4.3. Характеристика частотних діапазонів радіохвиль

Діапазон частот - це означений безперервний інтервал частот, в якому коливання та хвилі мають порівняні властивості та умовну назву (ДСТУ 3254—95)

Діапазони частот, що приймаються - це області частот чи хвиль, у межах яких настроюються радіоприймачі.

Побутові радіоприймальні пристрої призначені для прийому радіосигналів у частотних діапазонах довгих (ДХ), середніх (СХ), коротких (КХ) і ультракоротких (УКХ) хвиль. Границі цих діапазонів у різних країнах відрізняються одна від одної.

Спектр радіохвиль, відповідно до ДСТУ 2424-94, який вико­ристовують для радіомовлення на території України, умовно розділено на ряд діапазонів:

Довгі хвилі - ДХ - 148,0-285,0 кГц (2027-1052,6 м). Середні хвилі - СХ - 525,0-1607 кГц (571,4-186,7 м). Короткі хвилі - КХ - 3,95-26,1 МГц (75,9-11,5 м). Ультракороткі хвилі - УКХ1 - 65,8-74,0 МГц (4,56-4,06 м). УКХ 2 - 87,5-108,0 МГц (3,41-2,78 м).

Середньохвильовий діапазон може бути розбитий на 2 піддіапа-зони для більшої зручності настроювання по всій шкалі радіо­приймача.

Основна відміна зарубіжних радіоприймачів полягає в інших параметрах діапазону ультракоротких хвиль. У сучасних радіоприй­мачах зарубіжного виробництва використовують діапазон РМ (ггециепсу тосіиіаїюп - частотна модуляція) - 87,5 - 108 МГц. По суті УКХ і РМ - це різні назви одного принципу передачі радіохвиль. Деякі фірми-виробники аудіотехніки, враховуючи потреби східно­європейського і російського ринків, вводять до своїх апаратів так званий розширений РМ діапазон.

У зарубіжних моделях нижня частотна границя для ДХ досягає значення 144 кГц, а верхня - 290 кГц, а верхня частотна границя для СХ - значення 1710 кГц. Позначаються ці діапазони першими літе­рами перекладу їх назв: Ь\У (довгі хвилі), М\¥ (середні хвилі) і 8\У (короткі хвилі).

Діапазон коротких хвиль найчастіше поділяють на ряд піддіапа-зонів по 100-300 кГц у кожному, оскільки радіомовні станції розта­шовані нерівномірно по частоті, а зосереджені на деяких ділянках. Границі таких піддіапазонів позначають округленими значеннями довжини хвилі в метрах, наприклад, "75 м" - 3,95-26,1 МГц (75,9 -11,5 м); "49 м" - 5,95-6,2 МГц (50,4-48,4 м) тощо.

Наявність всіх перерахованих діапазонів робочих частот в одній моделі радіоприймача не обов'язкова. Так, переносні малогабаритні апарати часто мають лише можливість прийому радіосигналів на довгих і середніх хвилях. Короткохвильовий діапазон зустрічається рідко, що пов'язано з невисокою якістю прийому в цій області частот. Моделі високого класу завжди комплектуються трактом прийому ультракоротких хвиль, оскільки у цьому діапазоні, на відміну від попередніх, передбачена можливість прослуховування стереофоніч­них програм.

В основу розподілу радіохвиль на діапазони покладено принцип, який враховує особливості їх розповсюдження.

Розповсюдження радіохвиль - це процес розповсюдження електромагнітних коливань радіочастотного діапазону в просторі, щонайперше у земній атмосфері, також у землі й за межами атмосфери. Радіохвилі при розповсюдженні поглинаються, заломлю­ються, відбиваються і розсіюються.

При поглинанні радіохвиль відбувається зменшення їх енергії, викликане частковим переходом електромагнітної енергії в теплову. Радіохвилі поглинаються землею, водою, спорудами, а також атмосферою. У воді, землі поглинання радіохвиль збільшується зі зменшенням довжини хвилі, в іоносфері воно зменшується зі зменшенням довжини хвилі.

Заломлення радіохвиль спричинює значне збільшення дальності розповсюдження радіохвиль. Завдяки цьому явищу ультракороткі хвилі в деяких випадках, при особливому стані тропосфери, розповсюджуються на відстань, у декілька разів перевищуючи горизонти видимого.

Відбиття коротких радіохвиль іоносферою дає можливість вивчати процеси, що відбуваються в іоносфері, а відбиття ультра­коротких радіохвиль різними тілами дозволяє застосовувати ці радіохвилі для цілей радіолокації.

Розсіювання радіохвиль найбільше помітно на сантиметрових і міліметрових радіохвилях. Розсіювання радіохвиль краплями дощу,

води, яку містять хмари, і неоднорідності густини в атмосфері дозволяє застосовувати ці хвилі для дослідження процесів, що відбуваються в атмосфері.

Радіохвилі дуже слабо проникають у землю. Як всякий провідник, земля відбиває електромагнітні хвилі, а також поглинає їх у тому поверхневому шарі, в який вони проникають. При цьому їх амплітуда зменшується в декілька разів. Властивості атмосфери, не завжди допускають безперешкодне розповсюдження радіохвиль.

Іоносфера, тобто область, дуже іонізована під впливом сонячного випромінювання, починається вже на висоті 100 км. Складний вплив різних фізичних факторів викликає зміну цієї зони (так, наприклад, значно нижчі іонізовані шари взагалі існують тільки вдень, коли їх підтримує сонячне випромінювання). Залежно від ступеня іонізації і від густини повітря ця зона по-різному впливає на проходження радіохвиль різних частот. Окремі її шари здатні відбивати і поглинати радіохвилі того або іншого діапазону частот. Тільки метрові й ще більш коротші хвилі здатні при всякому стані атмосфери і при будь-якому початковому спрямуванні проміння проходити крізь неї.

Електромагнітні властивості іоносфери, впливаючи на розпов­сюдження радіохвиль, визначаються перш за все наявністю в ній вільних електронів, які набувають коливального руху під дією падаючої на іоносферу радіохвилі. Регулярний коливальний рух цих електронів порушується із зіткненням з атомами, в результаті чого енергія радіохвилі переходить в теплову енергію атомів середовища, тобто відбувається поглинання радіохвиль.

Зміна густини іонізації може відбуватися не тільки під впливом постійно діючих факторів (добовий хід, одинадцятилітній хід, пов'язаний з відповідним періодом сонячної активності), але також і під впливом випадкових обставин. Так, неоднорідність іоносфери в горизонтальному напрямі, існування рухаючих іонізованих хмар, змінюють умови на шляху проходження проміння, призводять до зміни умов інтерференції в точці приймання двох або більше променів, які відбилися від різних місць іоносфери (змінюють тимчасове поглинання хвилі, викликають зміни поляризації). Так створюються тимчасові завмирання (фединги) приймаючої хвилі, добре відомі із повсякденної практики. Крім того, різке зникнення чутності, від декількох хвилин до години і більше, може бути пов'язано з виникненням хромосферного виверження на сонці, яке різко змінює умови ультрафіолетового випромінення іоносфери, також різко змінює умови розповсюдження радіохвиль на всій осяяній сонцем половині земної кулі. Магнітні бурі (раптові сильні зміни магнітного поля Землі) також у багатьох випадках супро­воджуються, особливо на високих широтах, порушенням радіозв'язку.

При проходженні радіохвиль в іоносфері виникає ряд складних фізичних ефектів. Так, наприклад, випромінювання потужної станції впливає на стан іоносфери, викликаючи коливання електронів у ній такого рівня, що це впливає на проходження через ту ж зону випромінення іншої станції, яка працює на іншій хвилі. Як результат при прийомі на частоті другої станції чути передачу першої. Важливе значення має магнітне поле Землі, яке впливає на рух електронів в іоносфері.

Довгі хвилі, незважаючи на їх здатність добре дифрагувати і на рефракцію їх в тропосфері, були б здатні розповсюджуватися лише на відстані 1000-2000 км. Однак завдяки іоносфері їх дальність збільшується в декілька разів. Вони слабко проникають в іонізовані шари і при цьому не відчувають значного поглинання. їх розповсюдження слабше піддається змінам стану іоносфери, ніж розповсюдження більш коротких хвиль і тому зв'язок на них більш стійкий протягом доби і року.

Особливості розповсюдження середніх хвиль полягають у тому, що вдень дальність їх розповсюдження є незначною, тому по всьому діапазону радіоприймача можна прийняти усього декілька радіо­станцій. А вночі, коли зникає сильно поглинаючий шар і здійснюється відбиття від вищих шарів іоносфери, дальність різко збільшується, тому можливий прийом значної кількості радіостанцій. Для середніх хвиль характерна також зміна умов радіозв'язку при зміні пори року. Взимку радіозв'язок значно якісніший, оскільки у цей період зменшується іонізація нижніх шарів іоносфери, знижується рівень атмосферних перешкод, які утворюються грозовими розрядами.

Короткі хвилі відносно мало поширюються в іоносфері. Це обумовлює можливість дальнього зв'язку на коротких хвилях при малій потужності передавача. Різні ділянки цього діапазону по-різному відчувають вплив різних іоносферних шарів. У той час як хвилі довші за 50 м краще розповсюджуються вночі, за відсутності поглинаючих нижніх шарів (як і середні хвилі - "нічні" хвилі), то хвилі коротші за 50 м краще проходять вдень і гірше вночі.

Ультракороткі хвилі проходять крізь іоносферу. Передача зблизька із земної поверхні можлива тільки по прямій лінії, яка, якщо вона ковзає вздовж земної поверхні, сильно поглинається землею. Тому необхідно піднімати передавач або приймач над земною поверхнею настільки, щоб ефективна для розповсюдження зона лише незначно торкалася земної поверхні. З цього приводу антени радіо- і телевізійних передавачів (де використовують ультракороткі хвилі) розташовують по можливості вище. Дальність передачі на УКХ залежить від висоти передавальної та приймальної антени. А тому ч появою космічних супутників зв'язку дальність передач на цьому діапазоні значно зросла.

При радіомовленні на УКХ-діапазоні досягається висока якість передачі звукових програм. Це пояснюється декількома причинами: УКХ-діапазон найкоротший, тому в цьому діапазоні можна розташо­вувати значну кількість радіостанцій; УКХ розповсюджується на незначні відстані, тому радіостанції, які розташовані на відстані 200-300 км, практично не заважають одна одній; УКХ практично не зазнають впливу індустріальних і атмосферних перешкод. Також УКХ-діапазон забезпечує можливості передачі стереопрограм.