чем выше частота тем меньше проникающая способность
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.
Почему волны с более высокой частотой имеют лучшее проникновение?
В свободном пространстве сигналы с более низкой частотой, по-видимому, идут дальше, потому что сигнал либо дифрагируется землей, либо отражается верхними слоями атмосферы, что делает его фактически более дальним.
В городских условиях, когда нам нужно проникать сквозь стены, происходит ли передача 2,4 ГГц дальше, чем радиостанция 433 МГц?
В электромагнитном спектре гамма-лучи и рентгеновские лучи имеют хорошее проникновение, поскольку они имеют высокую частоту?
4 ответа
Основным преимуществом более высоких частот является то, что они требуют более коротких антенн для обеспечения достойного качества приема, что важно для мобильных устройств. Они также позволяют использовать более широкую полосу для модуляции сигналов, поэтому вы можете получить более высокую частотную передачу.
Но высокие частоты более чувствительны к отражению, поэтому им будет сложнее проходить сквозь стены и препятствия в целом. В то же время они будут легче просачиваться через отверстия: эмпирическое правило состоит в том, что если у вас есть отверстие с размером волны, сигнал может протекать через него. Но в то же время вы не можете полагаться на это для хорошей передачи: поэтому я бы сказал, что предел довольно нечеткий.
Для получения дополнительной информации см. распространение прямой видимости : частота микроволн может быть преломлена меньший объект, чем более низкая радиочастота, поскольку он сильно зависит от длины волны. Сравнение возникает из-за того, что микроволны имеют спектр, который больше похож на оптические длины волн, поэтому они будут страдать от некоторых явлений, которые сохраняются для оптики.
60 ГГц), необходимых для таких применений, другие явления поглощения /отражения могут нарушать передачу: например, поглощение кислородом (в воздухе). Это сильно зависит от среды, через которую ваша волна должна пройти.
Способы взаимодействия сигналов с препятствиями сложнее, чем расчеты базовой линии: способ образования стенок или других материалов может затруднять сигналы в большей или меньшей степени в зависимости от длины волны. На более высоких частотах длины волн уменьшаются так, что они могут проходить через отверстия или структуры типа решетки, тогда как сигналы низкой частоты могут поглощаться или отражаться. С другой стороны, молекулы или составная структура материалов могут быть резонансными к конкретным частотам: например, молекулы воды резонансны в первичных узлах около 2,4 ГГц, 3,1 ГГц. Поэтому микроволновые печи обычно работают на частоте 2,4 ГГц. Это приводит к определенному диапазону помех из-за присутствия воды в листве, дождях и снегопадах и т. Д. Некоторые могут иметь опыт в этом, знают ли они это или нет: сигналы Wi-Fi могут перемещаться за пределы здания в более коротком диапазоне, когда он идет дождь, потому что сигналы поглощаются влажной листвой, стенами и воздушным пространством.
Несколько лет назад MIMO вышла из прежнего использования в оборонных и аэрокосмических радарах и коммуникациях в производство полупроводников, используемых в WiFi и мобильной связи. До этого многие топ-инженеры-разработчики скептически относились к своим преимуществам по сравнению с затратами и практичностью. Подполе беспроводной связи стало широко использоваться для беспроводной связи, коммерческих радиолокаторов и других приложений. Более высокие полосы частот оказались наиболее полезными из-за меньшего рассеяния, более прямая линия видимости обеспечивает лучшую дискриминацию /изоляцию сигнала. Это может привести к простоте и лучшему многоканальному сигналу по сравнению с более низкими полосами частот.
По разным техническим причинам сравнение более низких (средний диапазон 433 МГц) и более высокая частота 2,4 ГГц) сравнивается следующим образом: сигналы более низкой частоты движутся дальше, чем потому, что энергия выше и более концентрирована одним устойчивым образом, t легко поглощается воздухом, который состоит из большого количества влаги. Более высокая частота на частоте 2,4 ГГц способна прорезать путь через молекулярную структуру многих материалов, но это связано с тем, что влажность в свободном воздухе имеет тенденцию гасить сигнал. Высокочастотные передатчики Manu также спроектированы с частотной скачкообразной перестройкой и шифрованием. Он может найти путь через частичные препятствия более легко, чем более низкая частота, большие волны могут.
Когда длина имеет значение: почему одни фотоны убивают, а другие нет
Почти в каждом школьном кабинете физики висела разноцветная диаграмма с картинками, которая гордо называлась «Спектр электромагнитного излучения». Условная синусоида начиналась слева, с радиоволн. Расстояние между соседними «горбами» в этой части было наибольшим. Частота колебаний является обратной длине волны величиной. Если длина волны есть расстояние между двумя «горбами» волны, то время, за которое она проходит это расстояние, определяется как расстояние, деленное на скорость. Время же есть единица, деленная на частоту. К правому концу диаграммы волна «сжималась», подобно пружине: длина волны уменьшалась, а частота увеличивалась. В левой части диаграммы располагались некие «гамма-лучи».
Почему одни волны короче или длиннее других? Причина в источнике этих волн — колеблющемся электрическом заряде. Чем быстрее колеблется заряд, тем меньше длина электромагнитного излучения. Если бы электромагнитное поле было водой в озере, а заряд — рыболовным поплавком, то круги на воде условно изобразили бы электромагнитные волны. Чем быстрее дергается поплавок, тем чаще отходят от него водные круги — колебания, и меньше расстояние между ними — длина волны.
Радиоволны порождаются колебаниями в проводниках с током, видимый свет — переходами электронов внутри атома, рентгеновские и гамма-лучи возникают, когда заряды движутся в электрическом поле атомного ядра, либо из-за процессов в самом ядре. Если говорить грубо, то, чем меньше «масштаб» взаимодействия, тем короче электромагнитная волна.
Волны или фотоны?
Физики называют фотоны переносчиками электромагнитного взаимодействия. Частицами. Стоит только свыкнуться с этой мыслью и нарисовать в воображении чрезвычайно быстрые «шарики», как те же физики начинают утверждать, что взаимодействие между зарядами осуществляется через колебания электромагнитного поля — волны. Ученые не сошли с ума, а вот фотоны «раздвоением личности» страдают, проявляя то волновые свойства, то свойства частицы.
Какую «личность» примерит на себя фотон зависит от объектов, с которыми он взаимодействует. Длина волны радиосигнала измеряется километрами. На его пути возникают дома, фонарные столбы, люди — объекты, намного меньшие, чем длина волны. Значит, излучение будет огибать их или отклоняться от первоначального направления при «встрече», то есть проявлять волновые свойства, подобно великану, который огромным шагом переступает целый город. Видимый свет имеет длину волны такую, что может «врезаться» в атомный электрон лоб-в-лоб и вытолкнуть его из атома. В этом случае он ведет себя как частица или бильярдный шар, ударившийся о другой шар.
Чем меньше длина волны излучения, тем меньше в мире остается препятствий, которые волна может «обойти», а значит, хочешь-не хочешь, взаимодействовать придется. Рентгеновское и гамма-излучение настолько коротковолновые, что все в мире, даже крошечные электроны — серьезное препятствие для них, как забор для мухи. Правда, до «забора» в виде атомного электрона или ядра фотоны могут долго лететь через вещество.
Преобладающая часть атома — это пустота. Огромная равнина с редкими заборами: по одному на каждый гектар. Когда длина волны излучения меньше расстояния между электронами и ядром, фотон словно «протискивается» сквозь атом. Чем меньше при этом плотность вещества, тем меньше вероятность попадания волны/фотона в атом. По этому принципу работает рентгеновская диагностика: более плотные кости задерживают рентгеновские лучи сильнее. Но часть фотонов пролетает все тело и рисует знакомые снимки.
Коротковолновое излучение опасно не только из-за того, что проникает куда угодно, в том числе, в человеческие ткани. Дело в том, что частота излучения прямо пропорциональна его энергии. Эта связь выводится в квантовой теории. Энергией определяется количество взаимодействий с атомами вещества — сколько из них фотон может «испортить» или ионизировать на своем пути, пока обессиленный не упадет после столкновения с последним «забором».
Ионизация вещества означает его уничтожение. Рушатся атомы, затем молекулы, а вслед за ними и клетки. «Радиация» в знакомом смысле этого слова буквально сжигает тело изнутри. К тому же излучение может проникнуть внутрь клеток и повредить молекулы ДНК. В этом случае потомство облученного человека будет под угрозой мутаций.
Когда энергия излучения достигает той, что нарабатывается в ускорителях, фотоны, проникая в ткани тела, множатся в геометрической прогрессии. В электрическом поле ядра они превращаются в пары частиц электрон-позитрон, которые сразу же аннигилируют — исчезают, оставляя после себя пару фотонов. Энергии новорожденных фотонов хватает, чтобы снова создать электрон-позитронные пары. Начинается лавинообразный процесс.
Резюме
Свет, радиоволны, рентген, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение — одно и то же с точки зрения физики. Чем меньше длина волны, тем большая проникающая способность у волн/фотонов. Энергия излучения увеличивается с уменьшением длины волны, а значит, коротковолновое излучение вредит людям больше, чем длинноволновое. Способ взаимодействия излучения с веществом зависит от его энергии (длины волны и частоты). Чем больше энергия, тем разрушительнее для вещества процесс взаимодействия.
Проникающая способность радиоволн
Для здоровья человека наиболее опасны ионизирующие виды излучения. Проходя через ткань, ионизирующее излучение переносит энергию и ионизирует атомы в молекулах, которые играют важную биологическую роль. Поэтому облучение любыми видами ионизирующего излучения может так или иначе влиять на здоровье.
Высокая проникающая способность рентгеновского и гамма (ионизирующего) излучения объясняется очень малой длиной волны (меньше размера молекулы) и высокой энергией фотона.
Источниками не ионизирующего излучения являются: мобильные телефоны, радиопередающие антенны, радиотелефоны системы DECT, сетевые беспроводные устройства, Bluetooth-устройства, Wi-Fi и WiMAX, сканеры тела, бытовые электроприборы и многие другие устройства, без которых мы уже не представляем свою жизнь.
СВЧ-излучение (от 300 МГц до 300 ГГц (в радиолокации от 1 до 100 ГГц)) не является ионизирующей радиацией (то есть не выбивает электроны из атомов, и уж тем более не разбивает ядра элементов), и единственный эффект, который микроволны оказывают на человека — это обычное нагревание (за счет взаимодействия переменного электрического поля с дипольным моментом молекул воды), интенсивность которого зависит от мощности источника излучения и времени воздействия. Например, обычная микроволновая печь имеет небольшие размеры, малое расстояние до еды на разогрев которой требуется мощность магнетрона в 800 Вт. Излучаемая частота магнетронов для всех печей составляет ровно 2,45 ГГц (длина волны λ =122 мм). При этом волны проникают в подогреваемую еду не глубже чем на 2-3 см. Микроволны проникают во все материалы, за исключением металлов.
Радиолокационные датчики «Аркен» и «Аркен Кросс» работают на частоте v = 24 ГГц, длина волны λ = 12,5 мм, что меньше, чем у микроволновки, и поэтому проникающая способность выше, но расстояние до объектов значительно больше (3-76 метров) и мощность излучателя составляет
64 мВт, что ничтожно мало по сравнению с микроволновой печью.
Вредны ли радиолокационные датчики?
Это спекулятивная постановка вопроса. Автомобили тоже вредны. Но есть такая вещь, как нормативы, по которым регулируются их выхлопы — содержание СО, окиси азота и т.д. То же самое с любыми передатчиками. Есть нормы, установленные законом: при каком излучении могут работать в определенной зоне люди, при каком они могут там жить. В наш век мы не можем отказаться ни от автомобилей, ни от использования радиоволн — телевидения, радио, мобильной связи и т.д. Так что постановку вопроса следует изменить: могут ли гражданские лица оказаться в той зоне действия радиолокационного датчика, где мощность излучения выше, чем допустимая по санитарным нормам?
Проникающая способность радиоволн от частоты. Распространение радиоволн
Распространение радиоволн в пространстве имеет свои закономерности. Антенна передающей радиостанции излучает волны как вдоль земной поверхности, так и ввверх под некоторым углом к горизонту (рис. 31.14). Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности земли, называют поверхностными, а распространяющиеся под углом к горизонту пространственными. Степень поглощения радиоволн земной поверхностью в значительной степени зависит как от характера местности, так и от длины волны (рис. 31.15).
Связь с поверхностными волнами устойчива в любое время, так как их распространение не зависит от времени суток и времен года. Поверхностные волны хорошо огибают все препятствия, если их размеры меньше рабочей длины волны. Над водной поверхностью дальность радиосвязи поверхностной волной значительно возрастает. Эти волны больше поглощаются над лесами и с пустыней, чем над морем.
Рис. 31.14. Распространение волн различных типов
Рис. 31.15. Поглощение радиоволн различных диапазонов при распространении вдоль поверхности земли
Поглощение этих радиоволн увеличивается по мере уменьшения длины волны. Другими словами, чем короче волна, тем больше поглощается ее энергия. Поэтому связь на КВ и УКВ-диапазонах может осуществляться с помощью поверхностных волн в радиусе до 100 км. Встречающиеся на пути поверхностных радиоволн болота и леса способствуют их поглощению, особенно летом. Зимой прохождение поверхностных волн несколько улучшается. Для осуществления радиосвязи поверхностной радиоволной на большие расстояния используются передатчики повышенной мощности.
Пространственные радиоволны, благодаря отражению от верхних слоев атмосферы, называемых ионосферой, могут распространяться на очень большие расстояния при мощности передающей радиостанции в несколько единиц ватт. Вся атмосфера содержит заряженные электрические частицы: свободные электроны и ионы. В нижних слоях при большом давлении отрицательно заряженные частицы не могут долго существовать из-за того, что притягиваются положительными зарядами. На больших высотах, где атмосфера очень разряжена длительное существование таких «блуждающих» частиц возможно и их плотность здесь больше. Верхние слои атмосферы называют ионосферой («ион» блуждающий, идущий; «сфера» шар, оболочка). На некоторых высотах количество заряженных частиц достаточно велико, что оказывает влияние на распространение радиоволн, вызывая их отражение.
Ионизация атмосферы происходит под влиянием Солнца и космического излучения. Солнечное излучение является основным фактором, влияющим на ионизацию атмосферы, состояние которой зависит от времени суток и года. Атмосфера Земли это воздушная среда сложного состава, которая вращается вместе с ней (рис. 31.16).
Ионосфера представляет собой слой воздуха входящий в состав атмосферы. Этот слой расположен на высоте от 60 до 1000 км и состоит из нескольких ионизированных слоев, переходящих плавно один в другой. В дневные часы возникает четыре ионизированных слоя: D (высота 60…80 км), Е (100…120 км), F1 (180…200 км) и F2 (250…450 км) (рис. 31.17). С заходом Солнца ионизация атмосферы прекращается и начинается активный процесс рекомбинации. Наиболее активно этот процесс происходит в нижних слоях атмосферы. Слой D исчезает, а слой F1 уменьшается и сливается со слоем F2. Ночью, в результате произошедших процессов ионосфера состоит из двух слоев Е и F(F1+F2). Днем в ионосфере все процессы протекают в обратную сторону. Этим и объясняется неустойчивость приема пространственных радиоволн. За ионосферой ведутся постоянные наблюдения для составлений радиопрогноза, который позволил бы указать наиболее выгодные, частоты радиоприема на каждый месяц. Для связи пространственной волной наиболее подходят короткие волны. Устойчивый прием пространственных радиоволн возможен только при правильном выборе рабочей волны применительно к времени суток, года и расстояния до радиостанции.
ДВ — Длинные волны
СВ — Средние волны (не путаем с английским сокращением CB)
КВ — Короткие волны
УКВ — Ультракороткие волны
Каждый диапазон волн обладает различными свойствами, а так же преимуществами и недостатками.
Обратите внимание именно на длину волны, а не на частоту. Длина Вашей антенны в общем-то напрямую связана с длиной волны. Антенны, их виды и способы укорочения рассматриваются в другом разделе. В данный момент в гражданских видах связи чаще всего применяют антенны равные 1/4 длины волны, но бывают и другие, и 1/2 волны и 5/8 и так далее.
В характеристиках радиостанций обычно указывают частоту, её легко вычислить, поделив скорость света на длину волны. Совершив обратное действие, поделив скорость света на частоту, мы узнаем длину волны. Например для радиостанции Европа Плюс в Москве частота вещания равна 106,2МГц. Узнаем длину волны: 300 000 км/с делим на 106,2МГц и получаем длину волны 2,8 метра.
Если не очень поняли что такое длина волны и частота приведу простой пример. Вы же видели как маленькие дети идут со взрослым человеком с одной и той же скоростью. Радиоволны тоже летят с одинаковой скоростью, со скоростью света, вне зависимости от своих частот. А теперь обратите внимание на взрослого с ребёнком, у взрослого длина шага много больше чем у ребенка. Значит чтоб покрыть тоже расстояние что и взрослому, ребёнку надо шагать чаще. Значит выходит что чем короче шаг тем больше частота шагов, чем длинней шаг, тем частота шагов меньше. Точно так же и радиоволны, чем они длинней тем частота меньше, чем они короче, тем частота выше.
Нас в данном случае интересуют два диапазона волн.
Они хорошо отражаются от поверхности земли, от её ионосферы, а так же от предметов. Такая особенность этого диапазона позволяет связаться с корреспондентом в прямом смысле слова с противоположной стороны земного шара, сигнал просто бегает от земли к ионосфере и обратно. Всё это хорошо, если бы не не некоторые моменты. Как уже говорилось выше, длина антенны связана с длиной волны т.е. для этого диапазона нужны не маленькие антенны. Эти волны имеют низкую проникающую способность и любое серьёзное препятствие их останавливает. Сам диапазон подвержен влиянию атмосферных, промышленных и бытовых помех. Использование амплитудной модуляции не самым хорошим образом сказывается на качестве звука, он не очень хороший. Так же дальность связи с той самой точкой на противоположной стороне земного шара может очень сильно зависеть от состояния ионосферы.
Ультракороткие волны или УКВ, длина волны 10 метров и менее, вплоть до 0,1 миллиметра частота т. е. частота 30 МГц до 3ТГц.
Этот диапазон гораздо меньше подвержен помехам, имеет более высокое качество звука за счёт использования частотной модуляции. УКВ волны имеют хорошую проникающую способность и здания и сооружения для них зачастую не помеха. У них меньшая длина волны. Выходит мы имеем более короткие или очень короткие антенны и довольно высокое качество звука. Именно в УКВ диапазоне, используя частотную модуляцию, и вещают наши ФМ радиостанции (ЧМ по русски и FM по английски). Именно поэтому в примере расчёта длины и частоты радиоволн была взята одна из этих радиостанций. Теперь Вы знаете почему у них довольно высокое качество звука и мало помех. Так же вспомните мобильный телефон GSM, он работает на частотах 900 или 1800 МГц, а это всего лишь 33 или 16 сантиметров соответственно, теперь Вам уже понятно почему антенны мобильных телефонов маленькие или вообще могут быть упрятаны в мобильный телефон. Но без недостатков увы нельзя. Главный недостаток этих волн — они имеют высокую проникающую способность и практически не имеют возможности огибать препятствия. Не совсем понятно что это тут сказано, а всё гораздо проще — эти волны не могут обеспечивать связь на большом расстоянии. С земли, при всех благоприятных условиях можно будет связаться километров на 30-40 дальше помешает кривизна земли. Если же поднять антенну повыше, то дальность увеличится километров до 50-70, в особо удачных случаях до 90, но дальше увы и ах.
При всём при этом реальность радиосвязи будет далека от теории. Но теперь Вы, хотя бы примерно, представляете себе что такое радиоволны и как они себя ведут.
Главная > Реферат >Военная кафедра
Дальневосточное высшее военное командное училище
имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского
на тему: «Радиоволны процесс их образования и распространение»
По дисциплине: Управление и средства связи
мл. сержант _____________________ (подпись, дата) К. Поздеев
Подполковник ___________________ (подпись, дата) Н. Живаев
Руководитель курсовой задачи
Руководитель курсовой задачи
Разработки курсовой работы (задачи) по тактике
мл. сержанта Поздеева К.В. 3 курса 3 взвода 1 роты
Наименование основных мероприятий
Уяснение темы и содержание курсовой задачи
Составление календарного плана разработки курсовой задачи и утверждение его руководителем
Подбор литературы, тактических примеров и ознакомление с ними
Изучение руководящих документов, литературы и других материалов по теме
Уточнение структурного плана курсовой задачи и утверждение его руководителя
Разработка указанных в задании документов в черновом варианте:
Представление курсовой задачи руководителю на проверку
Устранение недостатков курсовой задачи после проверки руководителем
Оформление работы (задачи) и представление ее руководителю на отзыв
Разработка доклада и иллюстрационных материалов
Защита курсовой задачи
«__»________ 2010г. мл. сержант __________ Поздеев К.В.
Руководитель курсовой задачи
разработки курсовой работы (задачи) по тактике мл. сержанта
3 курса 3 взвода 1 роты
мл. сержант __________ Поздеев К.В.
(подпись, фамилия, инициалы)
Процесс образования радиоволн…………………………………………. 9
Распространения радиоволн различного диапазона ……………………..11
Распространение длинных и коротких волн………………………………12
Мириаметровые и километровые волны…………………………………..13
Зависимость распространения радиоволн КВ и УКВ диапазона от рельефа местности, времени года и погодных условий…. 16
Список используемой литературы………………………………………….26
Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.).
Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.
Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны (в метрах) рассчитывается по формуле: или примерно где ¦ – частота электромагнитного излучения в МГц.
частоте 1 МГц соответствует длина волны ок. 300 м. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением – догадайтесь сами. В дальнейшем мы убедимся, что знание длины волны очень важно при выборе антенны для радиосистемы, так как от нее напрямую зависит длина антенны. Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волны встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток. Но не вся энергия волны поглощается проводником, часть ее отражается от поверхности. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации. Еще одним полезным свойством электромагнитных волн (впрочем, как и всяких других волн) является их способность огибать тела на своем пути. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры тела меньше, чем длина волны, или сравнимы с ней. Например, чтобы обнаружить самолет, длина радиоволны локатора должна быть меньше его геометрических размеров (менее 10 м). Если же тело больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Но может и не отразить – вспомните американский самолет-невидимку «Stealth».
Энергия, которую несут электромагнитные волны, зависит от мощности генератора (излучателя) и расстояния до него. По научному это звучит так: поток энергии, приходящийся на единицу площади, прямо пропорционален мощности излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от мощности передатчика, но в гораздо большей степени от расстояния до него. Например, поток энергии электромагнитного излучения Солнца на поверхность Земли достигает 1 киловатта на квадратный метр, а поток энергии средневолновой вещательной радиостанции – всего тысячные и даже миллионные доли ватта на квадратный метр.
Распределение спектра
Радиоволны (радиочастоты), используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами (по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой. Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются. Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:
Наименование диапазона
(сокращенное наименование)
Очень низкие частоты (ОНЧ)
Средние частоты (СЧ)
Высокие частоты (ВЧ)
Очень высокие частоты (ОВЧ)
Ультра высокие частоты (УВЧ)
Сверхвысокие частоты (СВЧ)
Крайне высокие частоты (КВЧ)
Гипервысокие частоты (ГВЧ)
Из-за особенностей распространения в
основном применяется для дальней связи.
Гражданский диапазон, в котором могут
пользоваться связью частные лица. В
разных странах на этом участке выделено от
40 до 80 фиксированных частот (каналов).
Непонятно почему, но в русском языке не
нашлось термина, определяющего данный
диапазон.
Наиболее распространенный диапазон
подвижной наземной связи.
Диапазон подвижной наземной связи.
Иногда не выделяют этот участок в
отдельный диапазон, а говорят УКВ,
подразумевая полосу частот от 136 до
512 МГц.
806–825 и
851–870 МГц
Традиционный «американский» диапазон;
широко используется подвижной связью в
США. У нас не получил особого
распространения.
Не надо путать официальные наименования диапазонов частот с названиями участков, выделенных для различных служб. Стоит отметить, что основные мировые производители оборудования для подвижной наземной связи выпускают модели, рассчитанные на работу в пределах именно этих участков.
В дальнейшем мы будем говорить о свойствах радиоволн применительно к их использованию в наземной подвижной радиосвязи.
В системах передачи информации с помощью радиотехнических и радиоэлектронных приборов различают три звена: передающее устройство, среда, в которой распространяются радиоволны, и приемное устройство.
Понятно, что если радиоэлектронная система включает в свой состав тракт распространения, то безупречная и надежная работа системы в целом в значительной мере определяется также условиями распространения радиоволн на участке, разделяющем передающую и приемную антенны.
В процессе распространения волны подвергаются ослаблению и искажению. Кроме того, на приемную антенну воздействуют разного рода помехи как естественного, так и искусственного происхождения. Для обеспечения надежной передачи информации необходимо, чтобы поле сигнала, во-первых, в определенное число раз превышало уровень помех (в зависимости от условий работы канала связи и требований к надежности). Во-вторых, сигналы не должны подвергаться чрезмерным искажениям, неизбежно возникающим в процессе распространения. Искажения должны находиться в пределах допустимых норм.
Передача информации может нарушиться либо при значительном снижении уровня сигнала (который при этом уже не будет выделяться на фоне помех), либо при сильном искажении формы сигнала (его растягивании, дроблении и т. д.).
Свободно распространяющиеся радиоволны находят в современной технике обширные и многообразные применения, а именно: в системах связи, в радиолокационных устройствах, телеметрии, системах управления, в радионавигации и во многих других случаях. Их основное преимущество заключается в том, что когда связь устанавливается между фиксированными (наземными) пунктами, то нет необходимости сооружать между ними, соединительную или направляющую систему. Радиоволны являются единственным и естественным средством осуществления связи с передвигающимися объектами (автомобилями, кораблями, самолетами, космическими кораблями).
1. Процесс образования радиоволн.
Радиоволнами условно называют электромагнитные волны в диапазоне от 100000 м до примерно 0,1 мм, что, применяя известное соотношение между длиной волны и частотой соответствует интервалу частот от 3000 гц до 3 10 12 гц.
Используемые в технике связи волны принято подразделять по десятичному признаку на диапазоны: сверхдлинных волн (СДВ) от 10 5 до 10 4 м, длинных волн (ДВ) от 10 4 до 10 3 м, средних волн (СВ) от 10 3 до 100 м, коротких волн (КВ) от 100 до 10 м, метровых волн (МВ) от 10 до 1 м, дециметровых волн (ДМВ) от 1 до 0,1 м, сантиметровых волн (СМВ) от 10 до 1 см, миллиметровых волн (ММВ) от 1 см до 1 мм и субмиллиметровых волн (СММВ) от 1 до 0,1 мм. Волны короче 0,1 мм относят к диапазону оптических волн.
Диапазоны МВ, ДМВ и СМВ часто называют ультракороткими волнами. Сверхвысокими частотами называют частоты диапазонов ДМВ и СМВ.
Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве составляет 3 10 8 м/с.
С явлением интерференции радиоволн связаны замирания сигнала, а также появление повторных контуров на телевизионном изображении.
Радиоволны принято также классифицировать по способу распространения в свободном пространстве и вокруг земного шара.
Волны, распространяющиеся в свободном пространстве (космосе) от одного космического объекта к другому, носят название прямых или свободно распространяющихся. К этой же категории можно в некоторых случаях отнести волны, распространяющиеся между наземной станцией и космическим объектом, а именно в те случаях, когда влиянием относительно тонкого слоя атмосферы можно пренебречь. 2
Радиосвязь может осуществляться с помощью поверхностных и пространственных радиоволн.
Волны, распространяющиеся вдоль сферической поверхности Земли и частично огибающие ее вследствие явления дифракции, получили название земных или поверхностных. Способность волн огибать встречаемые препятствия и дифрагировать вокруг них, определяется соотношением между длиной волны и размерами препятствий. Чем ниже частота сигнала, тем больше дальность распространения поверхностной волны. Чем короче волны, тем слабее проявляется дифракция. По этой причине УКВ очень слабо дифрагирует вокруг поверхности земного шара и дальность их распространения в первом приближении определяется расстоянием прямой видимости.
Ультракороткие волны, распространяющиеся за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы на расстояние до 1000 км, получили название тропосферных.
Наконец, волны длиннее 10 м, распространяющиеся вокруг земного шара на сколь угодно большие расстояния за счет однократного и многократного отражения от ионосферы (т. е. ионизированной оболочки атмосферы), называются ионосферными или пространственными.
2. распространения радиоволн различного диапазона
Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.
Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота). Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну.
Передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров, причем уровень сигнала уменьшается плавно, без скачков. Средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров. Что же касается коротких волн, то их энергия резко убывает по мере удаления от передатчика. Этим объясняется тот факт, что на заре развития радио для связи в основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны короче 100 метров вообще считались непригодными для дальней связи.
Однако дальнейшие исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.
Еще в 1902 английский математик Оливер Хевисайд (Oliver Heaviside) и американский инженер-электрик Артур Эдвин Кеннелли (Arthur Edwin Kennelly) практически одновременно предсказали, что над Землей существует ионизированный слой воздуха – естественное зеркало, отражающее электромагнитные волны. Этот слой был назван ионосферой. Ионосфера Земли должна была позволить увеличить дальность распространения радиоволн на расстояния, превышающие прямую видимость. Экспериментально это предположение было доказано в 1923. Радиочастотные импульсы передавались вертикально вверх и принимались вернувшиеся сигналы. Измерения времени между посылкой и приемом импульсов позволили определить высоту и количество слоев отражения.
Радиоволны УКВ диапазона по свойствам в большей степени напоминают световые лучи. Они практически не отражаются от ионосферы, очень незначительно огибают земную поверхность и распространяются в пределах прямой видимости. Поэтому дальность действия ультракоротких волн невелика. Но в этом есть определенное преимущество для радиосвязи. Поскольку в диапазоне УКВ
волны распространяются в пределах прямой видимости, то можно располагать радиостанции на расстоянии 150–200 км друг от друга без взаимного влияния. А это позволяет многократно использовать одну и ту же частоту соседним станциям.
Свойства радиоволн диапазонов ДЦВ и 800 МГц еще более близки к световым лучам и потому обладают еще одним интересным и важным свойством. Вспомним, как устроен фонарик. Свет от лампочки, расположенной в фокусе рефлектора, собирается в узкий пучок лучей, который можно послать в любом направлении. Примерно то же самое можно проделать и с высокочастотными радиоволнами. Можно их собирать зеркалами-антеннами и посылать узкими пучками. Для низкочастотных волн такую антенну построить невозможно, так как слишком велики были бы ее размеры (диаметр зеркала должен быть намного больше, чем длина волны). Возможность направленного излучения волн позволяет повысить эффективность системы связи.
Связано это с тем, что узкий луч обеспечивает меньшее рассеивание энергии в побочных направлениях, что позволяет применять менее мощные передатчики для достижения заданной дальности связи. Направленное излучение создает меньше помех другим системам связи, находящихся не в створе луча.
При приеме радиоволн также могут использоваться достоинства направленного излучения. Например, многие знакомы с параболическими спутниковыми антеннами, фокусирующими излучение спутникового передатчика в точку, где установлен приемный датчик. Применение направленных приемных антенн в радиоастрономии позволило сделать множество фундаментальных научных открытий. Возможность фокусирования высокочастотных радиоволн обеспечила их широкое применение в радиолокации, радиорелейной связи, спутниковом вещании, беспроводной передаче данных и т.п.
Необходимо отметить, что с уменьшением длины волны возрастает их затухание и поглощение в атмосфере. В частности на распространение волн короче 1 см начинают влиять такие явления как туман, дождь, облака, которые могут стать серьезной помехой, сильно ограничивающей дальность связи.
Мы выяснили, что волны радиодиапазона обладают различными свойствами распространения, и каждый участок этого диапазона применяется там, где лучше всего могут быть использованы его преимущества.
Мириаметровые и километровые волны
При связи на декаметровых волнах возможно появление «зоны молчания» в виде кольцевой области, которая заключена между радиусом действия поверхностной волны и расстоянием, на котором появляется отраженная от ионосферы пространственная волна. Качество дальней связи на верхнем уровне диапазона частот может ухудшаться также из-за того, что в точку приема кроме основного сигнала приходит с большим временным сдвигом (до 0,1 с) второй сигнал, прошедший более длинный путь по дуге большого круга (кругосветное эхо).
На метровых волнах благодаря незначительной дифракции дальность приема может быть несколько больше, чем дальность прямой видимости, однако в зоне дифракции (зона полутени и тени) напряженность поля убывает очень быстро, прием телевизионных передач становится нестабильным и неустойчивым. На метровых волнах наблюдаются отдельные случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач вследствие рассеяния радиоволн на неоднородностях атмосферы и отражения радиоволн от областей ионосферы с повышенной ионизацией.
На дециметровых волнах дифракция практически отсутствует, и дальность приема не превышает дальности прямой видимости. Случаи дальнего и сверхдальнего приема телевизионных передач на дециметровых волнах связывают с образованием атмосферных волноводов над тропическими морями при аномальном состоянии атмосферы (суперрефракция).
Дальность распространения метровых и дециметровых волн практически не зависит от метеоусловий.
Сантиметровые и миллиметровые волны также распространяются в пределах прямой видимости, однако дальность их распространения существенно зависит от метеоусловий. Поглощение сантиметровых волн во влажном воздухе составляет 0,01 дБ/км, на частоте 24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в водяном паре (0,2 дБ/км), на частоте 60 ГГц в кислороде (13 дБ/км). Поглощение и рассеяние происходит во время дождя от 0,1 до 10 дБ/км в зависимости от интенсивности дождя.
Микроволновые диапазоны используются для профессиональной и любительской связи, радиолокации, передачи телевизионных программ и УКВ-ЧМ вещания. В этих диапазонах работают спутниковые системы связи и радиорелейные линии. 3
3. Зависимость распространения радиоволн КВ и УКВ диапозона от рельефа местности, времени года и погодных условий.
Радиоволны КВ так же, как и свет, распространяются прямолинейно. Но они могут преодолевать многие тысячи километров, огибая земной шар громадными скачками от нескольких сотен до 3000 км и более, отражаясь попеременно от слоя ионизированного газа и от поверхности Земли или от воды.
Ещё в 20-х годах нашего столетия считалось, что радиоволны короче 200 м вообще не пригодны для дальней связи из-за сильного поглощения. И, вот когда были проведены первые эксперименты по дальнему приёму коротких волн через Атлантику между Европой и Америкой, английский физик Оливер Хэвисайд и американский инженер-электрик Артур Кеннели независимо друг от друга предположили, что где-то вокруг Земли существует ионизированный слой атмосферы, способный отражать радиоволны. Этот слой получил название Хэвисайда-Кеннели, или ионосферы.
Электроны распределены в ионосфере неравномерно. На высоте от 50 до 400 км имеется несколько слоёв или областей повышенной концентрации электронов. Эти области плавно переходят одна в другую и по-разному влияют на распространение радиоволн КВ диапазона.
А вот подходящие условия для выхода волны из этого волновода обычно образуются в месте приёма при восходе или заходе Солнца. Обычно это даёт возможность принимать станции, расположенные на противоположный точке земного шара. Это явление наиболее явно выражено на низкочастотных КВ диапазонах. Продолжительность такого приёма в диапазоне 75 м может быть около часа. При переходе на более коротковолновые диапазоны это время сокращается.
Влияние, оказываемое на распространение радиоволн формой земной поверхности, понятно из предыдущего. Ведь мы имеем здесь, в сущности, разнообразные проявления дифракции идущих от излучателя волн (§ 41),- как на земном шаре в целом, так и на отдельных особенностях рельефа. Мы знаем, что дифракция сильно зависит от соотношения между длиной волны и размерами тела, находящегося на пути волны. Неудивительно поэтому, что кривизна земной поверхности и ее рельеф по-разному сказываются на распространении волн различной длины.
Так, например, горная цепь отбрасывает «радиотень» в случае коротких волн, в то время как достаточно длинные (в несколько километров) волны хорошо огибают это препятствие и на горном склоне, противоположном радиостанции, ослабляются незначительно (рис. 147).
Мы уже отметили, что распространение радиоволн на очень большие расстояния нельзя объяснить дифракцией вокруг земного шара. Между тем дальняя радиосвязь (на несколько тысяч километров) была осуществлена уже в первые годы после изобретения радио. В настоящее время каждый радиолюбитель знает, что длинноволновые (X больше 1 км) и средневолновые (l от 100 м до 1 км) станции зимними ночами слышны на расстоянии многих тысяч километров, в то время как днем, особенно в летние месяцы, эти же станции слышны на расстоянии всего в несколько сот километров. В диапазоне коротких волн (l от 10 до 100 м) положение иное. Здесь в любое время суток и любое время года можно найти такие длины волн, на которых надежно перекрываются любые расстояния. Для обеспечения круглосуточной связи при этом приходится в разное время суток работать на волнах различной длины. Зависимость дальности распространения радиоволн от времени года и суток заставила связать условия распространения радиоволн на Земле с влиянием Солнца. Эта связь в настоящее время хорошо изучена и объяснена.
Солнце испускает наряду с видимым светом сильное ультрафиолетовое излучение и большое количество быстрых заряженных частиц, которые, попадая в земную атмосферу, сильно ионизуют ее верхние области. В результат® образуется несколько слоев ионизованных газов, расположенных на различных высотах (100 км, 200-300 км).
Заключение
В системах оптической и лазерной связи применяются частоты четырнадцатого и пятнадцатого диапазонов (до 10 15 Гц).
Диапазон мириаметровых волн (3- 30 кГц) используется, как правило, для радиосвязи под водой, диапазоны километровых (30-300 кГц) и гектометровых (300- 3000 кГц) волн применяются в звуковом радиовещании и международной спасательной службе. На декаметровых волнах (коротковолновый диапазон 3-30 МГц) работают системы дальнего звукового радиовещания, дальней радиотелефонной и телеграфной радиосвязи.
Современные системы радиосвязи, предназначенные для передачи многоканальных телефонных сообщений, телевидения, передачи данных со скоростями до десятков мегабит в секунду, работают в метровом (30-300 МГц), дециметровом (300-3000 МГц) и сантиметровом (3-30 ГГц) диапазонах волн.
Общий вывод заключается в том, что надежность работы радиоэлектронной системы, составной частью которой является тракт распространения радиоволн, в полной мере определяется также надежностью прохождения волн по тракту. Именно в этом и заключается роль процессов распространения в современной радиоэлектронике.
Список используемой литературы:
Наставление по связи соединений и частей СВ,М. ВИ-2006.
Радио и радиолокационная техника и их применение. Воениздат- 1960г
Чернышев В.П., Шейман Д.И. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства.- М.: Радио и связь, 1989. – 234 с.
Дубровский В.А., Гордеев В.А. Радиотехника и антенны. М.:Радио и связь, 1992. – 236 с.
Справочная книга радиолюбителя. /Под ред. Н. И. Чистякова. – М. : Радио и связь, 1990.
Справочник по радиоэлектронным системам. / Под ред. Б. Х. Кривицкого. – М. : Энергия, 1979.
Распространение коротких и ультракоротких волн
Распространение длинных и коротких волн
распределения спектра между различными службами
Поглощение радиоволн, вызываемое дождем, на трассе длиной 1 км
Изучение распространения радиоволн на уроках физики в СОШ
Основные понятия по передаче информации
3.2.1. Основные свойства радиоволн
Радиоволны представляют собой переменные связанные электрические и магнитные поля. Электромагнитное поле описывается уравнениями Максвелла, который обосновал гипотезу о том, что переменное электрическое поле возбуждает в окружающем пространстве переменное магнитное поле и наоборот. Основные свойства электромагнитного поля:
1. В однородном пространстве радиоволны распространяются прямолинейно, скорость распространения волн в воздушном пространстве равна 300.000 км\с.
2. Распространение волн в проводящей среде (земле, воде, ионизированном газе) сопровождается поглощением энергии.
Концентрация ионов и электронов в ионосфере на разных высотах различна, можно выделить несколько слоев с повышенной концентрацией ионов:
слой Е на высоте 120…150 км с концентрацией до 10 11 /м 3 днеми до 10 10 / м 3 ночью;
слой F на высоте 180. 400 км с концентрацией до10 12 /м 3 днем и до 10 11 /м 3 ночью.
При распространении радиоволн между земной поверхностью и ионосферой происходит потеря их энергии из-за взаимодействия электромагнитного поля со свободными носителями зарядов. Потери энергии радиоволны зависят от длины волны (частоты).
При распространении радиоволн необходимо отдельно рассматривать радиоволны, распространяющиеся вдоль земной поверхности (поверхностные или земные) и радиоволны, попадающие в ионосферу и отражающиеся от нее (пространственные или ионосферные).
Потери земных волн за счет частичного проникновения в землю тем больше, чем меньше длина волны, т.е. чем больше частота.
Потери пространственных волн тем больше, чем больше длина волны, т.е. чем меньше частота.
3.2.2. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов
В зависимости от условий распространения радиоволны делятся на диапазоны:
диапазон длина волны частота
сверхдлинные (СДВ) >10000 м 30 МГц
метровые 10. 1 м 30. 300 МГц ОВЧ (VHF)
дециметровые 100. 10 см 300. 3000 МГц УВЧ (UHF)
сантиметровые 10. 1 см 3. 30 ГГц СВЧ (SHF)
миллиметровые 10. 1 мм 30. 300 ГГц КВЧ (EHF)
Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек), расположенные в диапазоне частот от от 3 кГц до 300 ГГц, используются в радиотехнике.
2. Что собой представляют радиоволны физически?
3. Как возбуждаются радиоволны?
Каждый движущийся электрон в генераторе вырабатывает переменное электромагнитное поле, вызывая простую радиоволну постоянной частоты и напряжения, которая от антенны распространяется во все стороны.
4. Как распространяются радиоволны?
Прямолинейное распространение в однородной среде, т.е. среде, свойства которой во всех точках одинаковы.
Земная поверхность оказывает существенное влияние на распространение радиоволн:
В полупроводящей поверхности Земли радиоволны поглощаются;
При падении на земную поверхность они отражаются;
Сферическая форма земной поверхности препятствует прямолинейному распространению радиоволн.
Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и, вследствие дифракции, частично огибающие выпуклость земного шара, называются поверхностными волнами. Распространение поверхностных волн сильно зависит от свойств земной поверхности
Радиоволны, распространяющиеся на большой высоте в атмосфере и возвращающиеся на землю вследствие отражения от атмосферных неоднородностей, называются пространственными волнами.
5. Как воздействуют радиоволны на облучаемый физический объект?
Проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике (антенне) колебательные движения электронов и соответствующий ей переменный ток, но часть энергии может отразиться.
6. Какие радиоволны называют отраженными?
Радиоволны, которые отразились от объектов, размеры которых превышают длину волны радиоволны, диэлектриков и слоев атмосферы, проводников.
7. Что такое поляризация радиоволны?
а) Поляризация радиоволн определяется ориентировкой вектора напряженности электрического поля радиоволны в пространстве, причем направление вектора определяет направление поляризации Поляризация радиоволны.
Б) Характеристика радиоволны, определяющая направление вектора напряженности электрического поля
8. Что такое вертикальная поляризация радиоволны?
Вертикально поляризованная волна – это электромагнитная волна, вектор электрического поля которой направлен перпендикулярно относительно проводящей поверхности, над которой она распространяется.
9. Что такое горизонтальная поляризация радиоволны?
Горизонтально поляризованная волна – это электромагнитная волна, вектор электрического поля которой направлен параллельно относительно проводящей поверхности, над которой она распространяется.
10. Что такое вращающаяся поляризация радиоволны?
Вращающаяся поляризация – при этом типе поляризации векторы электрического и магнитного поля вращаются в плоскости распространения радиоволны. Вращение их происходит по синусоидальному закону с угловой скоростью вращения равной угловой частоте (т.е. вращение происходит с частотой сигнала). Вращающейся поляризацией могут обладать волны с круговой и эллиптической поляризацией.
11. Что называют амплитудой радиоволны?
12. Как зависит амплитуда радиоволны от дальности распространения?
Интенсивность электромагнитной волны обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Интенсивность гармонической электромагнитной волны прямо пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля.
13. Как изменяется путь, проходимый радиоволной?
На проходимый путь радиоволны влияет множество факторов:
Отражение и преломление при переходе из одной среды в другую. Угол падения равен углу отражения.
Дифракция. Встречая на своем пути непрозрачное тело, радиоволны огибают его. Дифракция проявляется в разной мере в зависимости от соотношения геометрических размеров препятствия и длины волны.
Рефракция. В неоднородных средах, свойства которых плавно изменяются от точки к точке, радиоволны распространяются по криволинейным траекториям. Чем резче изменяются свойства среды, тем больше кривизна траектории.
Полное внутреннее отражение. Если при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную, угол падения превышает некоторые критические значения, то луч во вторую среду не проникает и полностью отражается от границы раздела сред. Критический угол падения называют углом полного внутреннего отражения.
Интерференция. Это явление наблюдается при сложении в пространстве нескольких волн. В различных точках пространства получается увеличение или уменьшение амплитуды результирующей волны в зависимости от соотношения фаз складывающихся волн.