| Ра́дио (лат. radio — излучаю, испускаю лучи ← radius — луч) — разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.
Любительская коротковолновая радиостанция.
|
Содержание
- 1 Принцип работы
- 2 Частотные диапазоны
- 3 Распространение радиоволн
- 4 Виды радиосвязи
- 4.1 Широковещательные передачи
- 4.2 Гражданская радиосвязь
- 4.3 Радиолюбительская связь
- 5 История и изобретение радио
|
Принцип работы
Передача происходит следующим образом: на передающей стороне
формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда
сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует
более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный
сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне
радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он
демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым
от высокочастотной составляющей — несущей). Таким образом, происходит
извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько
отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).
Частотные диапазоны
Согласно решению МСЭ принято различать следующие диапазоны частот:
- Очень низкие частоты (мириаметровые волны) - f = 3—30 кГц (λ = 10-100 м)
- Низкие частоты (километровые волны) - f = 30—300 кГц (λ = 1-100 км)
- Средние частоты (гектаметровые волны) - f = 0,3—3 МГц (λ = 0,1-1 км)
- Высокие частоты (декаметровые волны) - f = 3—30 МГц (λ = 10-100 м)
- Очень высокие частоты (метровые волны) - f = 30—300 МГц (λ = 1-10 м)
- Ультравысокие частоты (сантиметровые волны) - f = 3—30 ГГц (λ = 1-10 см)
- Крайне высокие частоты (миллиметровые волны) - f = 30—300 ГГц (λ = 0,1-1 см)
В практике радиовещания и телевидения используется упрощённая классификация радиодиапазонов:
- Сверхдлинные волны (СДВ) - мириаметровые волны
- Длинные волны (ДВ) - километровые волны
- Средние волны (СВ) - гектометровые волны
- Короткие волны (КВ) - декаметровые волны
- Ультракороткие волны (УКВ) - высокочастотные волны, длина волны которых меньше 10 м.
В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:
- ДВ
сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны,
которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере
удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.
- СВ
сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется
приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район
действия определяется отражённой волной.
- КВ распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т. н. зона радиомолчания.
Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью —
более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши́е
расстояния при малой мощности передатчика.
- УКВ
распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой.
Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.
- ВЧ не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости. Используются в WiFi, сотовой связи и т. д.
- КВЧ не огибают препятствия, отражаются большинством препятствий,
распространяются в пределах прямой видимости. Используются для
спутниковой связи.
- Гипервысокие частоты не огибают препятствия, отражаются подобно
свету, распространяются в пределах прямой видимости. Использование
ограничено.
Распространение радиоволн
Радиоволны распространяются в пустоте и в атмосфере; земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако, благодаря эффектам дифракции и отражения,
возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой
видимости (в частности, находящимися на большом расстоянии).
Распространение радиоволн от источника к приёмнику может происходить
несколькими путями одновременно. Такое распространение называется многолучёвостью. Вследствие многолучёвости и изменений параметров среды, возникают замирания (англ. fading) —
изменение уровня принимаемого сигнала во времени. При многолучёвости
изменение уровня сигнала происходит вследствие интерференции, то есть в
точке приёма электромагнитное поле представляет собой сумму смещённых во
времени радиоволн диапазона.
Особые эффекты
- эффект антиподов — радиосигнал может хорошо приниматься в точке
земной поверхности, приблизительно противоположной передатчику.
Описанные примеры:
- радиосвязь Э.Кренкеля (RPX), находившегося на Земле Франца-Иосифа 12 января 1930 г. с Антарктикой (WFA).
- радиосвязь плота Кон-Тики (приблизительно 6° ю.ш. 60° з.д.) с Осло, передатчик 6 Ватт.
- эхо от волны, обошедшей Землю (фиксированная задержка)
- редко наблюдаемый и малоизученный эффект LDE (Мировое эхо, эхо с большой задержкой).
- эффект Доплера
изменение частоты (длины волны) в зависимости от скорости приближения
(или удаления) передатчика сигнала относительно приёмника. При их
сближении частота увеличивается, при взаимном удалении уменьшается.
Виды радиосвязи
Радиосвязь можно разделить на радиосвязь без применения ретрансляторов по длинам волн:
- СДВ-связь
- ДВ-связь
- СВ-связь
- КВ-связь
- КВ-связь земной (поверхностной) волной
- КВ-связь ионосферной (пространственной) волной
- УКВ-связь
- УКВ связь прямой видимости
- тропосферная связь
С применением ретрансляторов:
- Спутниковая связь,
- Радиорелейная связь,
- Сотовая связь.
Широковещательные передачиСодержимое, передаваемое потоком с широковещательной передачей,
больше всего подходит для сценариев, напоминающих просмотр телевизионной
программы, при этом управление и потоковая передача содержимого
выполняется из пункта источника или сервера. Этот тип пункта публикации
наиболее часто используется для передачи прямых потоковых данных от
кодировщиков, удалённых серверов или других широковещательных пунктов
публикации. Если клиент подключается к широковещательному пункту
публикации, то он получает широковещательные данные, трансляция которых
уже началась. Например, если в 10:00 начинается трансляция совещания в
компании, то клиенты, подключившиеся в 10:18, пропустят только первые 18
минут совещания. Клиенты могут запускать и останавливать поток, однако
они не могут приостановить его, перемотать вперёд, назад или пропустить.
Кроме того, на широковещательном пункте публикации можно выполнять
потоковую передачу файлов и списков воспроизведения файлов. Если
источником файлов служит широковещательный пункт публикации, то сервер
передаёт файл или список воспроизведения как широковещательный поток.
При этом в проигрывателе нельзя управлять воспроизведением, как в случае
с потоком по запросу. Пользователи получают широковещательные данные
прямого закодированного потока. Клиенты начинают воспроизводить уже
передаваемый поток.
Обычно широковещательный пункт публикации начинает потоковую передачу
сразу после запуска и продолжает её до тех пор, пока он не будет
остановлен или пока не закончится содержимое.
Содержимое с широковещательного пункта публикации можно предоставлять
как одноадресный или многоадресный поток. Поток с широковещательного
пункта публикации можно сохранить как файл архива, а затем предложить
его конечным пользователям в качестве повтора исходных широковещательных
данных по запросу.
Гражданская радиосвязь
- Решениями ГКРЧ России (Государственной комиссии по радиочастотам)
для гражданской связи физическими и юридическими лицами на территории
Российской Федерации выделены 3 группы частот:
- 27 МГц (Си-Би, «Citizen’s Band», гражданский диапазон), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт. Автомобильные рации диапазона 27 МГц широко используются для организации радиосвязи в службах такси, для связи водителей-дальнобойщиков;
- 433 МГц (LPD, «Low Power Device»), выделено 69 каналов для раций с выходной мощностью передатчика не более 0,01 Вт;
- 446 МГц (PMR, «Personal Mobile Radio»), выделено 8 каналов для раций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт.
Радио используется в компьютерных сетях AMPRNet, в которых соединение обеспечивается любительскими радиостанциями.
Радиолюбительская связь
Радиолюбительская связь — многогранное техническое хобби,
выражающееся в проведении радиосвязей в отведённых для этой цели
диапазонах радиочастот. Данное хобби может иметь направленность в
сторону той или иной составляющей, например:
- конструирование и постройка любительской приёмно-передающей аппаратуры и антенн;
- участие в различных соревнованиях по радиосвязи (радиоспорт);
- коллекционирование карточек-квитанций, высылаемых в подтверждение проведённых радиосвязей и/или дипломов, выдаваемых за проведение тех или иных связей;
- поиск и проведение радиосвязей с радиолюбительскими станциями,
работающими из отдалённых мест или из мест, с которых крайне редко
работают любительские радиостанции (DXing);
- работа какими-то определёнными видами излучения (телеграфия, телефония с однополосной или частотной модуляцией, цифровые виды связи);
- связь на УКВ с использованием отражения радиоволн от Луны (EME), от зон полярного сияния («Аврора»), от метеорных потоков, с ретрансляцией через радиолюбительские ИСЗ;
- работа малой мощностью передатчика (QRP), на простейшей аппаратуре;
- участие в радиоэкспедициях — выход в эфир из отдалённых и
труднодоступных мест и территорий планеты, где нет активных
радиолюбителей.
История и изобретение радио
Никола Тесла на лекции демонстрирует принципы радиосвязи, 1891 г.
Создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн (радиотелеграфии) считается итальянский инженер Гульельмо Маркони (1895).
Однако у Маркони, как и у большинства авторов крупных изобретений, были
предшественники. В России изобретателем радиотелеграфии традиционно
считают А. С. Попова, создавшего в 1895 г., месяцем позднее Маркони, чувствительный и надёжно работавший радиоприёмник,
пригодный для радиосвязи. В первых опытах по радиосвязи, проведённых в
физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, приёмник
обнаруживал излучение радиосигналов, посылаемых передатчиком, на
расстоянии до 60 м. В США изобретателем радио считается Никола Тесла, запатентовавший в 1893 году радиопередатчик, а в 1895 г. приёмник; его приоритет перед Маркони был признан в судебном порядке в 1943 году.
Это связано с тем, что конструкция устройств Теслы позволяла
модулировать акустическим сигналом колебательный контур передатчика,
осуществлять радио передачу сигнала на расстояние и принимать его
приёмником который преобразовывал сигнал в акустический звук. Такую же
конструкцию имеют все современные радио устройства, в основе которых
лежит колебательный контур. В то время как конструкция Маркони и Попова
были примитивны и позволяли осуществлять только сигнальную функцию,
используя в том числе азбуку Морзе. Во Франции изобретателем
беспроволочной телеграфии долгое время считался создатель когерера (трубки Бранли) (1890) Эдуард Бранли. В Индии радиопередачу в миллиметровом диапазоне в ноябре 1894 года демонстрирует сэр Джагадиш Чандра Боше. В Англии, в 1894 году
первым демонстрирует радиопередачу и радиоприём на расстояние 40 метров
изобретатель когерера (трубка Бранли со встряхивателем) Оливер Джозеф Лодж.
Первым же изобретателем способов передачи и приёма электромагнитных
волн (которые длительное время назывались «Волнами Герца — Hertzian
Waves»), является сам их первооткрыватель, немецкий учёный Генрих Герц (1888). Основные этапы истории изобретения радио выглядят следующим образом.
- 1866 — Махлон Лумис (Mahlon Loomis),
американский дантист, заявил о том, что открыл способ беспроволочной
связи. Связь осуществлялась при помощи двух электрических проводов,
поднятых двумя воздушными змеями, один из них с размыкателем был антенной радиопередатчика, второй — антенной радиоприёмника, при размыкании от земли цепи одного провода отклонялась стрелка гальванометра в цепи другого провода.
- 1868 — Лумис заявил, что повторил свои эксперименты перед представителями Конгресса США, послав сигналы на расстояние 22,5 км.
- 1872 —
Лумис получил первый в мире патент на беспроводную связь. Хотя
президент Грант подписал закон о финансировании опытов Лумиса,
финансирование так и не было открыто.
К сожалению, никаких достоверных данных о характере экспериментов
Лумиса, равно как и чертежей его аппаратов не сохранилось. Американский
патент также не содержит детального описания устройств, использованных
Лумисом.
- 1879 — Дэвид Хьюз
при работе с индукционной катушкой обнаружил эффект электромагнитных
волн; однако позднее коллеги убедили его, что речь идёт лишь об
индукции.
- 1888 — немецкий физик Г. Герц доказал существование электромагнитных волн. Герц с помощью устройства, которое он назвал вибратором, осуществил успешные опыты по передаче и приёму электромагнитных сигналов на расстояние и без проводов.
- 1890 — физиком и инженером Эдуардом Бранли во Франции изобретён прибор для регистрации электромагнитных волн, названный им радиокондуктор (позднее — когерер). В своих опытах Бранли использует антенны
в виде отрезков проволоки. Результаты опытов Эдуарда Бранли были
опубликованы в Бюллетене Международного общества электриков и отчётах
Французской Академии Наук.
- 1891 — Никола Тесла (Сент-Луис, штат Миссури, США) в ходе лекций публично описал принципы передачи радиосигнала на большие расстояния.
- 1893 — Тесла патентует радиопередатчик и изобретает мачтовую антенну, с помощью которой в 1895 г. передаёт радиосигналы на расстояние 30 миль
- Между 1893 и 1894 — Роберто Ланделл де Мора, бразильский священник и учёный, провёл эксперименты по передаче радиосигнала. Их результаты он не оглашал до 1900 г., но впоследствии получил бразильский патент.
- 1894 — Маркони, по своим воспоминаниям, под влиянием идей проф. Риги,
высказанных в некрологе памяти Герца, начинает эксперименты по
радиотелеграфии (первоначально — с помощью вибратора Герца и когерера
Бранли).
Однако никаких письменных свидетельств того времени, которые могли бы
подтвердить опыты Маркони проводимые в 1894 году, не имеется.
- 14 августа 1894 — первая публичная демонстрация опытов по беспроводной телеграфии Оливером Лоджем
и Александром Мирхедом на лекции в театре Музея естественной истории
Оксфордского университета. В ходе демонстрации радио сигнал был
отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят
аппаратом в театре (40 м.) Изобретённый Лоджем радиоприёмник
(«Прибор для регистрации приёма электромагнитных волн») содержал
радиокондуктор — «трубку Бранли» со встряхивателем, которому Лодж дал
название когерер, источник тока, реле и гальванометр; для встряхивания
когерера с целью периодического восстановления его чувствительности к
«волнам Герца» использовался или электрический звонок или заводной
пружинный механизм с молоточком-зацепом.
- ноябрь 1894 — публичная демонстрация опытов по беспроводной передаче сигнала в миллиметровом диапазоне сэром Джагадишем Чандра Боше в Ратуше города Калькутты. Кроме того, Боше изобрёл ртутный когерер, не требующий при работе физического встряхивания.
- 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге Александр Степанович Попов
читает лекцию «Об отношении металлических порошков к электрическим
колебаниям», на которой, воспроизводя опыты Лоджа c электромагнитными
сигналами, продемонстрировал прибор, схожий в общих чертах с тем,
который ранее использовался Лоджем. При этом Попов внёс в конструкцию
усовершенствования. В радиоприёмнике Попова молоточек, встряхивавший когерер (трубку Бранли), работал не от часового механизма, а от радиоимпульса.
Современники Попова признавали, что его конструкция представляла собой
прибор, который впоследствии был использован для беспроводной
телеграфии. Сам Попов приспособил прибор для улавливания атмосферных
электромагнитных волн, под названием «грозоотметчик».
- Весна 1895 г. — Маркони добивается передачи радиосигнала на 1,5 км.
- Сентябрь 1895 —
по некоторым утверждениям, Попов присоединил к приёмнику телеграфный
аппарат и получил телеграфную запись принимаемых радиосигналов.
Однако никаких документальных свидетельств об опытах Попова с
радиотелеграфией до декабря 1897 г. (то есть до опубликования патента и
сообщений об успешных опытах Маркони) не существует. Версию о передаче Поповым радиограммы раньше Маркони измыслил В. С. Габель
- 2 июня 1896 г. — Маркони подаёт заявку на патент.
- 2 сентября 1896 — Маркони демонстрирует своё изобретение на равнине Солсбери, передав радиограммы на расстояние 3 км.
- 1897 — Оливер Лодж изобрёл принцип настройки на резонансную частоту
- 1897 —
Французский предприниматель Эжен Дюкрете строит экспериментальный
приёмник беспроволочной телеграфии по чертежам, предоставленным
А. С. Поповым.
- 24 апреля 1897 —
Попов на заседании Русского физико-химического общества, используя
вибратор Герца и приёмник собственной конструкции, передаёт на
расстояние 250 м первую в России радиограмму: «Генрих Герц».
- 2 июля 1897 —
Маркони получает британский патент № 12039, «Усовершенствования в
передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате». В
общих чертах приёмник Маркони воспроизводил приёмник Попова, (с
некоторыми усовершенствованиями), а его передатчик — вибратор Герца с усовершенствованиями Риги. Принципиально новым было то, что приёмник был изначально подключён к телеграфному аппарату, а передатчик соединён с ключом Морзе,
что и сделало возможным радиотелеграфическую связь. Маркони использовал
антенны одной длины для приёмника и передатчика, что позволило резко
повысить мощность передатчика; кроме того детектор Маркони был гораздо чувствительнее детектора Попова, что признавал и сам Попов.
- 6 июля 1897 — Маркони на итальянской военно-морской базе Специя передаёт фразу Viva l’Italia из-за линии горизонта — на расстояние 18 км.
- Ноябрь 1897 — строительство Маркони первой постоянной радиостанции на о. Уайт, соединённой с Бормотом (23 км.)
- Январь 1898 —
Первое практическое применение радио: Маркони передаёт (за обрывом
телеграфных проводов из-за снежной бури) сообщения журналистов из Уэльса
о смертельной болезни Уильяма Гладстона[21]
- Май 1898 — Маркони впервые применяет систему настройки.
- 1898 —
Маркони открывает первый в Великобритании «завод беспроволочного
телеграфа» в Челмсфорде, Англия, на котором работают 50 человек.
- Конец 1898 — Эжен Дюкретэ (Париж) приступает к мелкосерийному выпуску приёмников системы Попова. Согласно мемуарам Дюкретэ, чертежи устройств он получил от А. С. Попова благодаря интенсивной переписке.
- 1898 —
присуждение А. С. Попову премии Русского Технического Общества в
1898 г. «за изобретение приёмника электромагнитных колебаний и приборов
для телеграфирования без проводов»
- 3 марта 1899 —
Радиосвязь впервые в мире была успешно использована в морской
спасательной операции: с помощью радиотелеграфа спасены команда и
пассажиры потерпевшего кораблекрушение парохода «Масенс» (Mathens).
- Май 1899 — Помощники Попова П. Н. Рыбкин
и Д. С. Троицкий обнаружили детекторный эффект когерера. На основании
этого эффекта, Попов модернизировал свой приёмник для приёма сигналов на
головные телефоны оператора и запатентовал как «телефонный приёмник
депеш».
- 1899 — сэр Джагдиш Чандра Боз (Калькутта) изобрёл ртутный когерер.
- 1900 —
Радиосвязь вновь, впервые в России, была успешно использована в морской
спасательной операции. По инструкциям Попова была построена
радиостанция на острове Гогланд, возле которого находился севший на мель броненосец береговой обороны «Генерал-адмирал Апраксин».
Радиотелеграфные сообщения на радиостанцию острова Гогланд приходили с
находящейся в 25 милях передающей станции Российской Военно-Морской базы
в Котке,
которая телеграфной линией была связана с Адмиралтейством
Санкт-Петербурга. Приборы, использовавшиеся в спасательной операции,
были изготовлены в мастерских Эжена Дюкретэ. В результате обмена
радиограммами ледоколом «Ермак» были также спасены финские рыбаки с оторванной льдины в Финском Заливе.
- 1900 — Маркони получает патент № 7777 на систему настройки радио («Oscillating Sintonic Circuit»).
- 1900 — Работы Попова отмечены Большой золотой медалью и Дипломом на международной электротехнической выставке в Париже.
- 12 декабря 1901
Маркони провёл первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией
и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 км (передал букву S Азбуки Морзе).
До того это считалось принципиально невозможным
- 1905 — Маркони получает патент на направленную передачу сигналов.
- 1906 — Реджинальд Фессенден и Ли де Форест
обнаруживают возможность амплитудной модуляции радиосигнала
низкочастотным сигналом, что позволило передавать в эфире человеческую
речь.
- 1909 — Присуждение Маркони и Ф.Брауну Нобелевской премии по физике «в знак признания их заслуг в развитии беспроволочной телеграфии»
Изобретение радиосвязи дало начало таким наукам как радиоастрономия, радиометрология, радионавигация, радиоразведка, радиопротиводействие.
|
