Диапазон частот - термин, который широко используется в курсе физико- технических дисциплин, в частности, в радиотехнике. Под этим понятием подразумевается как рабочий диапазон какого-либо устройства, так и выделенный для вещания конкретной радиослужбе А также речь может идти о разбивке всего интервала радиочастот.
Международные правила строго регламентируют использование различными системами радиосвязи вещания (в том числе спутниковыми) строго определенного диапазона. Это продиктовано необходимостью обеспечить совместимость работ разных систем и исключить взаимные помехи.
По Регламенту радиосвязи территория Земли поделена на три обширных района. Первый включает Европу, Россию, Монголию и Африку. Второй - территорию Америки (как Северной, так и Южной). Третий - Южную и Юго-Восточную Азию, Австралию, Тихоокеанский регион. В каждом районе - свое распределение радиочастотных полос.
Для работы спутниковой связи Регламент предусматривает диапазоны частот с условными обозначениями: L, S, C, X, Ku, Ka, K диапазоном от 1452 МГц до 86,0 ГГц. Подавляющее большинство спутниковых систем работает в диапазонах С и Ku. Диапазон Ka активно осваивается в странах Европы и Америки, но в нашей стране пока не нашел широкого применения.
Эффективность антенны зависит от числа длин волн, которые укладываются в поперечнике антенны. С повышением частоты снижается (эти величины обратно пропорциональны) и для приема высокочастотных сигналов не требуются антенны больших размеров. Диапазон частот С принимается антенной размером 2,5-4,5 метров, а для приема волн диапазона К требуемый размер антенн - всего лишь 10-15 см. При одних и тех же размерах антенны, работающие в высоком диапазоне, имеют больший коэффициент усиления.
В радиовещании каждая передающая станция также имеет свой диапазон частот. Существует классификация радиоволн по диапазону и длине волны. Согласно ей волны бывают:
Декаметрические с длиной волны порядка 10 000-100 000 километров, частоты которых классифицируются как крайне низкие (3 - 30 Гц).
Мегаметрические (длина волны - 1000-10 000 километров), частотный диапазон - до 300 Гц.
Гектокилометровые (с длиной 100-1000 километров), относящиеся к ультранизким частотам (до 3000 Гц).
Сверхдлинные (длина - 10-100 километров) - очень низкие (до 30 кГц).
Длинные (длина составляет 1-10 километров) - низкие (до 300 кГц).
Средние (длина 100-1000 метров) - средние частоты, до 3000 кГц.
Короткие, имеющие длину от 10-100 метров - это т. н. высокие частоты (частотой до 30 МГц).
Ультракороткие или метровые (длина 1-10 метров), очень высокие (до 300 МГц).
Дециметровые (длина 10-100 сантиметров), ультравысокие, до 3000 МГц.
Сантиметровые (длина 1-10 сантиметров), сверхвысокие (до 30 ГГц).
Миллиметровые (длина 1-10 миллиметров), крайне высокие (до 300 ГГц).
Диапазон частот 300-3000 ГГц относится к т. н. диапазону гипервысоких частот.
На начальных этапах развития радиосвязи использовались волны в основном длинного и сверхдлинного диапазона. Но они, распространяясь над земной поверхностью, сильно поглощались, требовались мощные передающие устройства. Устойчивый прием ведется на средних волнах, но на них трудно обеспечить дальность передачи, и пользуется этим диапазоном, в основном, местное радиовещание с радиусом в несколько сот километров.
Короткие волны обеспечивают большую дальность, но подвержены помехам и искажению сигнала. Ими пользуются, большей частью, в авиа- и морской навигации и на магистральных связных линиях.
Главное достоинство высокочастотных диапазонов - возможность применения антенн, размеры которых сравнимы с длиной волны, излучение является эффективным только при соблюдении этого условия. Построение систем дальней связи, основанных на распространении волн в пределах видимости, стало возможным с применением
ЛикБез > О Радиосвязи
2–25 МГц
Коротковолновый диапазон (КВ) позволяет организовывать связь на большие расстояния (вплоть до трансконтинентальной). Короткие волны широко использовались в период 40–60-х годов для организации дальней связи. По фильмам и книгам многие знают, как происходил обмен сообщениями во время II Мировой войны, в период освоения Севера и Антарктиды, при работе геологических партий и спасательных экспедиций. С начала 80-х годов новые технологии коммуникаций (проводная, сотовая, спутниковая связь) постепенно вытеснили довольно капризную КВ радиосвязь из традиционного сектора дальней связи. Короткие волны стали незаслуженно отодвигаться на второй план. Но преобразования, происходящие в странах с бывшей плановой экономикой заставили начать поиск недорогих и независимых методов дальней связи. Вновь стал проявляться интерес к «забытому» КВ диапазону.
Обычно с КВ радиосвязью ассоциируется блиндаж в темном заснеженном лесу и отважный радист выстукивающий замерзшими пальцами очередное донесение в Центр. Или бородатый геолог, пытающийся сквозь треск помех вызвать вертолет к больному товарищу. В современной КВ связи «романтика» обычно сводится только к правильной установке антенн, а остальное, как говориться – дело техники.
Современные коротковолновые радиостанции позволяют создавать системы связи по возможностям приближенные к довольно сложным системам в УКВ диапазонах. Здесь и селективный вызов, и автоматический выбор наилучшей частоты связи, и возможность передачи факсимильных сообщений, и шифрация речи и многое другое. Существуют компактные модели для установки на транспортные средства, и даже переносные радиостанции, с возможностями, не особо уступающими стационарным. Выпускающиеся в настоящее время КВ радиостанции обладают высокой чувствительностью и избирательностью, выходной мощность до 100 и более ватт. Современные цифровые и микропроцессорные технологии проникли и в этот вид техники, предоставив пользователям массу дополнительных функций облегчающих жизнь радиста. Язык не поворачивается назвать «радистом», например, управляющего горнодобывающего комбината, который из своего кабинета управляет работой десятков объектов расположенных в сотнях, а то и тысячах километрах от управления.
К недостаткам КВ диапазона можно отнести сложности с миниатюризацией радиостанций, большие размеры антенн (десятки метров), низкую помехозащищенность (в дни хорошего прохождения сигнала можно услышать на выбранной частоте передачу с противоположной стороны Земли). К достоинствам – полную автономность на больших расстояниях, низкую стоимость оборудования по сравнению с любыми другими видами связи, обеспечивающими такую же дальность.
В основном применяется для связи:
между удаленными точками на большие расстояния вплоть до трансконтинентальной связи;
в труднодоступных районах (леса, пустыни) и районах со сложным рельефом местности (холмы, горы);
с транспортными средствами на больших расстояниях сотни и тысячи километров;
с портативными радиостанциями на больших расстояниях (десятки и сотни километров) и районах со сложным рельефом местности (холмы, горы);
низкоскоростной передачи цифровых данных (файлы, электронная почта, факсы);
для обмена телеметрическими данными с удаленными и труднодоступными объектами (метеостанции, шлюзы, насосные станции и т.п.).
25.6–30 МГц
«Гражданский» диапазон – «Си-Би», или как его часто называют – «27 МГц». Единственный диапазон, в котором радиосвязное оборудование может без ограничений использоваться частными лицами.
Высокая дальность связи в условиях равнинной сельской местности и низкая стоимость абонентского оборудования делает этот диапазон весьма привлекательным для самых разных категорий пользователей от фермеров, рыболовов и пастухов, до крупных строительных, добывающих и транспортных организаций.
И хотя наибольшая эффективность диапазона будет в равнинной сельской местности, практика использования «Си-Би» показала, что при грамотной организации системы и оптимальном расположении антенн базовых станций можно добиться качественной и уверенной радиосвязи на большие расстояния даже в условиях индустриальных городских помех и высотной застройки. В качестве примера можно привести активное развитие частных служб такси в г.Ташкенте, использующих «Си-Би» радиосвязь.
В данном диапазоне распространение радиоволн происходит, кроме прямолинейного, еще и посредством отражения от ионосферы Земли поэтому дальность прохождения радиосигнала и его качество будет в высокой степени зависеть от состояния ионосферы и солнечной активности, и может сильно изменяться в разные дни и в течение суток.
Ионосферное прохождение радиоволн, может увеличивать дальность связи до нескольких тысяч километров. Это бывает в основном в летнее время года и в периоды солнечной активности. Во время таких прохождений можно запросто поболтать с Москвой или Самарой, попрактиковаться в знании иностранных языков, связавшись с дальним зарубежьем. Для некоторых установление дальних связей на «Си-Би» стало определенного вида спортом.
Среди недостатков «гражданской» связи следует отметить высокую чувствительность к помехам, перегруженность каналов в дни благоприятного распространения радиоволн (могут быть слышны передатчики, удаленные на тысячи километров), низкую эффективность носимых радиостанций из-за коротких антенн, большую длину антенн мобильных радиостанций (около 1.5 м).
Несмотря на указанные недостатки, «Си-Би» связь остается наиболее популярным средством коммуникаций в мире. Благодаря невысокой стоимости оборудования и упрощенной процедуре регистрации ее используют сельскохозяйственные организации, водители транспортных средств, любители активного отдыха и многочисленная армия обычных людей, для которых радиосвязь является просто любимым времяпровождением. Не будет преувеличением утверждение, что в «Си-Би» диапазоне работает больше радиостанций, чем на всех других частотах вместе взятых.
Наиболее предпочтителен для радиосвязи:
между стационарными и автомобильными радиостанциями при использовании эффективных базовых антенн;
между транспортными средствами при движении по трассе, за городом, в колонне или на небольшом расстоянии друг от друга (5–15 км);
между сельскохозяйственной техникой (комбайны, сеялки, хлопкоуборочные машины и т.д.) и между техникой и диспетчерскими пунктами (весовой, приемной, заправочной и т.п.) в равнинной или холмистой местности при использовании эффективных базовых антенн;
в городской черте между мобильными и стационарными объектами через диспетчерские радиостанции с эффективными антеннами, установленными на достаточной высоте.
33–50 МГц
Диапазон 33–50 МГц, обычно называемый «Low Band», из-за отсутствия в русском языке подходящего термина. Широко использовался в бывшем СССР, оставаясь чуть ли не единственным служебным диапазоном на который можно было приобрести оборудование производства стран СЭВ. Многие предприятия и организации использовали радиостанции, в частности «Лен» и «Гранит» для решения нужд оперативной радиосвязи, а некоторые используют до сих пор. Но экономические преобразования последних лет заставили пересмотреть взгляды на выбор коммуникационного оборудования. Новейшие западные разработки хлынули на наш рынок и «Low Band» стал вытесняться более высокочастотными диапазонами.
В настоящее время в продаже можно встретить радиостанции на 33–50 МГц производства Vertex, Motorola, Alan, Roger и др. Это позволяет организациям и ведомствам заменять парк устаревшего и вышедшего из строя оборудования и использовать уже имеющиеся радиочастоты. Имеется ряд моделей в портативном исполнении. К сожалению, цены на подобную технику несколько выше, чем на аналогичные модели более высоких частот.
По физическим свойствам занимает промежуточное положение между КВ и УКВ диапазонами, из-за чего обладает свойствами и того, и другого. При определенных обстоятельствах позволяет осуществлять связь за пределы радиогоризонта (отраженной волной). Но в основном связь возможна в пределах прямой видимости. Характеризуется небольшим затуханием, меньшим отражением. Наибольшая дальность достигается в сельских районах с низкой застройкой и в равнинной местности.
136–174, 400–512 МГц
Высокая помехозащищенность и хорошее прохождение сигнала позволяет активно использовать данные диапазоны для организации практически любых систем служебной радиосвязи. Нижняя часть диапазона (УКВ) более эффективна в условиях сельской местности, мало- (до 3-х этажей) и среднеэтажной (до 5-ти этажей) городской застройки. Верхняя часть (ДЦВ) предпочтительна в условиях индустриальных центров и многоэтажной застройки.
Во многих странах данные диапазоны используются для организации пейджинговой (УКВ) и сотовой (ДЦВ) радиосвязи. Хотя наблюдается тенденция к переходу на более высокие частотные участки (900, 1800 МГц)
Связь возможна только в пределах прямой видимости, из-за чего в большинстве случаев используются системы с ретрансляцией.
806–825, 851–870 МГц
Используется для организации систем радиосвязи в городах с высотной застройкой и в зонах с высоким уровнем индустриальных помех. Очень высокая помехозащищенность и хорошее прохождение сигнала сквозь различные преграды (вплоть до металлических сеток), позволяет использовать данный диапазон там, где распространение радиоволн с более низкими частотами невозможно или сопряжено с большими затратами (размещение промежуточных ретрансляторов, большая высота антенн и т.п.). Во многих странах мира используется для организации сотовой радиосвязи. В частности, сотовая связь в Узбекистане организована именно в этом диапазоне. Традиционный диапазон подвижной наземной связи США.
Связь возможна только в пределах радиогоризонта. Диапазон характеризует высокая степень отражения радиоволн от зданий, сооружений и других естественных и искусственных преград, за счет чего возможна радиосвязь в условиях промышленных районов и индустриальных центров с высотной застройкой. В некоторых случаях это можно рассматривать как благо (меньшее количество «мертвых зон» из-за отражений), а иногда может оказаться большой проблемой (интерференция).
По физическим свойствам характеризуется большим затуханием радиоволн, вследствие чего дальность связи в сельской местности будет меньше, чем на низких частотах.
К недостаткам следует отнести относительно высокую стоимость оборудования по сравнению с оборудованием на более низкие частоты и сложности с созданием мощных радиопередатчиков носимых станций. Частично это связано с увеличением энергии передаваемого сигнала на высоких частотах, а это, в свою очередь требует источников питания (аккумуляторов) большой емкости, габариты которых, при современном уровне развития технологии, с трудом поддаются миниатюризации.
ДИАПАЗОНЫ ЧАСТОТ
Рации можно разделить на две категории по номиналу частот - профессиональные и любительские.
Профессиональные рации используют на выделенных внутриведомственных частотах. Обычно, это радиосвязь, используемая на предприятиях, а также для экстренных и государственных служб: скорая помощь, ГАИ, МЧС. Для профессиональных возимых раций используются диапазоны частот
LowBand (33 - 48,5 МГц, 57 - 57,5 МГц)
VHF (Very High Frequency) 136-174 МГц - УКВ диапазон
UHF (Ultra High Frequency) 400-470 МГц - СВЧ диапазон
Любительские радиостанции могут использовать обычные граждане. Для легального использования некоторых диапазонов радиочастот (144-146 МГц, 430-440 МГц) требуется разрешение на постройку (приобретение) и эксплуатацию любительских радиостанций. Другие диапазоны разрешены для свободного использования при соответственном ограничении выходной мощности передатчика
- Си-Би ("Citizens’ Band" - "гражданский диапазон") 26.965-27.855 МГц
(разрешенная выходная мощность не более 10 Вт) - LPD (Low Power Device) 433.050 - 434.790 МГц. (69 каналов)
(разрешенная выходная мощность не более 0,01 Вт) - PMR (Personal Mobile Radio) 446,00625-446,09375 МГц (8 каналов)
(разрешенная выходная мощность не более 0,5 Вт)
27 МГц (CB), разрешенная мощность – до 10 Вт. На этой частоте можно использовать радиостанции с любым типом антенн (компактные, автомобильные, стационарные).
433 МГц (LPD). Допустимая мощность – максимум 0,01 Вт. Используются рации с компактными интегрированными антеннами.
446 МГц (PMR). Допустимая мощность – максимум 0,5 Вт. Связь осуществляется при помощи радиостанций с компактными интегрированными антеннами.
В реальности многие заводские радиостанции диапазонов PMR и LPD отличаются мощностью до 5 Вт. Устройства, имеющие мощность до 0,01 Вт в диапазоне 433 МГц, а также до 0,5 Вт в диапазоне частот 446 МГц регистрировать не нужно.
Длина волны в рациях диапазона СВ составляет 11 м. Радиоволна может преодолеть препятствие в половину длины волны, и радиостанции в этом диапазоне оптимальны для использования на пересеченной местности. Радиоволна обогнет любую неровность рельефа или группу деревьев 5-6-метрового диаметра. При аналогичных электрических параметрах они гарантируют большую дальность связи. Для 27 МГц возможны электромагнитные помехи промышленного происхождения или интермодуляционные. Причиной этого является загруженность эфира в городах. При использовании радиостанций с компактными антеннами в городе или вблизи города дальность связи непредсказуема.
В этом диапазоне не исключены «дальние прохождения», то есть связь может проходить очень большие расстояния, в том числе может образовываться «радиоэхо» (собственный сигнал, обошедший вокруг планеты) в результате переотражения от ионосферы.
При большой активности солнца вероятность возникновения «дальнего прохождения» увеличивается. Это негативно влияет на дальность и качество ближней связи из-за дополнительных интермодуляционных помех.
Длина волны популярных радиостанций частот 433 и 446 МГц составляет примерно 0,7 м, по этой причине для пересеченной местности или леса не подходит. Радиоволна не способна обойти даже 35-сантиметровый ствол дерева. Но радиостанции 433 и 446 МГц оптимальны для городских условий, поскольку в этом диапазоне мало атмосферных шумов и промышленных электромагнитных помех.
На дальность связи влияют самые разные факторы, среди которых:
- электромагнитные помехи. Рации LPD, PMR переносят их лучше, чем СВ, поскольку уровень промышленных и атмосферных помех на диапазонах 433/446 МГц намного ниже, чем на 27 МГц. Поэтому в городе дальность связи станций LPD/PMR гарантирует лучшую дальность связи.
Волновые эффекты (дифракция, интерференция). Они делают возможным преодоление препятствий, по размеру меньших, чем половина длины волны. Это приводит к тому, что сигнал становится неоднородным на дистанциях, сопоставимых с длиной радиоволны. На пересеченной местности или в горах рации СВ работают лучше остальных.
В результате переотражений от ионосферы для СВ-раций вероятны «дальние прохождения». Для устойчивой двусторонней связи необходимы хорошая антенна и определенное состояние ионосферы. В диапазонах LPD/PMR «дальние прохождения» невозможны.
Поглощение радиоволновой энергии поверхностью земли, деревьями. Поглощение усиливается с увеличением частоты волны (СВ выигрывает).
Эффективность антенны важна для портативных раций.
Эффективными можно назвать штыревые вертикальные антенны длиной в четверть или больше длины волны сигнала. Оптимальными для четвертьволновых антенн будут следующие:
- СВ – 2,78 м;
§ LPD – 17,3 см;
§ PMR – 16,8 см.
Рассматривается геометрический размер антенны. Но ее можно укоротить, сохранив электрическую «длину» удлиняющей катушкой.
Если укороченную антенну сделать узкополосной, с большим резонансным усилением по частоте, это повысит КПД компактных антенн, однако только при функционировании в узко-частотном диапазоне, на который она настроена.
Для раций более коротковолновых LPD и PMR антенну не нужно существенно укорачивать, а для длинноволнового СВ укороченная до 20 раз антенна снижает дальность радиосвязи. Такие рации хорошо работают только с длинными антеннами, но при этом неудобны в обращении.
Нельзя однозначно сказать, какой диапазон лучше.
У каждого диапазона гражданской связи свои преимущества и минусы, которые видны в разных условиях. Выбирая диапазон, руководствуйтесь условиями эксплуатации.
Для загородной связи, на больших расстояниях в лесу или на пересеченной местности лучше предпочесть радиостанцию СВ. Лучшую связь в городе, в частности, внутри железобетонного здания или транспорта (без внешней антенны) обеспечат рации LPD/PMR. Если важна не дальность, а удобство ношения и размеры – выбирайте LPD/PMR. Для перевозки рации за границу лучше взять PMR. Если нужно контактировать с профессиональными или любительскими радиостанциями, стоит попробовать портативные рации LPD, поскольку у PMR каналы на 6.25 кГц сдвинуты касательно 446 МГц, а отрезка в 6.25 кГц в основной массе любительских и профессиональных станций нет.
