2 Диапазоны используемых частот
2.1 Основные положения теории электромагнитного поля
В современной радиотехнике используют практически весь спектр электромагнитных колебаний, расположенных в частотном диапазоне (frequency range) 10 ... lO13 Гц. Электромагнитные колебания с такими частотами называют радиоволнами (волнами). Учитывая некоторые особенности отдельных участков частотного спектра, его условно можно разделить на диапазоны, внутри которых волны обладают некими общими свойствами, отличающими их от характеристик соседних и тем более далеких диапазонов. Разумеется, такое деление условно и резких границ между соседними диапазонами нет: особенности одного диапазона плавно трансформируются в особенности соседнего.
Бурный рост систем и видов связи, использующих для передачи информации электромагнитные волны, приводит к проблеме ЭМС радиосистем. Решением данной проблемы является выделение каждой системе связи определенной полосы частот, так называемый диапазон частот.
Деление радиоволн на диапазоны установлено Международным регламентом радиосвязи. Международная классификация диапазонов волн и соответствующих им диапазонов частот приведена в табл. 2.1. Эта классификация основана на особенностях распространения радиоволн в канале связи (свободном пространстве, ионосфере, оптическом волокне, морской воде, земной коре и т. д.).
Радиоспектр разделяется на диапазоны, которые различаются характеристиками распространения:
• Диапазон очень низких частот (ОНЧ) используется для связи с подводными лодками, поскольку только ОНЧ-сигналы распространяются под водой на глубине в несколько метров;
• Низкочастотный диапазон (НЧ) используется для ближней связи, т.к. радиус действия НЧ-сигналов незначителен;
• Высокочастотный диапазон (ВЧ) - сигнальы в этом диапазоне распространяются на очень большие расстояния за счет многократного отражения радиоволн от ионосферы и поверхности Земли;
Таблица 2.1 Классификация диапазонов радиоволн (частот)
Наименование |
Диапазон |
Область применения |
||
волн |
частот |
|||
Декамегаметровые (крайне- низкие частоты - КНЧ; ELF) |
105...104 км |
3 ...30 Гц |
Подводная и служебная связь, звукозапись, звуковоспроизведение |
|
Мегаметровые (сверхнизкие частоты - СНЧ; SLF) |
104...103 км |
30 ...300 Гц |
Подводная и служебная связь, звукозапись, звуковоспроизведение |
|
Гектокилометровые (инфра- низкие частоты - ИНЧ; ULF) |
103...102 км |
300...3 000 Гц |
Подводная и служебная связь, звукозапись, звуковоспроизведение |
|
Мириаметровые (очень низкие частоты - ОНЧ; VLF) |
100... 10 км |
3 ... 30 кГц |
Дальняя радионавигация, подводная, подземная и служебная связь |
|
Километровые (низкие частоты - НЧ; LF) |
10... 1 км |
30 ... 300 кГц |
Радиовещание, радионавигация, радиомаяки |
|
Гектометровые(средние частоты - СЧ; MF) |
1000...100М |
300...3000 кГц |
Радиовещание, радионавигация, радиомаяки |
|
Декаметровые (высокие частоты - ВЧ; HF) |
100...10 м |
3 ... 30 МГц |
Радиовещание, подвижная связь, радиотелеграфия, загоризонтная связь(локация) |
|
Метровые (очень высокие частоты - ОВЧ; VHF) |
10... 1 м |
30 ... 300 МГц |
Радио- и телевещание, подвижная и самолетная связь, радиолокация, радиоастрономия |
|
Дециметровые (ультравысокие частоты-УВЧ; UHF); L-, S-диапазоны |
100...10 см |
300 ... 3 000 МГц |
Телевещание, локация, радиовысотомеры, сотовая, радиорелейная и космическая радиосвязь |
|
Сантиметровые (сверхвысокие частоты-CB4;SHF); С-, Х-, К-диапазоны |
10... 1 см |
3... 30 ГГц |
Радиолокация, радионавигация, космическая связь, телевещание, радиоастрономия |
|
Миллиметровые (крайне- высокие частоты - КВЧ; EHF) |
10... 1 мм |
30 ... 300 ГГц |
Радиолокация, космическая связь, радиоастрономия |
|
Децимиллиметровые и субмиллиметровые (гипервысокие частоты - ГВЧ) |
1 ... 0,1 мм |
300 ... 3 000 |
Инфракрасная (ИК) локация, космическая связь |
|
Из табл. 2.1 видно, что Международным регламентом радиосвязи не установлено обозначение для частот ниже 3 Гц.
Для обеспечения устойчивой и надежной передачи информации по радиоканалу важна длина волны несущего колебания. На выбор диапазона волн для конкретной системы передачи информации влияет ряд специфических факторов, связанных с особенностью формирования, излучения и распространения волн (прежде всего несущих колебаний), характером и параметрами имеющихся в заданном диапазоне шумов и помех, параметрами сообщения, характеристиками и габаритными размерами передающих и приемных антенн.
Шкала электромагнитных волн
Электромагнитные
волны классифицируются по длине
волны 
или
связанной с ней частотой волны
.
Отметим также, что эти параметры
характеризуют не только волновые, но и
квантовые свойства электромагнитного
поля. Соответственно в первом случае
электромагнитная волна описывается
классическими законами, изучаемыми в
этом курсе.
Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.
Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют:
1) Низкочастотные волны;
2) Радиоволны;
3) Инфракрасное излучение;
4) Световое излучение;
5) Рентгеновское излучение;
6) Гамма излучение.
Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ, но каждый диапазон обусловлен своими особенностями и превалированием своих законов, определяемых соотношениями линейных масштабов.
Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике.
Рассмотрим спектр электромагнитных волн более подробно.