что такое амплитуда радиоволны

Что такое радиоволны?

Краткий обзор

В данной статье объясняется что такое радиоволна, рассказывется история возникновения радиоволновой теории, классификации и применение радиоволн различной длины.

Теория

Радиоволны представляют собой электромагнитное излучение, а также микроволны, инфракрасное излучение, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Наиболее известное использование радиоволн – для общения. Телевещание, мобильная связь и радиоприемники получают радиоволны и преобразуют их в механические вибрации в динамике для создания звуковых волн, которые можно услышать.

Электромагнитное излучение передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр. Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны, увеличения энергии и частоты. Основными являются радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи.

По данным НАСА, радиоволны имеют самые длинные волны в электромагнитном спектре, в диапазоне от примерно 1 миллиметра до более чем 100 километров. Они также имеют самые низкие частоты: от 3 кГц до 300 ГГц.

Открытие

Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, который разработал единую теорию электромагнетизма в 1870-х годах, предсказал существование радиоволн. Несколько лет спустя немецкий ученый Генрих Герц применил теории Максвелла для создания и получения радиоволн. Единица частоты волны электромагнитного излучения – один цикл в секунду – называется герцем в его честь.

Герц использовал разрядник, прикрепленный к индукционной катушке, и отдельный разрядник на приемной антенне. Когда волны, создаваемые разрядником передатчика катушки, были пойманы приемной антенной, электрические разряды начинали перескакивать через зазор между разрядниками. Герц доказал в своих экспериментах, что эти сигналы обладают всеми свойствами электромагнитных волн.

Диапазоны радиоволн

Национальное управление электросвязи и информации обычно делит радиочастотный спектр на девять полос.

Радиочастотные диапазоны НЧ и CЧ включают в себя морскую и авиационную радиосвязь, а также коммерческую связь. Большинство радиостанций в этих диапазонах используют амплитудную модуляцию, чтобы перевести полученные данные в слышимый сигнал на радиоволновую частоту. Мощность или амплитуда сигнала изменяются или модулируются со скоростью, соответствующей частотам слышимого сигнала, такого как голос или музыка. Когда сигнал частично заблокирован, громкость звука соответственно уменьшается.

ВЧ, ОВЧ и УВЧ диапазоны включают FM-радио, широкополосный телевизионный сигнал, радиослужбы общественного вещания, мобильные телефоны и GPS. Эти полосы обычно используют частотную модуляцию, чтобы перевести звуковой сигнал или сигнал данных на несущую волну. В этой схеме амплитуда сигнала остается постоянной, а частота изменяется немного выше или ниже со скоростью и величиной, соответствующей звуку или сигналу данных. Это приводит к лучшему качеству сигнала, чем с амплитудной модуляцией, поскольку факторы окружающей среды не влияют на частоту так, как они влияют на амплитуду, и приемник игнорирует изменения амплитуды, пока сигнал остается выше минимального порога.

Коротковолновая радиостанция

По данным Национальной ассоциации коротковолновых радиовещателей (NASB), радиоволны с короткой волной используют частоты в диапазоне ВЧ, от примерно 1,7 МГц до 30 МГц. В этом диапазоне коротковолновый спектр разделен на несколько сегментов, некоторые из которых отведены регулярным радиовещательным станциям, таким как «Голос Америки», Британская вещательная корпорация и «Голос России». По данным NASB, во всем мире есть сотни коротковолновых станций. Около 25 частных коротковолновых станций лицензированы в Соединенных Штатах Федеральной комиссией по связи.

По словам NASB, коротковолновые станции можно услышать на тысячи миль, потому что сигналы отражаются от ионосферы и возвращаются назад, на сотни или тысячи миль от места их происхождения.

FM-стерео

По мере роста популярности двухканальной стереофонической музыки спрос на стерео-радиовещание тоже вырос. Однако одноканальные (монофонические или моно) радиостанции уже широко используются и, вероятно, останутся таковыми в обозримом будущем. Проблема заключалась в том, чтобы создать систему, которая могла бы производить стереомузыку, но все же быть совместимой с существующими моноприёмниками.

Очень высокие частоты

СВЧ и КВЧ представляют собой самые высокие частоты в радиодиапазоне и иногда считаются частью микроволнового диапазона. Молекулы в воздухе, как правило, поглощают эти частоты, что ограничивает их диапазон и применение. Однако их короткие длины волн позволяют передавать сигналы в узких волнах с помощью параболических антенн, поэтому они могут быть эффективны для ближней связи с высокой пропускной способностью между фиксированными местоположениями. СВЧ, который меньше влияет на воздух, чем КВЧ, используется для устройств малого радиуса действия, таких как Wi-Fi, Bluetooth и беспроводной USB. Кроме того, волны СВЧ имеют тенденцию отскакивать от объектов, таких как автомобили, лодки и самолеты, поэтому эта полоса часто используется для радара.

Астрономические источники радиоволн

Космос изобилует радиоисточниками. К ним относятся планеты, звезды, газовые и пылевые облака, галактики, пульсары и даже черные дыры. Эти источники позволяют астрономам узнать о движении и химическом составе этих источников, а также о процессах, вызывающих эти выбросы.

По словам Роберта Паттерсона, профессора астрономии в Университете штата Миссури, астрономы используют большие радиотелескопы для картирования холодных нейтральных водородных облаков в галактиках. Эти облака представляют особый интерес, поскольку они выстраиваются вдоль спиральных рукавов галактик, таких как Млечный Путь, позволяя ученым отображать структуру облаков.

Специфические радиочастоты, соответствующие резонансным частотам общих атомов и молекул, зарезервированы FCC для исключительного использования радиоастрономами для предотвращения создания помех поскольку радиотелескопы чрезвычайно чувствительны к ним. Список этих частот можно найти на веб-сайте Национальной астрономии и ионосферы.

Согласно NASA, радиоастрономы часто объединяют несколько меньших радиотелескопов в массив, чтобы сделать более четкое или более высокое разрешение радио изображения. Например, радиотелескоп с очень большим массивом (САР) в Нью-Мексико состоит из 27 антенн, расположенных в огромном Y образце до 22 миль (36 км) в поперечнике.
По данным НАСА, радиотелескоп видит небо совсем не так, как кажется в видимом свете. Вместо того, чтобы видеть похожие на точки звезды, такой телескоп захватывает удаленные пульсары, звездообразующие области и остатки сверхновых.

Источник

Теория радиоволн: ликбез

Думаю все крутили ручку радиоприемника, переключая между «УКВ», «ДВ», «СВ» и слышали шипение из динамиков.
Но кроме расшифровки сокращений, не все понимают, что скрывается за этими буквами.
Давайте ближе познакомимся с теорией радиоволн.

Радиоволна

Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны.
Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении.
Период(T) — время одного полного колебательного движения
Частота(v) — количество полных периодов в секунду

Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте:

Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц)

«УКВ», «ДВ», «СВ»

Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).
Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.
Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.

Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).

Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.

Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).

Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.

Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).

Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.

Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).

Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне:

Так к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.

Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).
Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.
Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.

Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).
Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.

AM — FM

Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:

AM — амплитудная модуляция

Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.
АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.

FM — частотная модуляция

Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания.
Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ и поэтому широко применяется в звуковом сопровождении ТВ трансляций и УКВ вещании.

На самом деле у описанных видом модуляции есть подвиды, но их описание не входит в материал данной статьи.

Еще термины

Интерференция — в результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются. В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться, при сложении в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля.
Это явление более всего проявляется при приеме УКВ ЧМ и ТВ сигнала.

Поэтому, к примеру внутри помещения качество приема на комнатную антенну ТВ сильно «плавает».

Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.
Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.
Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.

Источник

Что такое радиоволны?

А что собой представляют радиоволны? Образно представить можно, но мне захотелось узнать об этом явлении побольше. Сразу хочу сказать, что во всем прочитанном нет такого, что перевернет мир, или вас. Это статья что бы вспомнить, или чтобы узнать, если вы новичок,

Радиоволны делятся на частотные диапазоны это: длинные волны, средние волны, короткие волны, и ультракороткие волны.

Длинные волны. Волны этого диапазона называются длинными, поскольку их низкой частоте соответствует большая длина волны. Они могут распространяться на тысячи километров, так как способны огибать земную поверхность. Поэтому многие международные радиостанции вещают на длинных волнах.

Средние волны распространяются не на очень большие расстояния, поскольку могут отражаться только от ионосферы (одного из слоев атмосферы Земли). Передачи на средних волнах лучше принимают ночью, когда повышается отражательная способность ионосферного слоя.

Короткие волны многократно отражаются от поверхности Земли и от ионосферы, благодаря чему распространяются на очень большие расстояния. Передачи радиостанции, работающей на коротких волнах, можно принимать на другой стороне земного шара.

Ультракороткие волны (УКВ) могут отражаться только, от поверхности Земли и потому пригодны для вещания лишь на очень малые расстояния. На волнах УКВ-диапазона часто передают стереозвук, так как на них слабее помехи.

Вот на рисунках вверху волна изображена в виде полосы, а вот как она выглядит на самом деле.

Ну ладно допустим, все это поняли, поговорим о передатчиках и антеннах.

Передатчик излучает радиоволны модулированными, т. е. измененными так, что они несут звуковой сигнал.

Модуляция. Чтобы радиоволны несли сигнал звуковой частоты, их модулируют этим сигналом. Модуляция бывает двух видов: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ). О модуляции ниже.

Антенна. В антенне под воздействием радиоволн возникают электрические колебания той же частоты, что и у радиоволны. Скажем, антенна расположена в верхней части башни передающего радиоцентра. Электрический ток, проходящий по антенне то вверх, то вниз, возбуждает радиоволны, которые расходятся во всех направлениях. Передающие антенны устанавливают на возвышенных местах, чтобы увеличить дальность передачи.

Здесь упоминалось слово частота, если кто-то забыл то:

Расскажу об Амплитуде, так как это надо знать, чтобы понять АМ и ЧМ.

Амплитудная модуляция.
При такой модуляции изменяют амплитуду несущей волны в соответствии с напряжением сигнала звуковой частоты. Амплитуда несущей волны увеличивается, когда увеличивается напряжение сигнала звуковой частоты, и уменьшается, когда уменьшается это напряжение. До модуляции несущая волна имеет постоянные амплитуду и частоту. Ее частота намного больше звуковой частоты.

Частотная модуляция.
При такой модуляции изменяют частоту несущей волны в соответствии с напряжением сигнала звуковой частоты. Частота несущей волны увеличивается при увеличении напряжения этого сигнала и уменьшается при его уменьшении. При частотной модуляции меньше помех, но радиостанции приходиться работать в УКВ-диапазоне. Это связано с тем, что частота несущей волны должна быть во много раз больше звуковых частот.

Источник