1.3. Диапазоны радиоволн

Как было отмечено в § 1 1, радиоволнами считаются и при­ меняются в технике радиосвязи электромагнитные волны с любы­ ми частотами очень широкого диапазона. Для радиоволн в терми­ нологии, принятой на международной основе, установлена лишь верхняя граница частоты, отделяющая их от инфракрасных свето­ вых излучений: 3*1012 Гц.

В конкретных системах и устройствах связи в зависимости от их назначения применяются лишь ограниченные участки диапазо­ на радиоволн. Это необходимо по ряду причин, в числе которых, как наиболее важные, должны быть отмечены следующие:

1.Открытое распространение радиоволн от многих источни­ ков в общем пространстве приводит к их наложению друг на друга

ив результате в пункт приема приходит сложная смесь радиоволн. Для выделения волн от требуемого корреспондента необходимо, чтобы приходящие от него волны существенно отличались от волн посторонних источников. Основным признаком, позволяющим вы­ делить посредством не очень сложных технических средств нуж­ ные радиосигналы, служат частота и соответствующая длина волн.

Частотное разделение систем и устройств радиосвязи - пер­ вый и один из главных путей обеспечения многим корреспонден­ там возможности пользования радиосвязью без взаимных помех. Речь идет об обеспечении электромагнитной совместимости

радиосредств, и частотное разделение - один из главных путей решения этой задачи.

2.Условия прохождения радиоволн в широком диапазоне радиочастот над поверхностью Земли и через атмосферу в разных географических регионах, в разное время года и суток очень раз­ личны. Поэтому для конкретных линий радиосвязи различного на­ значения и разной дальности приходится выбирать такие участки диапазона, в которых эти условия именно для них наиболее бла­ гоприятны.

3.Приходится учитывать, что системы радиосвязи разного назначения требуют для передачи информации в диапазоне ра­ диочастот выделения им участков этого диапазона (полос радио­ частот) очень сильно различающейся ширины. Это объясняется, прежде всего, неодинаковой шириной частотных спектров элек­ трических сигналов, переносящих сообщения разного характера. Так, например, спектры передаваемых телеграфных сигналов мо­ гут иметь ширину в десятки и сотни герц; спектры речи и музыки имеют ширину порядка нескольких килогерц; спектры сигналов те­ левизионного изображения в тысячи раз шире.

4. Радиоволны могут распространяться далеко за пределы использующей их страны. Чтобы обеспечить всем странам воз­ можность применять радиосвязь без взаимных помех, диапазон радиочастот разделяется не только с учетом упомянутых выше факторов, но и между различными странами, а также между раз­ личными ведомствами.

По перечисленным, а также и по другим подобным сообра­ жениям удобно и даже необходимо иметь четкую классификацию радиоволн, которая служит основой для их распределения, между различными службами и потребителями. Такая классификация принята на международной основе и предусматривает разделение полного диапазона радиочастот и волн на девять частичных диа­ пазонов с номерами от 4 до 12. Ввиду очень широких пределов количественных значений радиочастот, при указании границ от­ дельных диапазонов применяются префиксы и сокращенные обо­ значения, характеризующие порядок их количественных значений: кило (к) - 103 мега (М) - 106 гига (Г) —109 и тера (Т) - 1012

Приняты и применяются следующие пределы и условные обозначения диапазонов:

№ 4 - мириаметровые волны и очень низкие частоты (ОНЧ)

-от 3 до 30 кГц;

№5 - километровые волны и низкие частоты (НЧ) - от 30 до 300 кГц;

№6 - гектометровые волны и средние частоты (СЧ) - от 300 до 3000 кГц;

№7 - декаметровые волны и высокие частоты (ВЧ) - от 3 до 30 МГц;

№8 - метровые волны и очень высокие частоты (ОВЧ) - от 30 до 300 МГц;

№ 9 - дециметровые волны и ультравысокие частоты (УВЧ)

-от 300 до 3000 МГц;

№10 - сантиметровые волны и сверхвысокие частоты (СВЧ)

-от 3 до 30 ГГц;

№11 - миллиметровые волны и крайне высокие частоты (КВЧ) - от 30 до 300 ГГц,

№12 - децимиллиметровые волны к гипервысокие частоты (ГВЧ) - от 300 до 3000 ГГц (иначе - до 3 ТГц).

В радиоаппаратуре для получения и выделения колебаний радиочастоты с первых лет XX века применялись преимуществен­ но резонансные цепи из индуктивных катушек и конденсаторов,

апо мере освоения диапазонов № 9-12 для тех же целей потре­ бовались иные конструкции: преимущественно в виде коротких отрезков проводных линий, металлических полосок, коробчатых

объемных резонаторов и волноводов. Чтобы отметить особенность этих диапазонов, они часто объединяются термином “микроволны" Соответственно применяются термины “микроволновые радиосис­ темы” “микроволновая аппаратура" и т.п.

1.4. Каналы радиосвязи

Каналом связи в общем случае называется совокупность технических средств и физической среды, в которой сигналы, ото­ бражающие передаваемую информацию, распространяются от ее источника к ее получателю. Каналы связи могут различаться в за­ висимости от формы передаваемой информации; например, они могут быть телеграфными, телефонными, телевизионными и др.

Поскольку в случае канала радиосвязи средой распростра­ нения служит открытое пространство, структурная схема канала связи этого вида показана на рис.1.9. Здесь 1 - источник сообще­ ния, 2 - преобразователь сообщения в сигнал и цепи связи этого преобразователя с радиооборудованием, 3 - радиопередающее устройство, 4 - пространство распространения радиоволн, 5 - ра­ диоприемное устройство, 6 - цепи связи радиоприемного устрой­ ства с последующими цепями и устройствами и преобразователь сигнала в сообщение, 7 - получатель сообщения.

Между источником 1 и получателем 7 последовательность участков типа 2-6 может быть как однократной, так и повторяю­ щейся в аналогичном или разном исполнении. Многократное по­ следовательное повторение подобных участков имеет место, на­ пример, в каналах радиорелейной связи.

В составе цепей связи в звеньях 2 и 6 могут содержаться проводные или кабельные соединительные линии, усилители и преобразователи сигналов, группирователи сигналов от разных источников и разделители их для разных получателей, коммутато­ ры, интерфейсы и различные другие устройства.

Как в линии связи вообще (например в кабельной телефонной связи), так и в линии радиосвязи обычно образуются параллельные каналы с описанной структурой для прямого и обратного направле­ ний. В конечных пунктах линий совмещаются преобразователи сооб­ щений в сигналы и преобразователи сигналов в сообщения.

2.ЭТАПЫ ИСТОРИИ РАДИОСВЯЗИ

2.1.Начало формирования научных основ

Беспроводная связь зародилась за тысячелетия до открытий и изобретений, ставших основой радио; это была связь акустиче­ ская и оптическая. В XIX век Европа вступила, имея сеть линий семафорного оптического телеграфа. На возвышенных местах бы­ ли сооружены башни и от одной к другой по цепи станций специ­ альным кодом на большие расстояния передавались важные и срочные сообщения военного, политического или хозяйственного содержания. По скорости доставки депеш этот телеграф много­ кратно превосходил курьерскую почту.

Открытия и изобретения физиков в последние годы XVIII в. и особенно в первой половине XIX в. привели к созданию и быст­ рому внедрению в жизнь проводной электросвязи: вначале теле­ графа, а затем и телефона. Эти достижения науки и техники по­ ложили начало настойчивым поискам путей к осуществлению электросвязи без проводов. На рубеже XIX и XX столетий поиски увенчались успехом, был создан и начал быстро развиваться ра­ диотелеграф. Подготовившие его изобретение работы электро­ физиков прошлого века можно рассматривать как предысторию радио. В XX веке радио стало самым ярким достижением челове­ ческого разума. Сто лет, истекшие со времени осуществления и начала развития радиотелеграфа, отмечалось во всем мире, на рубеже третьего тысячелетия нашей эры, как дата большой важ­ ности во всей истории цивилизации.

Создание радио обычно связывается с успешным практиче­ ским применением радиоволн в регистрации дальних атмосфер­ ных грозовых разрядов, осуществленным А.С. Поповым в России в 1895 г и последовавшим затем началом быстрого развития ис­ крового радиотелеграфа. Но радио в широком смысле этого поня­ тия, как применение радиоволн для любых целей, включая науч­ ное познание мира, зародилось значительно раньше.

По-видимому, первым, кто обнаружил распространение электрических процессов в атмосфере, иных и менее заметных, чем прямой удар молнии, и указал на реальную возможность на­ блюдения этого явления, был Луиджи Гальвани. В итоге опытов, проводившихся им с 1771 г было установлено, что искровые раз­ ряды в электрофорной машине могут действовать на небольшом расстоянии на мышцу препарированной лягушки, вызывая ее

вздрагивание, если во время разряда к ней прикасается металли­ ческий предмет. В еще более интересном опыте мышца лягушки была соединена с проводом, поднятым на крышу дома, а нерв - с проводом, опущенным в колодезь. Если в окрестностях происхо­ дили грозовые разряды, лапка лягушки вздрагивала, В соответст­ вии с современной радиотехнической терминологией два провода, примененные Гальвани в этих экспериментах, с достаточным ос­ нованием могут быть названы первой антенной и заземлением, поскольку существовавший ранее и сходный по устройству громо­ отвод имел существенно иное назначение.

Лягушечья лапка, использованная в опытах Гальвани, может с достаточным основанием считаться первым приемником радио­ сигналов естественного происхождения. Знаменательно, что впо­ следствии эксперименты с аналогичным “физиологическим радио­ приемником" проводились на протяжении всего XIX в. рядом ис­ следователей и изобретателей.

В 1791 г том самом году, когда Гальвани опубликовал ма­ териалы своих наблюдений и открытий, в Англии родился будущий великий физик Майкл Фарадей. В числе множества исследований и открытий, связанных с его именем, одним из самых важных ре­ зультатов было открытие в 1831 г связи электрических и магнит­ ных явлений, электромагнитной индукции. Более того, Фарадей был ближе всех ученых на Земле к доказательству наличия и к раскрытию свойств электромагнитных волн.

В 30-е годы XX столетия в архиве Британского Королевского общества - академии наук Англии было обнаружено нераспеча­ танное письмо, написанное на 100 лет ранее. Оно заслуживает быть сохраненным и отмеченным в истории науки и техники. Авто­ ром был Фарадей. Письмо имело заглавие: «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в запечатанном конвер­ те в архивах Королевского общества». Дата письма - 12 марта 1832 г Фарадей писал, что результаты исследований привели его к заключению, что на распространение магнитного воздействия требуется время, и что электрическая индукция распространяется точно таким же образом. При этом распространение похоже на ко­ лебания взволнованной водной поверхности или на звуковые ко­ лебания частиц воздуха.

По аналогии Фарадей считал возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции.

В письме указывалось, что эти воззрения Фарадей намерен проверить экспериментально, но, будучи очень занят исполнением служебных обязанностей, он передает свое письмо на хранение Королевскому обществу с целью закрепить за собой открытие оп­