в ее антенне уменьшится в  3 раза?

       4. Радиостанция, работавшая на волне  250 м, изменила свою волну на 3500 м. Как при этом изменилась частота тока в антенне?

       5. Найти длины волн, соответствующие частотам: 15 МГц, 4000 кГц, 250 кГц.

       6. Определить частоты, соответствующие  длинам волн; 6. м, 50 м, 375 м, 1200 м, 25 см.

       7. Определить, к каким диапазонам относятся следующие длины волн: 115 м, 243 м, 49,5 м, 3506 м, 481 м, 15,5 см, 31,4 м, 6,7 м, 84,1 м.

       8. Определить, к каким диапазонам, относятся волны, соответствующие  следующим частотам: 5300 кГц, 12,6 Мги, 249 500 Гц, 1,5 МГц, 187,5 кГц, 38,7 МГц, 8,25 МГц, 2730 кГц, 20 ГГц.

       9. Сколько свободных волн для радиовещательных станций имеется на средних волнах 200…580 м и на длинных волнах 750…2000 м радиовещательного диапазона (для каждой, станции нужна полоса частот 9 кГц)?

       10. Указать помехоустойчивые методы передачи в РТС.

       11. Привести 2-3 примера преимуществ и недостатков РТС перед другими видами связи.