Радио

Разнообразные радиоантенны на пике Сандиа недалеко от Альбукерке , Нью-Мексико, США. Передающие антенны FM и телевидения часто располагаются на высоких башнях или горных вершинах для увеличения дальности передачи. Здесь показаны антенны обоих типов, а также круглые тарелки и барабаны для двухточечной микроволновой связи (например, от студии к передатчику ).

Радио - это технология передачи сигналов и общения с помощью радиоволн . ^{[1] [2] [3]} Радиоволны - это электромагнитные волны с частотой от 30  герц (Гц) до 300  гигагерц (ГГц). Они генерируются электронным устройством, называемым передатчиком, подключенным к антенне, излучающей волны, и принимаются радиоприемником, подключенным к другой антенне. Радио очень широко используется в современной технике, в радиосвязи, радарах , радионавигации , дистанционном управлении., дистанционное зондирование и другие приложения.

В радиосвязи , используемой в радио- и телевещании , сотовых телефонах , двусторонней радиосвязи , беспроводной сети и спутниковой связи, среди множества других применений, радиоволны используются для передачи информации через пространство от передатчика к приемнику путем модуляции радиосигнала. (передача информационного сигнала на радиоволну путем изменения некоторого аспекта волны) в передатчике. В радаре, используемый для обнаружения и отслеживания таких объектов, как самолеты, корабли, космические корабли и ракеты, луч радиоволн, излучаемый радиолокационным передатчиком, отражается от целевого объекта, а отраженные волны показывают местоположение объекта. В радионавигационных системах, таких как GPS и VOR , мобильный приемник принимает радиосигналы от навигационных радиомаяков , положение которых известно, и, точно измеряя время прибытия радиоволн, приемник может рассчитать свое положение на Земле. В беспроводных устройствах дистанционного радиоуправления, таких как дроны , устройства открывания гаражных ворот и системы доступа без ключа, радиосигналы, передаваемые от устройства-контроллера, управляют действиями удаленного устройства.

Применение радиоволн, которое не связано с передачей волн на значительные расстояния, например, радиочастотное нагревание, используемое в промышленных процессах и микроволновых печах , а также медицинские применения, такие как диатермия и аппараты МРТ , обычно не называют радио . Существительное радио также используется для обозначения радиоприемника .

Радиоволны были впервые идентифицированы и изучены немецким физиком Генрихом Герцем в 1886 году. Первые практические радиопередатчики и приемники были разработаны примерно в 1895–1896 годах итальянцем Гульельмо Маркони , а коммерческое использование радио началось примерно в 1900 году. Чтобы предотвратить помехи между пользователями, излучение радиоволн регулируется законом и координируется международным органом под названием Международный союз электросвязи (ITU), который распределяет полосы частот в радиочастотном спектре для различных целей.

Радиотехника [ править ]

Радиоволны излучаются электрическими зарядами, испытывающими ускорение . ^{[4] [5]} Они искусственно генерируются изменяющимися во времени электрическими токами , состоящими из электронов, текущих назад и вперед в металлическом проводнике, называемом антенной, ^{[6] [7]} таким образом ускоряясь. В трансмиссии, передатчик генерирует переменный ток с радиочастотой , которая применяется к антенне. Антенна излучает энергию в виде радиоволн. Когда волны ударяют по антенне радиоприемника, они толкают электроны в металле вперед и назад, вызывая крошечный переменный ток. Радиоприемник, подключенный к приемной антенне, обнаруживает этот колебательный ток и усиливает его.

По мере того, как они удаляются от передающей антенны, радиоволны распространяются, поэтому их мощность сигнала ( интенсивность в ваттах на квадратный метр) уменьшается, поэтому радиопередачи могут приниматься только в пределах ограниченного диапазона передатчика, расстояние зависит от мощности передатчика, антенны диаграмма направленности , чувствительность приемника, уровень шума, а также наличие препятствий между передатчиком и приемником. An всенаправленные антенны передает или принимает радиоволны во всех направлениях, в то время как направленная антенна или высокой усиление антенны передает радиоволны в пучке в определенном направлении, или принимает волны от только в одном направлении.

Радиоволны распространяются в вакууме со скоростью света , а в воздухе - со скоростью, очень близкой к скорости света, поэтому длина радиоволны, расстояние в метрах между соседними гребнями волны, обратно пропорционально ее частоте .

Другие типы электромагнитных волн, кроме радиоволн; инфракрасный , видимый свет , ультрафиолет , рентгеновские лучи и гамма-лучи также могут нести информацию и использоваться для связи. Широкое использование радиоволн в электросвязи в основном связано с их желательными свойствами распространения, обусловленными их большой длиной волны. ^[7] Радиоволны обладают способностью проходить через атмосферу, листву и большинство строительных материалов, а также за счет дифракции могут огибать препятствия, и в отличие от других электромагнитных волн они имеют тенденцию скорее рассеиваться, чем поглощаться объектами, размер которых превышает их длину волны.

Радиосвязь [ править ]

В системах радиосвязи информация передается в пространстве с помощью радиоволн. На передающем конце, информация , которая должна быть отправлена, преобразуются некоторым типом датчика к изменяющемуся во время электрического сигнала , называемого сигналом модуляции. ^{[7] [8]} Сигнал модуляции может быть аудиосигналом, представляющим звук с микрофона , видеосигналом, представляющим движущиеся изображения с видеокамеры , или цифровым сигналом, состоящим из последовательности битов, представляющих двоичные данные с компьютера. Сигнал модуляции подается на радиопередатчик . В передатчикеЭлектронный генератор генерирует переменный ток, колеблющийся на радиочастоте , называемый несущей волной, потому что он служит для «передачи» информации по воздуху. Информационный сигнал используется для модуляции несущей, изменения некоторого аспекта несущей волны и передачи информации на несущую. В разных радиосистемах используются разные методы модуляции :

• AM ( амплитудная модуляция ) - в передатчике AM амплитуда (сила) несущей радиоволны изменяется с помощью сигнала модуляции.
• FM ( частотная модуляция ) - в FM-передатчике частота несущей радиоволны изменяется сигналом модуляции.
• FSK ( частотная манипуляция ) - используется в беспроводных цифровых устройствах для передачи цифровых сигналов , частота несущей периодически смещается между двумя частотами, которые представляют две двоичные цифры , 0 и 1, для передачи последовательности битов.
• OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением ) - семейство сложных методов цифровой модуляции, очень широко используемых в системах с высокой пропускной способностью, таких как сети Wi-Fi , сотовые телефоны , цифровое телевизионное вещание и цифровое аудиовещание (DAB) для передачи цифровых данных с использованием минимального радиочастотного спектра. пропускная способность. Он имеет более высокую спектральную эффективность и большую устойчивость к замиранию, чем AM или FM. В OFDM несколько радиоволн, близко расположенных по частоте, передаются в радиоканале, причем каждая несущая модулируется битами из входящего потока битов.поэтому несколько битов отправляются одновременно, параллельно. В приемнике несущие демодулируются, и биты объединяются в правильном порядке в один поток битов.

Также используются многие другие типы модуляции. В некоторых типах несущая волна не передается, а передается только одна или обе боковые полосы модуляции . Модулированная несущая усиливается в передатчике и подается на передающую антенну, которая излучает энергию в виде радиоволн. Радиоволны несут информацию к месту нахождения приемника.

В приемнике радиоволна вызывает крошечное колебательное напряжение в приемной антенне, которое является более слабой копией тока в передающей антенне. ^{[7] [8]} Это напряжение подается на радиоприемник , который усиливает слабый радиосигнал, чтобы он стал сильнее, а затем демодулирует его, выделяя исходный сигнал модуляции из модулированной несущей волны. Сигнал модуляции преобразуется преобразователем обратно в форму, доступную для человека: аудиосигнал преобразуется в звуковые волны с помощью динамика или наушников, видеосигнал преобразуется в изображения с помощью дисплея., в то время как цифровой сигнал подается на компьютер или микропроцессор, который взаимодействует с пользователями-людьми.

Радиоволны от многих передатчиков проходят через воздух одновременно, не мешая друг другу, потому что радиоволны каждого передатчика колеблются с разной скоростью, другими словами, каждый передатчик имеет разную частоту , измеряемую в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерц (ГГц). Приемная антенна обычно принимает радиосигналы многих передатчиков. Приемник использует настроенные схемы, чтобы выбрать желаемый радиосигнал из всех сигналов, принимаемых антенной, и отклонить другие. Колебательный контур (также называемый резонансный контур или контур) действует как резонатор , подобно камертона. ^[8] Он имеет собственную резонансную частоту, на которой он колеблется. Резонансная частота настроенного контура приемника настраивается пользователем на частоту желаемой радиостанции; это называется «тюнинг». Колеблющийся радиосигнал от желаемой станции заставляет настроенный контур резонировать , колебаться в согласии, и он передает сигнал остальной части приемника. Радиосигналы на других частотах блокируются настроенной схемой и не передаются.

Пропускная способность [ править ]

Частотный спектр типичного модулированного радиосигнала AM или FM. Он состоит из компонента C на частоте несущей волны с информацией ( модуляцией ), содержащейся в двух узких полосах частот, называемых боковыми полосами ( SB ), чуть выше и ниже несущей частоты.${\ displaystyle f_ {c}}$

Модулированная радиоволна, несущая информационный сигнал, занимает диапазон частот . См. Диаграмму. Информация ( модуляция ) в радиосигнале обычно сосредоточена в узких полосах частот, называемых боковыми полосами ( SB ), чуть выше и ниже несущей частоты. Ширина в герцах частотного диапазона, который занимает радиосигнал, от самой высокой частоты за вычетом самой низкой частоты, называется шириной полосы ( BW ). ^[9] Для любого заданного отношения сигнал / шум определенная полоса пропускания может нести такой же объем информации ( скорость передачи данных в битахв секунду) независимо от того, где он находится в радиочастотном спектре, поэтому пропускная способность является мерой пропускной способности информации . Полоса частот требует передачи радиосигнала зависит от скорости передачи данных информации (сигнала модуляции) посылается, и спектральная эффективность в модуляции используемого метода; сколько данных он может передать в каждом килогерце полосы пропускания. Различные типы информационных сигналов, передаваемых по радио, имеют разную скорость передачи данных. Например, телевизионный (видео) сигнал имеет более высокую скорость передачи данных, чем аудиосигнал .

Радиочастотный спектр , общий диапазон радиочастот , которые могут быть использованы для связи в данной области, является ограниченным ресурсом. ^{[9] [3]} Каждая радиопередача занимает часть общей доступной полосы пропускания. Полоса пропускания радиосвязи считается экономическим благом, имеющим денежную стоимость и пользующимся растущим спросом. В некоторых частях радиочастотного спектра право на использование полосы частот или даже одного радиоканала покупается и продается за миллионы долларов. Таким образом, есть стимул использовать технологию для минимизации полосы пропускания, используемой радиослужбами.

В последние годы произошел переход от аналоговых технологий радиопередачи к цифровым . Частично это связано с тем, что цифровая модуляция часто может передавать больше информации (с большей скоростью передачи данных) в заданной полосе пропускания, чем аналоговая модуляция , за счет использования алгоритмов сжатия данных , которые уменьшают избыточность передаваемых данных, и более эффективной модуляции. Другие причины перехода заключаются в том, что цифровая модуляция обладает большей помехоустойчивостью, чем аналоговая, микросхемы цифровой обработки сигналов обладают большей мощностью и гибкостью, чем аналоговые схемы, и с помощью той же цифровой модуляции можно передавать самые разные типы информации.

Поскольку это фиксированный ресурс, который пользуется спросом у все большего числа пользователей, радиочастотный спектр в последние десятилетия становится все более перегруженным, и необходимость его более эффективного использования стимулирует множество дополнительных инноваций в области радиосвязи , таких как транковые радиосистемы , расширенный спектр. (сверхширокополосная) передача, повторное использование частот , динамическое управление спектром , объединение частот и когнитивное радио .

Полосы частот МСЭ [ править ]

МСЭ произвольно делит радиочастотный спектр на 12 полос, каждая из которых начинается на длине волны , которая является силой десяти (10 ^л ) метров, с соответствующей частотой 3 раза в степени десяти, и каждый из которых охватывает десятилетие частоты или длины волны. ^{[3] [10]} У каждой из этих групп есть традиционное название:

Можно видеть, что ширина полосы , диапазон частот, содержащихся в каждой полосе, не одинаков, а экспоненциально увеличивается с увеличением частоты; каждая полоса содержит в десять раз большую полосу пропускания, чем предыдущая. Большая доступная полоса пропускания стимулировала сохраняющуюся тенденцию к использованию более высоких частот на протяжении всей истории радио.

Регламент [ править ]

Эфир - ресурс, которым пользуются многие пользователи. Два радиопередатчика в одной и той же области, которые пытаются передавать на одной и той же частоте, будут мешать друг другу, вызывая искаженный прием, поэтому ни одна передача не может быть принята четко. ^[9] Помехи радиопередаче могут иметь не только большие экономические издержки, но и быть опасными для жизни (например, в случае вмешательства в аварийную связь или управление воздушным движением ).

Чтобы предотвратить помехи между различными пользователями, излучение радиоволн строго регулируется национальными законами и координируется международным органом, Международным союзом электросвязи (ITU), который распределяет полосы радиочастотного спектра для различных целей. ^{[9] [3]} Радиопередатчики должны быть лицензированы правительствами в соответствии с различными классами лицензий в зависимости от использования и ограничены определенными частотами и уровнями мощности. В некоторых классах, таких как станции радио- и телевещания, передатчику дается уникальный идентификатор, состоящий из строки букв и цифр, называемый позывным , который должен использоваться во всех передачах. Радист должен иметь государственную лицензию, такую ​​какобщая лицензия оператора радиотелефонной связи в США, полученная путем прохождения теста, демонстрирующего соответствующие технические и юридические знания в области безопасной эксплуатации радиосвязи.

Исключения из вышеперечисленных правил позволяют населению использовать маломощные передатчики малого радиуса действия в потребительских товарах, таких как сотовые телефоны, беспроводные телефоны , беспроводные устройства , рации , гражданские радиостанции , беспроводные микрофоны , устройства открывания гаражных ворот и радионяни. . В США, они подпадают под частью 15 из Федеральной комиссии по связи правил (FCC). Многие из этих устройств используют диапазоны ISM., серия полос частот по всему радиочастотному спектру, зарезервированная для нелицензионного использования. Хотя они могут эксплуатироваться без лицензии, как и все радиооборудование, эти устройства, как правило, должны пройти одобрение типа перед продажей.

Приложения [ править ]

Ниже приведены некоторые из наиболее важных применений радио, сгруппированные по функциям.

Вещание [ править ]

Вещание - это односторонняя передача информации от передатчика к приемникам, принадлежащим широкой аудитории. Поскольку радиоволны становятся слабее с расстоянием, радиостанция может приниматься только на ограниченном расстоянии от своего передатчика. Системы, вещающие со спутников, обычно могут приниматься по всей стране или континенту. Старое наземное радио и телевидение оплачивается коммерческой рекламой или правительством. В системах подписки, таких как спутниковое телевидение и спутниковое радио, клиент платит ежемесячную плату. В этих системах радиосигнал зашифрован. и может быть расшифрован только получателем, который контролируется компанией и может быть деактивирован, если покупатель не оплатит счет.

Радиовещание использует несколько частей радиоспектра в зависимости от типа передаваемых сигналов и желаемой целевой аудитории. Длинноволновые и средневолновые сигналы могут обеспечить надежное покрытие территорий в несколько сотен километров в поперечнике, но имеют более ограниченную пропускную способность и поэтому лучше всего работают со звуковыми сигналами (речь и музыка), а качество звука может ухудшаться из-за радиошума от естественного и искусственного происхождения. источники. Эти коротковолновые полосы имеют больший диапазон потенциалов, но в большей степени подвержены помехам со стороны удаленных станций и различных атмосферных условий , которые влияют на прием.

В диапазоне очень высоких частот , превышающем 30 мегагерц, атмосфера Земли оказывает меньшее влияние на диапазон сигналов, и прямая видимость становится основным режимом. Эти более высокие частоты обеспечивают широкую полосу пропускания, необходимую для телевещания. Поскольку на этих частотах меньше естественных и искусственных источников шума, возможна высококачественная передача звука с использованием частотной модуляции .

Радиовещание [ править ]

Радиовещание - передача звука (звука) на радиоприемники, принадлежащие широкой аудитории. Аналоговое аудио - это самая ранняя форма радиовещания. AM-вещание началось примерно в 1920 году. FM-вещание было введено в конце 1930-х годов с улучшенной точностью воспроизведения . Радиоприемник вещания называется радио . Большинство радиостанций могут принимать как AM, так и FM, и называются AM / FM-приемниками.

• AM ( амплитудная модуляция ) - в AM амплитуда (сила) несущей радиоволны изменяется звуковым сигналом. AM-вещание , самая старая технология вещания, разрешено в диапазонах AM-вещания , между 148 и 283 кГц в диапазоне низких частот (LF) и между 526 и 1706 кГц в диапазоне средних частот (MF). Поскольку волны в этих диапазонах распространяются как наземные волны, следующие за местностью, радиостанции AM могут приниматься за горизонтом на расстоянии в сотни миль, но AM имеет более низкую точность воспроизведения, чем FM. Излучаемая мощность ( ERP) AM станций в США обычно ограничивается максимум 10 кВт, хотя некоторым ( станциям с чистым каналом ) разрешено передавать на 50 кВт. AM-станции вещают в монофоническом звуке; Стандарты стереовещания AM существуют в большинстве стран, но радиопромышленность не смогла перейти на них из-за отсутствия спроса.
  • Коротковолновое вещание - AM-вещание также разрешено в коротковолновом диапазоне устаревшими радиостанциями. Поскольку радиоволны в этих диапазонах могут преодолевать межконтинентальные расстояния, отражаясь от ионосферы, используя небесную волну или «пропускаемое» распространение, короткие волны используются международными станциями, вещающими на другие страны.
    Передатчик FM-вещания радиостанции KWNR , Лас-Вегас, который передает на 95,5 МГц мощностью 35 кВт.
• FM ( частотная модуляция ) - в FM частота несущего радиосигнала незначительно изменяется звуковым сигналом. FM-вещание разрешено в диапазонах FM-вещания от 65 до 108 МГц в диапазоне очень высоких частот (VHF). Радиоволны в этом диапазоне распространяются по линии прямой видимости, поэтому прием FM ограничен визуальным горизонтом примерно до 30–40 миль (48–64 км) и может быть заблокирован холмами. Однако он менее восприимчив к помехам от радиопомех ( RFI , sferics , static) и имеет более высокую точность воспроизведения ; лучшая частотная характеристикаи меньшее искажение звука , чем AM. В США излучаемая мощность ( ERP ) FM-станций варьируется от 6 до 100 кВт.
• Цифровое аудиовещание (DAB) дебютировало в некоторых странах в 1998 году. Оно передает звук в виде цифрового сигнала, а не аналогового сигнала, как это делают AM и FM. ^[11] DAB может обеспечить более высокое качество звука, чем FM (хотя многие станции не выбирают передачу с таким высоким качеством), обладает большей устойчивостью к радиошумам и помехам, лучше использует ограниченную полосу радиочастотного спектра и предоставляет расширенные возможности пользовательские функции, такие как электронные программы передач. Его недостаток в том, что он несовместим с предыдущими радиостанциями, поэтому необходимо приобретать новый приемник DAB. Большинство стран планируют в конечном итоге переход с FM на DAB. США и Канада предпочли не внедрять DAB.

Одна станция DAB передает сигнал с полосой пропускания 1500 кГц, который передает от 9 до 12 каналов цифрового звука, модулированных с помощью OFDM, из которых слушатель может выбирать. Радиовещательные компании могут передавать канал с разной скоростью передачи данных , поэтому разные каналы могут иметь разное качество звука. В разных странах станции DAB вещают либо в диапазоне III (174–240 МГц), либо в диапазоне L (1,452–1,492 ГГц) в диапазоне УВЧ, поэтому, как и при приеме в диапазоне FM, визуальный горизонт ограничен примерно 40 милями (64 км).

• Digital Radio Mondiale (DRM) - это конкурирующий стандарт цифрового наземного радиовещания, разработанный в основном радиовещательными организациями в качестве замены с более высокой спектральной эффективностью для устаревшего вещания AM и FM. Mondiale означает «всемирный» на французском и итальянском языках, а технология DRM, разработанная в 2001 году, в настоящее время поддерживается в 23 странах и была принята некоторыми европейскими и восточными вещательными компаниями, начиная с 2003 года. Режим DRM30 использует полосы вещания AM ниже 30 МГц и является предназначен для замены AM и коротковолнового вещания, а в режиме DRM + используется VHFчастоты сосредоточены на диапазоне FM-вещания и предназначены для замены FM-вещания. Он несовместим с существующими радиоприемниками и требует от слушателей покупки нового приемника DRM. Используемая модуляция представляет собой форму OFDM, называемую COFDM, в которой до 4 несущих передаются в канале, ранее занятом одним AM или FM-сигналом, модулированным квадратурной амплитудной модуляцией (QAM). Система DRM разработана так, чтобы быть максимально совместимой с существующими радиопередатчиками AM и FM, поэтому большая часть оборудования на существующих радиостанциях не нуждается в замене.
• Спутниковое радио - это служба радиосвязи по подписке, которая транслирует цифровой звук с качеством компакт-диска прямо на приемники абонентов, используя микроволновый сигнал нисходящей линии связи от спутника прямой радиовещания на геостационарной орбите на высоте 22 000 миль над Землей. Он в основном предназначен для автомобильных радиоприемников в транспортных средствах. Спутниковое радио использует диапазон 2,3 ГГц S в Северной Америке, в других частях мира он использует диапазон 1,4 ГГц L, выделенный для DAB.
  Телевизионный приемник

Телевещание [ править ]

Телевещание - это передача движущихся изображений по радио, которые состоят из последовательностей неподвижных изображений, которые отображаются на экране телевизионного приемника («телевизор» или телевизор) вместе с синхронизированным звуковым (звуковым) каналом. Телевизионные ( видео ) сигналы занимают более широкую полосу пропускания, чем широковещательные радиосигналы ( аудио ). Аналоговое телевидение , оригинальная телевизионная технология, требовало 6 МГц, поэтому телевизионные полосы частот делятся на каналы по 6 МГц, которые теперь называются «радиочастотными каналами». Текущий телевизионный стандарт, представленный в 2006 году, представляет собой цифровой формат под названием HDTV.(телевидение высокой четкости), который передает изображения с более высоким разрешением, обычно 1080 пикселей в высоту на 1920 пикселей в ширину, со скоростью 25 или 30 кадров в секунду. Системы передачи цифрового телевидения (DTV), пришедшие на смену более старому аналоговому телевидению в переходный период, начавшийся в 2006 году, используют сжатие изображения и высокоэффективную цифровую модуляцию, такую ​​как OFDM и 8VSB, для передачи видео HDTV в меньшей полосе пропускания, чем старые аналоговые каналы, что позволяет экономить дефицитное радио. спектрКосмос. Таким образом, каждый из аналоговых радиочастотных каналов 6 МГц теперь поддерживает до 7 каналов DTV - они называются «виртуальными каналами». Приемники цифрового телевидения ведут себя иначе, чем аналоговое телевидение, в присутствии плохого приема или шума, что называется эффектом « цифрового обрыва ». В отличие от аналогового телевидения, в котором ухудшающийся прием приводит к постепенному ухудшению качества изображения, в цифровом телевидении плохой прием не влияет на качество изображения, пока в определенный момент приемник не перестанет работать и экран не станет черным.

• Наземное телевидение , эфирное (OTA) телевидение или широковещательное телевидение - старейшая телевизионная технология, представляет собой передачу телевизионных сигналов от наземных телевизионных станций на телевизионные приемники (называемые телевизорами или телевизорами) в домах зрителей. Наземное телевизионное вещание использует диапазоны 41–88 МГц ( низкочастотный диапазон ОВЧ или диапазон I , несущий радиочастотные каналы 1–6), 174–240 МГц (высокочастотный диапазон ОВЧ или диапазон III ; несущий радиочастотные каналы 7–13) и 470– 614 МГц ( диапазоны IV и V УВЧ; несущие RF каналы 14 и выше). Точные границы частот различаются в разных странах. Распространение осуществляется по прямой видимости , поэтому прием ограничен визуальным горизонтом 30–40 миль (48–64 км). В США эффективная излучаемая мощность (ERP) телевизионных передатчиков ограничена до 35 кВт в низком диапазоне VHF, 50 кВт в высоком диапазоне VHF и 220 кВт в диапазоне UHF; большинство телеканалов работают ниже 75% установленного лимита. В большинстве мест зрители используют простую дипольную антенну типа "кроличьи уши" поверх телевизора, но зрители в периферийных зонах приема на расстоянии более 15 миль от станции обычно должны использовать наружную антенну, установленную на крыше, чтобы получить адекватный прием.

• Спутниковое телевидение - приставка, которая принимает прямую подписку на спутниковое телевидение и отображает его на обычном телевидении . Прямое вещание спутник на геостационарной орбите 22,200 миль (35700 км) над земной экваторе передает множество каналов (до 900) , модулированных на 12,2 до 12,7 ГГц K у полосы СВЧ - сигнал нисходящей линии связи на крышу тарелки спутниковой антенну на месте жительства абонента. Микроволновый сигнал преобразуется в более низкую промежуточную частоту на антенне и передается в здание по коаксиальному кабелю кТВ -приставка подключается к телевизору абонента, где она демодулируется и отображается. Абонент платит ежемесячную плату.

Время и частота [ править ]

Службы государственных стандартных частот и сигналов времени управляют радиостанциями времени, которые непрерывно передают чрезвычайно точные сигналы времени, создаваемые атомными часами , в качестве справочной информации для синхронизации других часов. Примеры: BPC , DCF77 , JJY , MSF , RTZ , TDF , WWV и YVTO . Одно из применений - радиочасы и часы, которые включают в себя автоматический приемник, который периодически (обычно еженедельно) принимает и декодирует сигнал времени и сбрасывает внутренние кварцевые часы часов.с правильным временем, что позволяет маленьким часам или настольным часам иметь такую ​​же точность, как атомные часы. Число государственных станций времени сокращается, поскольку спутники GPS и протокол сетевого времени в Интернете (NTP) обеспечивают одинаково точные стандарты времени.

Двусторонняя голосовая связь [ править ]

Приемо-передающие устройства представляет собой аудио приемопередатчик , A приемник и передатчик в том же самом устройстве, используются для двунаправленнога от человека к человеку голосовой связи с другими пользователями с аналогичными радиостанциями. Более старый термин для обозначения этого вида связи - радиотелефония . Радиосвязь может быть полудуплексной , как в рации , с использованием единственного радиоканала, в котором одновременно может передавать только одно радио, поэтому разные пользователи по очереди разговаривают, нажимая кнопку « нажми и говори » на своем радио. который выключает приемник и включает передатчик. Или радиосвязь может быть полнодуплексной, двунаправленная связь с использованием двух радиоканалов, чтобы оба человека могли разговаривать одновременно, как по мобильному телефону.

• Сотовый телефон - портативный беспроводной телефон, который подключается к телефонной сети с помощью радиосигналов, передаваемых с локальной антенной на базовой станции сотовой связи ( вышке сотовой связи ). ^[12] Зона обслуживания, обслуживаемая поставщиком, разделена на небольшие географические области, называемые «сотами», каждая из которых обслуживается отдельной антенной базовой станции и многоканальным приемопередатчиком . Все сотовые телефоны в ячейке взаимодействуют с этой антенной по отдельным частотным каналам, назначенным из общего пула частот.

  Цель организации сотовой связи - сохранить полосу пропускания радиосвязи за счет повторного использования частот . Используются маломощные передатчики, поэтому радиоволны, используемые в соте, не распространяются далеко за пределы соты, что позволяет повторно использовать те же частоты в географически разделенных сотах. Когда пользователь с мобильным телефоном переходит из одной ячейки в другую, его телефон автоматически плавно «переключается» на новую антенну и ему назначаются новые частоты. В сотовых телефонах есть полностью автоматизированный полнодуплексный цифровой приемопередатчик, использующий модуляцию OFDM с использованием двух цифровых радиоканалов, каждый из которых передает одно направление двунаправленного разговора, а также канал управления, который обрабатывает вызовы и «передает» телефон другой вышке сотовой связи. СтаршаяСети 2G , 3G и 4G используют частоты в УВЧ и низком микроволновом диапазоне, от 700 МГц до 3 ГГц. Передатчик сотового телефона регулирует выходную мощность для использования минимальной мощности, необходимой для связи с вышкой сотовой связи; 0,6 Вт рядом с вышкой, до 3 Вт на удалении. Вышка сотовой мощности передатчика канала 50 Вт текущего поколения телефонов, так называемые смартфоны , имеют множество функций , помимо телефонных звонков, и , следовательно , имеют несколько других радиопередатчиков и приемников , которые соединяют их с другими сетями: как правило, Wi - Fi модем , а Bluetooth - модем, и GPS приемник .

  • Сотовая сеть 5G - сотовые сети следующего поколения, которые начали развертываться в 2019 году. Их главное преимущество - гораздо более высокие скорости передачи данных, чем у предыдущих сотовых сетей, до 10  Гбит / с ; В 100 раз быстрее, чем предыдущая сотовая технология 4G LTE . Более высокие скорости передачи данных достигаются частично за счет использования более высокочастотных радиоволн в более высоком микроволновом диапазоне 3–6 ГГц и миллиметровом диапазоне волн около 28 и 39 ГГц. Поскольку эти частоты имеют более короткий диапазон, чем предыдущие диапазоны сотовых телефонов, ячейки будут меньше, чем ячейки в предыдущих сотовых сетях, ширина которых может составлять много миль. Ячейки миллиметрового диапазона будут иметь длину всего несколько блоков, и вместо базовой станции ячейки и антенная вышка, у них будет много маленьких антенн, прикрепленных к опорам и зданиям.

• Спутниковый телефон ( сатфон ) - портативный беспроводной телефон, похожий на сотовый телефон, подключенный к телефонной сети через радиоканал с орбитальным спутником связи, а не через вышки сотовой связи . Они дороже сотовых телефонов; но их преимущество состоит в том, что, в отличие от сотового телефона, который ограничен областями, покрытыми вышками сотовой связи, спутниковые телефоны могут использоваться на большей части или на всей географической территории Земли. Для связи телефона со спутником с помощью небольшой всенаправленной антенны в системах первого поколения используются спутники на низкой околоземной орбите., примерно 400–700 миль (640–1100 км) над поверхностью. При орбитальном периоде около 100 минут спутник может находиться в поле зрения телефона только в течение 4-15 минут, поэтому вызов "передается" другому спутнику, когда он проходит за местным горизонтом. Следовательно, требуется большое количество спутников, от 40 до 70, чтобы гарантировать, что хотя бы один спутник постоянно находится в поле зрения из каждой точки на Земле. В других спутниковых системах используются спутники на геостационарной орбите, для которых необходимо всего несколько спутников, но их нельзя использовать на высоких широтах из-за наземных помех.
• Беспроводной телефон - стационарный телефон, в котором трубка является портативной и связывается с остальной частью телефона по полнодуплексной радиосвязи ближнего действия , а не с помощью шнура. И трубка, и базовая станция имеют маломощные FM-радиопередатчики, работающие в диапазоне УВЧ, которые поддерживают двунаправленную радиосвязь ближнего действия.

• Сухопутная мобильная радиосистема - мобильные или портативные полудуплексные радиоприемопередатчики малого радиуса действия, работающие в диапазоне ОВЧ или УВЧ, которые могут использоваться без лицензии. Они часто устанавливаются в транспортных средствах, при этом мобильные устройства связываются с диспетчером на стационарной базовой станции . Специальные системы с зарезервированными частотами используются службами быстрого реагированияСервисы; полиция, пожарная служба, скорая помощь, службы экстренной помощи и другие государственные службы. Другие системы предназначены для использования коммерческими фирмами, такими как службы такси и доставки. Системы УКВ используют каналы в диапазонах 30–50 МГц и 150–172 МГц. В УВЧ-системах используется диапазон 450–470 МГц, а в некоторых областях - диапазон 470–512 МГц. Как правило, системы VHF имеют большую дальность действия, чем UHF, но требуют более длинных антенн. В основном используется модуляция AM или FM, но внедряются цифровые системы, такие как DMR . Излучаемая мощность обычно ограничивается 4 Вт. ^[12] Эти системы имеют довольно ограниченную дальность действия, обычно от 3 до 20 миль (от 4,8 до 32 км) в зависимости от местности. Повторителиустановленные на высоких зданиях, холмах или горных вершинах, часто используются для увеличения дальности, когда требуется охватить большую площадь, чем прямая видимость. Примерами сухопутных подвижных систем являются CB , FRS , GMRS и MURS . Современные цифровые системы, называемые транкинговыми радиосистемами , имеют систему управления цифровыми каналами, использующую канал управления, который автоматически назначает частотные каналы группам пользователей.
  • Walkie-talkie - портативная портативная полудуплексная двусторонняя радиостанция с питанием от батареи, используемая в наземных мобильных радиосистемах.
• Airband - полудуплексная радиосистема, используемая пилотами самолетов для общения с другими самолетами и авиадиспетчерами наземного базирования . Эта жизненно важная система является основным каналом связи для управления воздушным движением . Для большей части связи при наземных полетах в воздушных коридорах используется система VHF-AM, использующая каналы между 108 и 137 МГц в диапазоне VHF . Эта система имеет типичную дальность передачи 200 миль (320 км) для самолетов, летящих на крейсерской высоте. Для полетов в более отдаленные районы, таких как трансокеанские рейсы авиакомпаний, самолеты используют ВЧ- диапазон или каналы на Inmarsat или Iridium.спутниковые телефоны. Военные самолеты также используют выделенный диапазон UHF-AM от 225,0 до 399,95 МГц.

• Морское радио - приемопередатчики среднего радиуса действия на судах, используемые для связи судно-судно, судно-воздух и судно-берег с капитанами порта. Они используют каналы FM между 156 и 174 МГц в диапазоне VHF с мощностью до 25 Вт. , что дает им дальность действия около 60 миль (97 км). Некоторые каналы являются полудуплексными, а некоторые - полнодуплексными , чтобы быть совместимыми с телефонной сетью, чтобы пользователи могли совершать телефонные звонки через морского оператора.
• Любительское радио - полудуплексное двустороннее радио дальнего действия, используемое любителями в некоммерческих целях: радиосвязь для отдыха с другими любителями, добровольная связь в экстренных ситуациях во время бедствий, соревнований и экспериментов. Радиолюбители должны иметь лицензию на радиолюбительство и иметь уникальный позывной, который должен использоваться в качестве идентификатора при передаче. Любительское радио ограничено небольшими полосами частот, любительскими радиодиапазонами , расположенными по всему радиочастотному спектру от 136 кГц до 2,4 ГГц. В этих диапазонах любителям разрешена свобода передачи на любой частоте с широким спектром методов модуляции. Помимо радиотелефонии, радиолюбители - единственные радисты, все еще использующие устаревшую радиотелеграфию с кодом Морзе .

Односторонняя голосовая связь [ править ]

Односторонняя радиопередача называется симплексной .

• Радионяня - это детская кроватка для родителей младенцев, которая передает звуки ребенка на приемник, который несет родитель, чтобы они могли следить за ребенком, когда он находится в других частях дома. Они передают в FM на частотах 49,300, 49,830, 49,845, 49,860 или 49,875 МГц с низким энергопотреблением. Многие радионяни имеют дуплексные каналы, чтобы родитель мог разговаривать с ребенком, и видеокамеры, чтобы показать изображение ребенка, это называется детской камерой .
• Беспроводной микрофон - микрофон с батарейным питанием и передатчиком ближнего действия, который переносится в руке или носит на теле человека, который передает звук по радио на ближайший приемник, подключенный к звуковой системе. Беспроводные микрофоны используются публичными ораторами, артистами и телеведущими, поэтому они могут свободно перемещаться, не растягивая микрофонный шнур. Аналоговые модели передают в FM на неиспользуемых частях частот телевизионного вещания в диапазонах VHF и UHF. Некоторые модели передают на двух частотных каналах для разнесенного приема, чтобы не допустить прерывания передачи нулевыми сигналами при перемещении исполнителя. В некоторых моделях используется цифровая модуляция для предотвращения несанкционированного приема радиоприемниками сканера; они работают в диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц или 6 ГГц.Диапазоны ISM .

Обмен данными [ править ]

• Беспроводные сети - автоматизированные радиолинии, которые передают цифровые данные между компьютерами и другими беспроводными устройствами с помощью радиоволн, прозрачно связывая устройства в компьютерной сети . Компьютерные сети могут передавать любую форму данных: помимо электронной почты и веб-страниц, они также передают телефонные звонки ( VoIP ), аудио и видео контент (называемый потоковым медиа ). Безопасность является более серьезной проблемой для беспроводных сетей, чем для проводных сетей, поскольку любой, кто находится поблизости с беспроводным модемом, может получить доступ к сигналу и попытаться войти в систему. Радиосигналы беспроводных сетей шифруются с использованием WPA .
  Портативный компьютер с Wi-Fi и типичным домашним беспроводным маршрутизатором (справа), подключающим его к Интернету
  • Беспроводная локальная сеть ( беспроводная локальная сеть или Wi-Fi ) - основанная на стандартах IEEE 802.11 , это наиболее широко используемые компьютерные сети, используемые для реализации локальных сетей без кабелей, соединения компьютеров, ноутбуков, сотовых телефонов, игровых консолей , смарт-телевизоров. и принтеры в доме или офисе вместе, а также к беспроводному маршрутизатору, соединяющему их с Интернетом с помощью проводного или кабельного соединения. Беспроводные маршрутизаторы в общественных местах, таких как библиотеки, отели и кафе, создают точки беспроводного доступа ( точки доступа), чтобы люди могли получать доступ в Интернет с портативных устройств, таких как смартфоны , планшеты или ноутбуки . Каждое устройство обменивается данными с помощью беспроводного модема (контроллера интерфейса беспроводной сети), автоматизированного микроволнового передатчика и приемника со всенаправленной антенной, которая работает в фоновом режиме, обмениваясь пакетами данных с маршрутизатором. WiFi использует каналы в диапазонах ISM 2,4 ГГц и 5 ГГц с OFDM ( мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов).) модуляция для передачи данных с высокой скоростью. Передатчики в модемах WiFi ограничены излучаемой мощностью от 200 мВт до 1 Вт, в зависимости от страны. Их максимальная дальность действия в помещении составляет около 150 футов (50 м) на частоте 2,4 ГГц и 50 футов (20 м) на частоте 5 ГГц.
    Районный беспроводной маршрутизатор WAN на телефонном столбе
  • Беспроводная глобальная сеть (беспроводная глобальная сеть, WWAN) - множество технологий, которые обеспечивают беспроводной доступ в Интернет на более обширной территории, чем сети Wi-Fi, - от офисного здания до кампуса, района или всего города. Наиболее часто используемые технологии: сотовые модемы , которые обмениваются компьютерными данными по радио с вышками сотовой связи ; спутниковый доступ в Интернет; и более низкие частоты в диапазоне УВЧ, которые имеют больший диапазон, чем частоты WiFi. Поскольку сети WWAN намного дороже и сложнее в администрировании, чем сети WiFi, их использование до сих пор ограничивалось частными сетями, управляемыми крупными корпорациями.
  • Bluetooth - беспроводной интерфейс с очень малым радиусом действия на портативном беспроводном устройстве, используемый вместо проводного или кабельного соединения, в основном для обмена файлами между портативными устройствами и подключения мобильных телефонов и музыкальных плееров с беспроводными наушниками . В наиболее широко используемом режиме мощность передачи ограничена 1 милливаттом, что дает очень короткий диапазон до 10 м (30 футов). В системе используется передача с расширенным спектром со скачкообразной перестройкой частоты , при которой последовательные пакеты данных передаются в псевдослучайном порядке по одному из 79 каналов Bluetooth шириной 1 МГц между 2,4 и 2,83 ГГц в диапазоне ISM . Это позволяет сетям Bluetooth работать в присутствии шума., другие беспроводные устройства и другие сети Bluetooth, использующие те же частоты, поскольку вероятность того, что другое устройство попытается передать на той же частоте в то же время, что и модем Bluetooth, мала. В случае такой «коллизии» модем Bluetooth просто повторно передает пакет данных на другой частоте.
  • Пакетная радиосвязь - это одноранговая одноранговая беспроводная одноранговая сеть на большие расстояния, в которой пакетами данных обмениваются управляемые компьютером радиомодемы (передатчики / приемники), называемые узлами, которые могут быть разделены на много миль и могут быть мобильными. Каждый узел обменивается данными только с соседними узлами, поэтому пакеты данных передаются от узла к узлу, пока не достигнут пункта назначения. Использует сетевой протокол X.25 . Системы пакетной радиосвязи в ограниченной степени используются коммерческими телекоммуникационными компаниями и сообществом радиолюбителей .
• Обмен текстовыми сообщениями (текстовые сообщения) - это услуга на мобильных телефонах , позволяющая пользователю набрать короткое буквенно-цифровое сообщение и отправить его на другой номер телефона, при этом текст отображается на экране телефона получателя. Он основан на службе коротких сообщений (SMS), которая передает с использованием резервной полосы пропускания на управляющем радиоканале, используемом сотовыми телефонами для обработки фоновых функций, таких как набор номера и передача обслуживания сотовой связи. Из-за технических ограничений канала текстовые сообщения ограничены 160 буквенно-цифровыми символами.

• Ретранслятор микроволн - это высокоскоростной двухточечный канал передачи цифровых данных на большие расстояния, состоящий из микроволнового передатчика, подключенного к тарелочной антенне, который передает луч микроволн на другую тарелочную антенну и приемник. Поскольку антенны должны находиться в зоне прямой видимости, расстояния ограничены видимым горизонтом до 30–40 миль (48–64 км). Микроволновые каналы используются для передачи данных частного бизнеса, глобальных компьютерных сетей (WAN) и телефонными компаниями для передачи междугородних телефонных звонков и телевизионных сигналов между городами.
• Телеметрия - автоматизированная односторонняя (симплексная) передача данных измерений и операций от удаленного процесса или устройства к приемнику для мониторинга. Телеметрия используется для мониторинга в полете ракет, дронов, спутников и радиозондов метеозондов , отправки научных данных обратно на Землю с межпланетных космических кораблей, связи с электронными биомедицинскими датчиками, имплантированными в человеческое тело, и каротажа скважин . Множественные каналы данных часто передаются с использованием мультиплексирования с частотным разделением каналов или мультиплексирования с временным разделением каналов . Телеметрия начинает использоваться в таких потребительских приложениях, как:
  • Автоматическое чтение метра - счетчики электрической энергии , счетчики воды и счетчики газа , что при срабатывании сигнала опроса, передают свои показания по радио грузового читателя автомобиля на бордюре, чтобы устранить потребность работника идти на имуществе заказчика считывать показания счетчика вручную.
  • Электронный сбор платы за проезд - на платных дорогах , альтернатива ручному сбору платы за проезд в пункте взимания платы, в котором транспондер в транспортном средстве при срабатывании придорожного передатчика передает сигнал на придорожный приемник, чтобы зарегистрировать использование транспортного средства дороги. , позволяя владельцу выставлять счет за проезд.

• Радиочастотная идентификация (RFID) - идентификационные метки, содержащие крошечный радиоответчик ( приемник и передатчик ), которые прикрепляются к товарам. Когда он получает запрос радиоволн от ближайшего считывающего устройства, метка передает обратно идентификационный номер, который можно использовать для инвентаризации товаров. Пассивные метки, наиболее распространенный тип, имеют микросхему, питающуюся от радиосигнала, полученного от считывателя, выпрямленного диодом, и могут быть размером с рисовое зерно. Они входят в состав продуктов, одежды, вагонов, библиотечных книг, багажных бирок авиакомпаний и имплантируются под кожу домашних животных и скота ( имплантат микрочипа ) и даже людей. Проблемы конфиденциальности были решены с помощью тегов, использующих зашифрованныесигнализирует и аутентифицирует читателя перед ответом. Пассивные метки используют диапазоны ISM 125–134 кГц, 13, 900 МГц, 2,4 и 5 ГГц и имеют небольшой диапазон. Активные метки, питаемые от батареи, больше по размеру, но могут передавать более сильный сигнал, что дает им радиус действия в сотни метров.
• Подводная связь. Когда подводные лодки находятся под водой, они отрезаны от обычной радиосвязи со своими военными властями из-за проводящей морской воды. Однако радиоволны достаточно низких частот в диапазонах ОНЧ (от 30 до 3 кГц) и СНЧ (ниже 3 кГц) могут проникать в морскую воду. Военно-морские силы используют большие береговые передающие станции с выходной мощностью в мегаваттном диапазоне для передачи зашифрованных сообщений своим подводным лодкам в Мировом океане. Из-за небольшой полосы пропускания эти системы не могут передавать голос, только текстовые сообщения с низкой скоростью передачи данных. Канал связи является односторонним, поскольку длинные антенны, необходимые для передачи волн ОНЧ или СНЧ, не могут поместиться на подводной лодке. VLFв передатчиках используются проволочные антенны длиной в несколько миль, например зонтичные антенны . Некоторые страны используют передатчики СНЧ, работающие около 80 Гц, которые могут связываться с подводными лодками на более низких глубинах. В них используются еще большие антенны, называемые наземными диполями , состоящие из двух заземляющих (земных) соединений на расстоянии 23–60 км (14–37 миль) друг от друга, соединенных воздушными линиями передачи с передатчиком электростанции.

Космическая связь [ править ]

Это радиосвязь между космическим кораблем и наземной станцией наземного базирования или другим космическим кораблем. Связь с космическими кораблями включает в себя самые большие расстояния передачи из всех радиолинией, до миллиардов километров для межпланетных космических кораблей . Для приема слабых сигналов от далеких космических аппаратов наземные спутниковые станции используют большие параболические "тарелочные" антенны диаметром до 25 метров (82 фута) и чрезвычайно чувствительные приемники. Используются высокие частоты в микроволновом диапазоне, так как микроволны проходят через ионосферу без преломления , а на микроволновых частотах антенны с высоким коэффициентом усиленияНеобходимые для фокусировки радиоэнергии в узкий луч, направленный на приемник, малы и занимают минимум места на спутнике. Части УВЧ , L , C , S , K U и K в группу выделяются для космической связи. Линия радиосвязи, которая передает данные с поверхности Земли на космический корабль, называется восходящей линией связи , а линия связи, которая передает данные с космического корабля на землю, называется нисходящей линией связи.

• Спутник связи - искусственный спутник, используемый в качестве телекоммуникационного ретранслятора для передачи данных между удаленными друг от друга точками на Земле. Они используются, потому что микроволны, используемые для телекоммуникаций, перемещаются по линии прямой видимости и поэтому не могут распространяться по кривой Земли. В настоящее время на орбите Земли находится более 2000 спутников связи. Большинство из них находится на геостационарной орбите на высоте 22 200 миль (35 700 км) над экватором , так что спутник кажется неподвижным в одной и той же точке неба, поэтому спутниковые тарелочные антенны наземных станций могут быть постоянно нацелены на эту точку и не должны перемещаться. чтобы отследить это. На наземной спутниковой станцииСВЧ-передатчик и большая спутниковая тарелочная антенна передает на спутник микроволновый луч восходящей линии связи. Сигнал восходящей линии связи переносит множество каналов телекоммуникационного трафика, например междугородные телефонные звонки, телевизионные программы и интернет-сигналы, с использованием метода, называемого мультиплексированием с частотным разделением (FDM). На спутнике транспондерпринимает сигнал, преобразует его на другую частоту нисходящей линии связи, чтобы избежать помех сигналу восходящей линии связи, и повторно передает его вниз на другую наземную станцию, которая может быть значительно отделена от первой. Там сигнал нисходящей линии связи демодулируется, и передаваемый им телекоммуникационный трафик отправляется по местным адресатам по наземным линиям связи. Спутники связи обычно имеют несколько десятков транспондеров на разных частотах, которые арендуются разными пользователями.
• Спутник прямого вещания - геостационарный спутник связи, который передает розничные программы непосредственно на приемники в домах абонентов и транспортных средствах на Земле, в системах спутникового радио и телевидения. Он использует более высокую мощность передатчика, чем другие спутники связи, что позволяет потребителям принимать сигнал с помощью небольшой ненавязчивой антенны. К примеру, спутниковые телевизионные использования нисходящей линии связи частот от 12,2 до 12,7 ГГц в к у полосы , передаваемой при 100 до 250 ватт, которая может быть получена с помощью сравнительно небольшого 43-80 см (17-31 дюйма) спутниковых антенн , установленных на внешней стороне зданий .

Радар [ править ]

Радар - это метод радиолокации, используемый для обнаружения и отслеживания самолетов, космических кораблей, ракет, кораблей, транспортных средств, а также для картографирования погодных условий и местности. Радиолокационная станция состоит из передатчика и приемника. Передатчик излучает узкий луч радиоволн, который распространяется по окружающему пространству. Когда луч попадает в целевой объект, радиоволны отражаются обратно в приемник. Направление луча показывает местоположение объекта. Поскольку радиоволны распространяются с постоянной скоростью, близкой к скорости света , измеряя короткую временную задержку между исходящим импульсом и принятым «эхом», можно рассчитать расстояние до цели. Цели часто отображаются графически на карте, называемой экраном радара . Доплеровский радар может измерять скорость движущегося объекта, измеряя изменение частоты отраженных радиоволн из-за эффекта Доплера .

В радиолокационных установках в основном используются высокие частоты в микроволновом диапазоне, поскольку эти частоты создают сильные отражения от объектов размером с автомобиль и могут быть сфокусированы в узкие лучи с помощью компактных антенн. Широко используются параболические (тарелочные) антенны . В большинстве радаров передающая антенна также служит приемной антенной; это называется моностатическим радаром . Радар, в котором используются отдельные передающая и приемная антенны, называется бистатическим радаром .

• РЛС наблюдения за аэропортом. В авиации радар является основным инструментом управления воздушным движением . Вращающаяся тарелочная антенна излучает вертикальный веерообразный пучок микроволн в воздушном пространстве, и радарный набор показывает местоположение самолета в виде «световых бликов» на дисплее, который называется экраном радара. Радар аэропорта работает на уровне 2,7 - 2,9 ГГц в микроволновом S диапазоне . В крупных аэропортах радиолокационное изображение отображается на нескольких экранах в операционной, называемой TRACON ( Terminal Radar Approach Control ), где авиадиспетчеры направляют самолет по радио для обеспечения безопасного эшелонирования самолетов.
  • Вторичный обзорный радар - самолет оснащен радиолокационными транспондерами , приемопередатчиками, которые при срабатывании входящего радиолокационного сигнала передают ответный микроволновый сигнал. Это заставляет самолет более четко отображаться на экране радара. Радар, который запускает транспондер и принимает отраженный луч, обычно установлен на верхней части тарелки основного радара, называется вторичным обзорным радаром . Поскольку радар не может измерить высоту самолета с какой-либо точностью, транспондер также передает обратно высоту самолета, измеренную его высотомером , и идентификационный номер, идентифицирующий самолет, который отображается на экране радара.
• Электронные средства противодействия (ECM) - военные защитные электронные системы, разработанные для снижения эффективности вражеских радаров или введения их в заблуждение с помощью ложной информации, чтобы не дать противнику определить местонахождение местных сил. Он часто состоит из мощных микроволновых передатчиков, которые могут имитировать сигналы радаров противника для создания ложных указаний цели на экранах радаров противника.
• Радарный высотомер - специализированный радар на летательном аппарате, который измеряет высоту самолета над землей, отражая радиолуч от поверхности земли и измеряя время возврата эхо-сигнала.

• Морской радар - радар X-диапазона на кораблях, используемый для обнаружения близлежащих судов и препятствий, таких как мосты. Вращающаяся антенна направляет вертикальный веерообразный пучок микроволн вокруг водной поверхности, окружающей корабль, до горизонта.
• Метеорологический радар - доплеровский радар, который отображает погодные системы и измеряет скорость ветра, отражая микроволны от капель дождя.
• Радар с фазированной антенной решеткой - радар, который использует фазированную решетку , антенну с компьютерным управлением, которая может быстро направлять луч радара в разные стороны, не перемещая антенну. Военные разработали радары с фазированной антенной решеткой для отслеживания быстро движущихся ракет и самолетов. Они широко используются в военной технике и теперь находят применение в гражданских целях.
• Радар с синтезированной апертурой (SAR) - специальный бортовой радар, который создает карту местности с высоким разрешением. Радар устанавливается на самолет или космический корабль, и антенна радара излучает луч радиоволн вбок, под прямым углом к ​​направлению движения, к земле. При обработке обратного сигнала радара движение транспортного средства используется для имитации большой антенны, что дает радару более высокое разрешение.
• Георадар - это специализированный радиолокационный прибор, который катится по поверхности земли в тележке и передает луч радиоволн в землю, создавая изображение подповерхностных объектов. Используются частоты от 100 МГц до нескольких ГГц. Поскольку радиоволны не могут проникать очень глубоко в землю, глубина георадара ограничена примерно 50 футами.
• Система предотвращения столкновений - радар ближнего действия или система LIDAR на автомобиле или транспортном средстве, который определяет, собирается ли транспортное средство столкнуться с объектом, и применяет тормоза для предотвращения столкновения.
• Радиолокационный взрыватель - детонатор для воздушной бомбы, который использует радиолокационный высотомер для измерения высоты бомбы над землей, когда она падает, и взрывает ее на определенной высоте.
• Радар для определения скорости - портативный доплеровский радар, используемый дорожной полицией для измерения скорости транспортных средств, чтобы определить, соблюдают ли они местные ограничения скорости . Когда офицер наводит пистолет на автомобиль и нажимает на спусковой крючок, его скорость отображается на цифровом дисплее. Скорость пушки использовать X группу или К ¯u группу .

Радиолокация [ править ]

Радиолокация - это общий термин, охватывающий различные методы, использующие радиоволны для определения местоположения объектов или для навигации.

• Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) или система спутниковой навигации - система спутников, которая позволяет определять географическое положение на Земле ( широту , долготу и высоту / высоту) с высокой точностью (в пределах нескольких метров) небольшими портативными навигационными приборами с помощью хронометраж прихода радиосигналов со спутников. На сегодняшний день это наиболее широко используемые навигационные системы. Основные спутниковые навигационные системы США системы глобального позиционирования (GPS), Россия «s ГЛОНАСС , Китай » S бэйдоу (BDS) и Европейского союза «S Galileo.
  • Система глобального позиционирования (GPS) - наиболее широко используемая спутниковая навигационная система, поддерживаемая ВВС США, которая использует созвездие из 31 спутника на низкой околоземной орбите . Орбиты спутников распределены таким образом, что в любой момент времени над горизонтом над каждой точкой на Земле находятся как минимум четыре спутника. Каждый спутник имеет встроенные атомные часы и передает непрерывный радиосигнал, содержащий сигнал точного времени, а также его текущее положение. Используются две частоты: 1,2276 и 1,57542 ГГц. Поскольку скорость радиоволн практически постоянна, задержка радиосигнала от спутника пропорциональна расстоянию приемника от спутника. Принимая сигналы как минимум от четырех спутников, приемник GPSможет вычислить свое положение на Земле, сравнив время прибытия радиосигналов. Поскольку положение каждого спутника известно точно в любой момент времени, по задержке положение приемника может быть вычислено микропроцессором в приемнике. Положение может отображаться как широта и долгота или как маркер на электронной карте. Приемники GPS встроены почти во все мобильные телефоны и транспортные средства, такие как автомобили, самолеты и корабли, и используются для направления дронов , ракет , крылатых ракет и даже артиллерийских снарядов к цели, а портативные приемники GPS производятся для путешественников и путешественников. военный.
• Радиомаяк - наземный радиопередатчик фиксированного местоположения, который передает непрерывный радиосигнал, используемый самолетами и кораблями для навигации . Расположение маяков нанесено на навигационные карты самолетов и кораблей.
  Авиационный радионавигационный маяк VOR / DME
  • Очень высокочастотный всенаправленный диапазон (VOR) - всемирная авиационная радионавигационная система, состоящая из фиксированных наземных радиомаяков, работающих в диапазоне от 108,00 до 117,95 МГц в диапазоне ОВЧ . Автоматический навигационный прибор на самолете показывает пеленг на ближайший передатчик VOR. Радиомаяк VOR передает два сигнала одновременно на разных частотах. Направленная антенна передает пучок радиоволн , который вращается как маяк при фиксированной скорости, в 30 раз в секунду. Когда направленный луч направлен на север, всенаправленная антенна передает импульс. Измеряя разность фазпо этим двум сигналам самолет может точно определить свой пеленг (или «радиальный») со станции. Пеленгуя два радиомаяка VOR, самолет может определить свое положение (так называемое «фиксирование») с точностью около 90 метров (300 футов). Большинство радиомаяков VOR также имеют возможность измерения расстояния, называемую оборудованием для измерения расстояния (DME); они называются VOR / DME. Самолет передает радиосигнал на маяк VOR / DME, а транспондер передает ответный сигнал. От задержки распространениямежду переданным и принятым сигналом самолет может рассчитать расстояние до маяка. Это позволяет летательному аппарату определять свое местоположение только по одному маяку VOR. Поскольку используются частоты прямой видимости VHF, радиомаяки VOR имеют дальность действия около 200 миль для самолетов на крейсерской высоте. TACAN - аналогичная военная система радиомаяков, которая передает в диапазоне 962–1213 МГц, а комбинированный радиомаяк VOR и TACAN называется VORTAC . В 2000 году во всем мире насчитывалось около 3000 радиомаяков VOR, но это число уменьшается, поскольку авиация переключается на систему RNAV , основанную на спутниковой навигации Глобальной системы позиционирования .
  • Ненаправленный радиомаяк (NDB) - устаревшие стационарные радиомаяки, использовавшиеся до системы VOR, которые передают простой сигнал во всех направлениях для самолетов или кораблей, используемых для радиопеленгации . В самолетах используются приемники автоматического пеленгатора (ADF), в которых используется направленная антенна для определения пеленга на маяк. По двум маякам они могут определить свое местоположение. NDB используют частоты от 190 до 1750 кГц в диапазонах LF и MF, которые распространяются за горизонт в виде наземных или небесных волн намного дальше, чем маяки VOR. Они передают позывнойсостоящий из одной-трех букв кода Морзе в качестве идентификатора.

• Аварийный радиомаяк - переносной радиопередатчик с батарейным питанием, используемый в чрезвычайных ситуациях для определения местонахождения самолетов, судов и людей, терпящих бедствие и нуждающихся в немедленной помощи. Различные типы аварийных радиомаяков носят с собой самолеты, корабли, автомобили, туристы и лыжники. В случае чрезвычайной ситуации, такой как крушение самолета, крушение корабля или потеря путешественника, передатчик срабатывает и начинает передавать непрерывный радиосигнал, который используется поисково-спасательными группами для быстрого обнаружения аварийной ситуации и оказать помощь. Аварийные спасательные маяки последнего поколения (EPIRB) содержат GPS-приемник., и транслировать спасателям их точное местоположение в пределах 20 метров.
  • Коспас-Сарсат - международный гуманитарный консорциум государственных и частных агентств, который выполняет функции диспетчера поисково-спасательных операций. Он управляет сетью, состоящей из приблизительно 47 спутников, на которых установлены радиоприемники, которые обнаруживают сигналы бедствия от аварийных радиомаяков в любой точке Земли, передающие на международной частоте бедствия Коспас 406 МГц. Спутники вычисляют географическое положение радиомаяка в пределах 2 км путем измерения доплеровского сдвига частоты радиоволн из-за относительного движения передатчика и спутника и быстро передают информацию в соответствующие местные организации быстрого реагирования , которые выполняютпоиск и спасение .

• Радиопеленгация (RDF) - это общий метод, используемый с начала 1900-х годов, с использованием специализированных радиоприемников с направленными антеннами (приемники RDF) для определения точного пеленга радиосигнала, чтобы определить местоположение передатчика. Местоположение наземного передатчика может быть определено простой триангуляцией по пеленгам, полученным двумя станциями RDF, разделенными географически, как точка, где пересекаются две линии пеленга, это называется "фиксированной точкой". Военные используют RDF для обнаружения вражеских сил с помощью своих тактических радиопередач, службы контрразведки используют его для обнаружения тайных передатчиков, используемых шпионскими агентами., а правительства используют его для обнаружения нелицензированных передатчиков или источников помех. В старых приемниках RDF использовались поворотные рамочные антенны , антенна поворачивалась до тех пор, пока уровень радиосигнала не стал самым слабым, что указывает на то, что передатчик находится в одном из двух нулей антенны . Нули используются, поскольку они острее лепестков антенны (максимумов). В более современных приемниках используются антенны с фазированной решеткой, которые имеют гораздо большее угловое разрешение.
  • Животное отслеживания миграции - широко используемый метод в дикой природе биологии , биологии охраны природы и природопользования , в которых маленькие радиопередатчики батарейках прикреплены к диким животным , так что их движения могут быть отслежены с помощью направленного RDF приемника. Иногда передатчик вживляют животному. Обычно используется диапазон VHF, поскольку антенны в этом диапазоне довольно компактны. Приемник имеет направленную антенну (обычно небольшую Яги), который поворачивается, пока принимаемый сигнал не станет самым сильным; в этот момент антенна направлена ​​в сторону животного. Сложные системы, используемые в последние годы, используют спутники для отслеживания животных или теги геолокации с приемниками GPS, которые записывают и передают журнал местоположения животного.

Пульт дистанционного управления [ править ]

Радиоуправление - это использование электронных управляющих сигналов, посылаемых радиоволнами от передатчика для управления действиями устройства в удаленном месте. Системы дистанционного управления также могут включать в себя телеметрические каналы в другом направлении, используемые для передачи в реальном времени информации о состоянии устройства обратно на станцию ​​управления. Беспилотные космические аппараты являются примером машин с дистанционным управлением, управляемых командами, передаваемыми наземными спутниковыми станциями . Большинство портативных пультов дистанционного управления, используемых для управления продуктами бытовой электроники, такими как телевизоры или DVD-плееры, фактически работают с инфракрасным светом.а не радиоволны, поэтому не являются примерами дистанционного радиоуправления. Проблема безопасности с системами дистанционного управления - это спуфинг , при котором неуполномоченное лицо передает имитацию управляющего сигнала, чтобы получить контроль над устройством. Примеры дистанционного радиоуправления:

• Беспилотный летательный аппарат (БПЛА, дрон). Дрон - это летательный аппарат без бортового пилота, управляемый с помощью дистанционного управления пилотом в другом месте, обычно на станции пилотирования на земле. Они используются военными для разведки и наземных атак, а в последнее время - гражданским миром для репортажей новостей и аэрофотосъемки . Пилот использует элементы управления самолетом, такие как джойстик или рулевое колесо, которые создают управляющие сигналы, которые передаются на дрон по радио для управления поверхностями полета и двигателем. Система телеметрии передает обратно видеоизображение с камеры в дроне, чтобы пилот мог видеть, куда он движется, и данные с приемника GPS, дающие информацию о местоположении самолета в реальном времени. БПЛА имеют на борту сложныесистемы автопилота , которые поддерживают стабильный полет и требуют только ручного управления для изменения направления.

• Система бесключевого доступа - портативный брелок-брелок с батарейным питанием , входящий в комплект большинства современных автомобилей, который может запирать и отпирать двери автомобиля снаружи, устраняя необходимость использования ключа. При нажатии кнопки передатчик отправляет закодированный радиосигнал на приемник в автомобиле, приводя в действие замки. Брелок должен находиться близко к автомобилю, обычно в пределах от 5 до 20 метров. Северная Америка и Япония используют частоту 315 МГц, а Европа - 433,92 и 868 МГц. Некоторые модели также могут запускать двигатель дистанционно, чтобы прогреть машину. Проблемой безопасности всех систем входа без ключа является повторная атака., в котором вор использует специальный приемник («код-граббер») для записи радиосигнала во время открытия, который впоследствии может быть воспроизведен, чтобы открыть дверь. Чтобы предотвратить это, бесключевые системы используют систему скользящего кода , в которой генератор псевдослучайных чисел в пульте дистанционного управления генерирует разные случайные ключи при каждом его использовании. Чтобы злоумышленники не смоделировали псевдослучайный генератор для вычисления следующего ключа, радиосигнал также зашифрован .
  • Устройство открывания гаражных ворот - ручной передатчик ближнего действия, который может открывать или закрывать дверь гаража с электроприводом снаружи, чтобы владелец мог открыть дверь, когда он подъезжает на своей машине, и закрыть ее после того, как уйдет. Когда кнопка нажата, система управления передает закодированный радиосигнал FSK на приемник в открывателе, поднимая или опуская дверь. Современные открыватели используют 310, 315 или 390 МГц. Чтобы предотвратить использование вором атаки повторного воспроизведения , современные открыватели используют систему скользящего кода .

• Радиоуправляемые модели - популярное хобби - игры с радиоуправляемыми моделями лодок, автомобилей, самолетов и вертолетов ( квадрокоптеров ), управление которыми осуществляется с помощью радиосигналов с портативной консоли с помощью джойстика . Самые последние передатчики используют диапазон ISM 2,4 ГГц с несколькими каналами управления, модулированными с помощью PWM , PCM или FSK.
• Беспроводной дверной звонок - дверной звонок для жилого дома, в котором используется беспроводная технология, которая устраняет необходимость прокладывать провода через стены здания. Он состоит из кнопки дверного звонка рядом с дверью, содержащей небольшой передатчик с батарейным питанием. Когда нажимается дверной звонок, он посылает сигнал на приемник в доме с динамиком, который подает звуковой сигнал, указывая на то, что кто-то находится у двери. Обычно они используют диапазон ISM 2,4 ГГц. Используемый частотный канал обычно может быть изменен владельцем в случае, если другой ближайший дверной звонок использует тот же канал.

Джемминг [ править ]

Радиопомехи - это преднамеренное излучение радиосигналов, предназначенное для создания помех приему других радиосигналов. Устройства глушения называются «подавителями сигналов», «генераторами помех» или просто генераторами помех. ^[14]

В военное время военные используют помехи, чтобы помешать тактической радиосвязи противника. Поскольку радиоволны могут выходить за пределы национальных границ, некоторые тоталитарные страны, практикующие цензуру, используют глушение, чтобы помешать своим гражданам слушать передачи радиостанций в других странах. Глушение обычно осуществляется мощным передатчиком, который генерирует шум на той же частоте, что и целевой передатчик.

Федеральный закон США запрещает невоенное использование или продажу любых типов устройств для подавления помех, включая те, которые создают помехи для GPS, сотовой связи, Wi-Fi и полицейских радаров. ^[15]

Научные исследования [ править ]

• Радиоастрономия - это научное исследование радиоволн, излучаемых астрономическими объектами. Радиоастрономы используют радиотелескопы , большие радиоантенны и приемники, чтобы принимать и изучать радиоволны от астрономических радиоисточников . Поскольку астрономические радиоисточники находятся так далеко, радиоволны от них чрезвычайно слабые, что требует чрезвычайно чувствительных приемников, а радиотелескопы являются наиболее чувствительными из существующих радиоприемников. Они используют большие параболические (тарелочные) антенны диаметром до 500 метров (2000 футов), чтобы собрать достаточно энергии радиоволн для изучения. В РФ переднего конца электроника приемника часто охлаждаются жидким азотом , чтобы уменьшить тепловой шум. Несколько антенн часто объединяются в решетки, которые функционируют как одна антенна для увеличения собирающей мощности. В интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) радиотелескопы на разных континентах связаны между собой, что позволяет достичь разрешения антенны в тысячи миль в диаметре.
• Дистанционное зондирование - в радио дистанционное зондирование - это прием электромагнитных волн, излучаемых естественными объектами или атмосферой, для научных исследований. Все теплые предметы излучают микроволны, и излучаемый спектр можно использовать для определения температуры. Микроволновые радиометры используются в метеорологии и науках о Земле для определения температуры атмосферы и поверхности земли, а также химических реакций в атмосфере.

Этимология [ править ]

Слово «радио» происходит от латинского слова «радиус», что означает «спица колеса, луч света, луч». Впервые он был применен к сообщениям в 1881 году , когда, по предложению французского ученого Эрнеста Меркадьер , Александр Грэхем Белл принял «радиотелефон» ( что означает «излучаемый звук») в качестве альтернативного имени для его фотофон оптической системы передачи. ^{[16] [17]} Однако это изобретение не получило широкого распространения.

После открытия Генрихом Герцем существования радиоволн в 1886 году для этого излучения первоначально использовались различные термины, включая «волны Герца», «электрические волны» и «эфирные волны». Первые практические системы радиосвязи, разработанные Гульельмо Маркони в 1894–1894 годах, передавали телеграфные сигналы с помощью радиоволн, поэтому радиосвязь сначала была названа « беспроводной телеграфией ». Примерно до 1910 года термин «беспроводной телеграф» также включал множество других экспериментальных систем для передачи телеграфных сигналов без проводов, включая электростатическую индукцию , электромагнитную индукцию иводная и земная проводимость , поэтому возникла необходимость в более точном термине, относящемся исключительно к электромагнитному излучению.

Первое использование радио в сочетании с электромагнитным излучением, по-видимому, было сделано французским физиком Эдуардом Бранли , который в 1890 году разработал детектор когерера , который он назвал по-французски радиопроводящим . ^[18] Приставка радио позже использовалась для образования дополнительных описательных составных слов и слов с дефисом, особенно в Европе. Например, в начале 1898 года в британском издании The Practical Engineer упоминались «радиотелеграф» и «радиотелеграфия» ^[19] . Французский текст Берлинской радиотелеграфной конвенции 1903 и 1906 годов включает фразы «radiotélégraphique» и «radiotélégrammes». .

Использование слова «радио» как отдельного слова восходит к 30 декабря 1904 года, когда в инструкциях, изданных почтовым отделением Великобритании для передачи телеграмм, было указано, что «слово« радио »... отправляется в служебных инструкциях». ^[20] Эта практика была принята повсеместно, и слово «радио» было введено на международном уровне Берлинской радиотелеграфной конвенцией 1906 года, которая включала в себя Регламент службы, в котором указывается, что «радиотелеграммы должны показывать в преамбуле, что служба является« радио »».

Переход на «радио» вместо «беспроводного» происходил в англоязычном мире медленно и неравномерно. Ли де Форест помог популяризировать новое слово в Соединенных Штатах - в начале 1907 года он основал радиотелефонную компанию ДеФорест, и в своем письме в « Электрический мир» от 22 июня 1907 года о необходимости юридических ограничений предупреждал, что «Радио хаос, безусловно, станет причиной. результат до тех пор, пока не будут введены такие строгие правила ". ^[21]Военно-морской флот Соединенных Штатов также будет играть роль. Хотя в переводе Берлинской конвенции 1906 года использовались термины «беспроволочный телеграф» и «беспроволочная телеграмма», к 1912 году вместо них стало поощряться использование «радио». Этот термин начал пользоваться популярностью среди широкой публики в 1920-х годах с появлением радиовещания. (Слово « вещание» произошло от сельскохозяйственного термина, означающего примерно «широко рассыпать семена»). ^[22] Страны Британского Содружества продолжали широко использовать термин «беспроводной» до середины 20 века, хотя журнал Британской радиовещательной корпорации в Великобритания была названа Radio Times с момента ее основания в начале 1920-х годов.

В последние годы «беспроводной» приобрел новую популярность как более общий термин для устройств, взаимодействующих с использованием электромагнитного излучения, будь то радиоволны или свет, из-за быстрого роста компьютерных сетей ближнего действия, например беспроводных локальных сетей Wi-Fi , и Bluetooth, а также сотовые телефоны, чтобы отличать эти виды использования от традиционной «радиосвязи», такой как радиовещание.

История [ править ]

См. Историю радио , Изобретение радио , Хронологию радио , Историю радиовещания.

См. Также [ править ]

• Схема радио
• Электромагнитное излучение и здоровье
• Тихая зона радио

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме: Радио (категория)

В Wikiquote есть цитаты, связанные с: Радио