Радио

Радио (в переводе с лат. «radio» означает «излучаю», «испускаю лучи») – это вид беспроводного соединения, который предназначен для передачи и приема информации. При этом сигнал свободно распределяется в пространстве с помощью электромагнитных волн, которые еще называют «радиоволнами».

Как работает радио?

Принцип работы радио состоит в следующем: для того, чтобы информация была передана, сторона-отправитель моделирует необходимый сигнал, который характеризуется определенной амплитудой и частотой. На следующем этапе, сигнал формирует несущее (высокочастотное) колебание. После чего происходит излучение преобразованного сигнала в пространство с помощью антенны. В то время как приёмная сторона производит обратные действия: антенна улавливает модулированный сигнал и преобразовывает его с помощью фильтра низких частот (ФНЧ). Данное действие производится для того, чтобы избавиться от несущей (высокочастотной составляющей). Таким образом, приемная сторона извлекает из полученного высокочастотного колебания полезный сигнал. Однако, в некоторых случаях, из-за помех и наводок может происходить искажение передачи, вследствие чего полученный сигнал будет отличаться от переданного.

Виды радиоволн и частотные диапазоны

Международным союзом связи была принята следующая классификация частотных диапазонов:
1. Мириаметровые волны (очень низкие частоты) – 3-30 кГц, длина волны – 10-100 км;
2. Километровые волны (низкие частоты) – 3-300 кГц; длина волны – 1-10 км;
3. Гектометровые волны (средние частоты) – 0,3-3 МГц, длина волны – 0,1-1 км;
4. Декаметровые волны (высокие частоты) – 3-30 МГц, длина волны – 10-100 м;
5. Метровые волны (очень высокие частоты) – 30-300 МГц, длина волны – 1-10 м;
6. Дециметровые волны (ультравысокие частоты) – 0,3-3 ГГц, длина волны – 10-100 см;
7. Сантиметровые волны (сверхвысокие частоты) – 3-30 ГГц, длина волны – 1-10 см;
8. Миллиметровые волны (крайне высокие частоты) – 30-300 ГГц, длина волны – 0,1-1 см.
В сфере радиовещания и телевидения используют только несколько типов радиоволн: сверхдлинные (мириаметровые), длинные (километровые), средние (гектометровые), короткие (декаметровые) и ультракороткие (высокочастотные).

Законы распространения радиоволн

В зависимости от излучаемых источником частот, каждый тип радиоволн имеет свои особенности и законы распределения в пространстве.

Для длинных волн характерна повышенная степень поглощения ионосферой. Особую роль играют приземные радиоволны, которые распространяются, «окутывая» землю. Если говорить о мощности сигнала, то при отдалении от источника передачи, он уменьшается стремительными темпами.

Средние волны наиболее уловимы для ионосферы днем, причем радиус действия в это время суток определяется приземной волной. Вечером ситуация кардинально меняется: средние радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, а район распространения определяется отраженной волной.

Так как способ распространения коротких волн - это отражение ионосферой, то вокруг передатчика сигнала образуется зона радиомолчания (в ней прием сигнала практически невозможен). Причем, в дневное время лучше распространяются короткие волны, а в ночное – более длинные. При условии уменьшения мощности радиопередатчика, радиоволны этого типа могут распространяться на значительные расстояния.
Высокочастотные (ультракороткие) волны не отражаются ионосферой и распространяются, как правило, прямолинейно. Однако, в некоторых условиях, а именно из-за отличия плотностей в разных слоях атмосферы, радиоволны способны «огибать» земной шар. Для данного типа волн характерна высокая проникающая способность.

Особенностью высоких частот (ВЧ) является их распространение в рамках прямой видимости. Такие волны используются для беспроводной передачи данных (WiFi) и мобильной связи. Крайне высокие частоты (КВЧ), подобно высоким частотам, не огибают преград и используются в технологиях спутниковой связи. Гипервысокие частоты имеют свойство отражения (подобно световым лучам), радиус действия определяется пределами видимости. Использование подобных электромагнитных волн крайне ограничено.

Человечеству известны следующие условия распределения радиоволн. Сигнал может распространяться в атмосфере и пустоте, в то время как через воду и твердые предметы он проникнуть не может. Однако, вот что парадоксально. Благодаря таким явлениям как дифракция волн и преломление, связь между точками, находящимися вне прямой видимости, все-таки возможна.

Волна, исходящая от источника передачи, может следовать сразу несколькими путями. Такое явление называется многолучевостью. По причине изменения параметров среды происходит перемена уровня принимаемого сигнала относительно времени. Его замирание приводит к тому, что электромагнитное поле в точке приема представляет собой сумму всех смещенных во времени радиоволн.

Особые эффекты, возникающие при передаче радиоволн

1. принцип антиподов говорит о том, что радиоволна хорошо воспринимается в той точке земной поверхности, которая приблизительно противоположна точке передачи сигнала.
2. эффект фиксированной задержки – эхо от радиоволны, которая обошла Землю.
3. эффект эхо с большой задержкой (LDE).
4. принцип Доплера – зависимость длины радиоволны от скорости приближения и удаления от источника передачи (в случае приближения – частота увеличивается, удаления – уменьшается).
5. Люксембург-Горьковский эффект – изменение высокочастотных колебаний вследствие неленейных эффектов в результате распределения волн в ионосфере.

Условно, радиосвязь по длинам волн можно подразделить на два вида:
- связь без применения ретрансляторов (СДВ-связь, ДВ-связь, СВ-связь и т.д.)
- связь с применением ретрансляторов (спутниковая, радиорелейная, сотовая).
Ретранслятором называют специальное «посредническое» оборудование для связи, которое объединяет несколько радиопередатчиков, удаленных друг от друга на некоторое расстояние.

Частоты гражданской радиосвязи

По решению Российской Государственной комиссии по радиочастотам, для обеспечения гражданской связи физических и юридических лиц, было выделено три группы допустимых частот:
- «Citizen’s Band» – 27 МГц, с мощностью источника передачи до 10 Вт.
- «Low Power Device» - 433 МГц, с допустимой мощностью раций до 0,01 Вт.
- «Personal Mobile Radio» - 436 МГц, с выходной мощностью передачи до 0,5 Вт.

Что такое «радиолюбительская связь»?

Под понятием «радиолюбительская связь» подразумевается многостороннее техническое увлечение, которое выражается в проведении радиосвязи в допустимых диапазонах частот. Хобби радиолюбителя имеет несколько направлений:

конструирование аппаратуры по приему и передаче радиосигнала;
радиотехнический спорт (участие в соревнованиях среди радиолюбителей);
составление коллекции карточек-квитанций и свидетельств о проведенных радиосвязях;
проведение поисковой работы и организация связи с удаленными любительскими радиостанциями;
работа с различными видами излучений;
проведение связи на ультракоротких волнах, используя принцип отражения сигнала (от Луны, метеорных потоков и т.д.);
работа с источниками передачи небольшой мощности;
участие в различных радиоэкспедициях.

Изобретатели первых устройств для радиопередачи информации

Основателем первой действующей системы приема-передачи информации с помощью радиотелеграфии принято считать инженера из Италии Гульельмо Маркони. В России же изобретателем радиопередачи считают А. С. Попова. Однако, как выяснилось позже, никто из этих ученых не придумал устройство приема-передачи информации самостоятельно. Маркони соединил в одно устройство технологические разработки приёмника А. С. Попова и передатчика Генриха Герца.

Однако, после того как американский ученый Никола Тесла запатентовал устройство радиосвязи, он отсудил право основателя разработки у Маркони. Такое решение суда было вызвано примитивизмом изобретения итальянского инженера в сравнении с достаточно совершенным устройством американца. Система Теслы позволяла преобразовывать акустический звук в сигнал, осуществлять его передачу на расстояние и модулировать радиоволну приемников обратно в акустический звук. Все современные радиоустройства имеют подобную конструкцию, к основе которой лежит технология колебательного контура.