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, чтобы увеличить дальность 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 в пространстве 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. 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 , проходящих ускорение . ^{[4] [5]} Они генерируются искусственно изменяющимися во времени электрическими токами , состоящими из электронов, текущих назад и вперед по металлическому проводнику, называемому 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 об антенну радиоприемника, они толкают электроны в металле вперед и назад, вызывая крошечный переменный ток. Радиоприемник, подключенный к приемной антенне, улавливает 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 помимо радиоволн; инфракрасный , видимый свет , ультрафиолет , рентгеновские лучи и гамма-лучи также могут нести информацию и использоваться для связи. Широкое использование радиоволн для электросвязи в основном связано с их желательными характеристиками распространения, обусловленными их большой длиной волны. ^[7] Радиоволны обладают способностью проходить через атмосферу, листву и большинство строительных материалов, и 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 сигналом 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 сдвигается 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 человеку: 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 для выбора желаемого радиосигнала из всех сигналов, принимаемых антенной, и отклонения других. 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». Осциллирующий 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 его полосой пропускания ( BW ). ^[9] Для любого заданного отношения сигнал / шум определенная полоса пропускания может нести один и тот же объем информации ( скорость передачи данных в битахв секунду) независимо от того, где он находится в радиочастотном спектре, поэтому полоса пропускания 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 одной и 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 многие дополнительные инновации в области радиосвязи , такие 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 иметь лицензию правительства, в соответствии с различными классами лицензий в зависимости от использования и ограничиваться определенными частотами и уровнями мощности. В некоторых классах, таких как радио- и телевещательные станции, 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 таких потребительских товарах, 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 перед продажей обычно должны пройти одобрение типа .

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 с увеличением расстояния становятся слабее, радиостанция может приниматься только на ограниченном расстоянии от своего передатчика. Системы, которые транслируются 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 обладают более ограниченной пропускной способностью информации и поэтому лучше всего работают со звуковыми сигналами (речь и музыка), а качество звука может ухудшаться радиошумом 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 телевизионного вещания. 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 традиционными радиостанциями. Поскольку радиоволны в этих диапазонах могут преодолевать межконтинентальные расстояния, отражаясь от ионосферы, используя небесную волну или « пропущенное » распространение, короткие волны используются международными станциями, вещающими на другие страны.
    FM-передатчик радиостанции KWNR , Лас-Вегас, который передает на частоте 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 звук более высокого качества, 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 покупать новый приемник DAB. Большинство стран планируют в конечном итоге переход с FM на DAB. США и Канада отказались от внедрения DAB.

Одна станция DAB передает сигнал с полосой пропускания 1500 кГц, который передает от 9 до 12 каналов цифрового звука, модулированного 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, диапазон видимости ограничен примерно 40 милями (64 км).

• Digital Radio Mondiale (DRM) - это конкурирующий стандарт цифрового наземного радиовещания, разработанный, главным образом, радиовещательными организациями в качестве замены унаследованного AM и FM вещания с более высокой спектральной эффективностью . 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 режим DRM + использует 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 спроектирована так, чтобы быть максимально совместимой с существующими радиопередатчиками AM и FM, поэтому большая часть оборудования существующих радиостанций 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 со спутника прямой трансляции на геостационарной орбите на высоте 22 000 миль над Землей. В основном он предназначен для автомобильных радиоприемников . 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 ]

Телевизионное вещание - 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 до тех пор, пока в определенный момент приемник не перестанет работать и экран не станет черным.

• Наземное телевидение , эфирное (OTA) телевидение или широковещательное телевидение - старейшая телевизионная технология, это передача 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 радиочастотные каналы 14 и выше). Точные границы частот различаются в разных странах. Распространение осуществляется по линии прямой видимости , поэтому прием ограничен визуальным горизонтом до 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 - телеприставка, которая принимает прямое эфирное спутниковое телевидение по подписке 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 к антенне.ТВ -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, генерируемые атомными часами , в качестве ориентира для синхронизации других часов. Примеры: BPC , DCF77 , JJY , MSF , RTZ , TDF , WWV и YVTO . Одно из применений - это 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 точным 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 одного радиоканала, в котором одновременно может передавать только одна радиостанция, поэтому разные пользователи по очереди разговаривают, нажимая кнопку « нажми и говори » на своей радиостанции. 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 местной антенной на базовой станции сотовой связи ( вышке сотовой связи ). ^[12] Зона обслуживания, обслуживаемая провайдером, разделена на небольшие географические области, называемые «сотами», каждая из которых обслуживается отдельной антенной базовой станции и многоканальным приемопередатчиком . Все сотовые телефоны в соте связываются 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 мобильных 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 свою выходную мощность для использования минимальной мощности, необходимой для связи с вышкой сотовой связи; 0,6 Вт рядом с вышкой и 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 нового поколения, которые начали развертываться в 2019 году. Их основное 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, которые могли быть на много миль в поперечнике. 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 в том, что, в отличие от сотового телефона, который ограничен областями, покрытыми вышками сотовой связи, спутниковые телефоны можно использовать на большей части или на всей географической территории Земли. Чтобы телефон мог связываться 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 около 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 они не могут использоваться на высоких широтах из-за наземных помех.
• Беспроводной телефон - стационарный телефон, в котором трубка является переносной 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.

• Наземная 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 реагирования.Сервисы; 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. В общем, 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 действия, 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 аккумулятора, 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 средней дальности 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 чрезвычайных ситуациях во время стихийных бедствий, соревнований и экспериментов. Радиолюбители должны иметь лицензию на радиолюбительство и иметь уникальный позывной, который должен использоваться в качестве идентификатора в передачах. 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 наблюдать 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 нулями 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 .

Передача данных [ править ]

• Беспроводные сети - автоматизированные радиолинии, которые передают цифровые данные между компьютерами и другими беспроводными устройствами с помощью радиоволн, прозрачно связывая устройства вместе 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), автоматического 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 широкой 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 обычно 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 до 1 милливатта, 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 условиях 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.
  • Пакетное радио - 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 длина текстовых сообщений ограничена 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 пределах прямой видимости, расстояния ограничены визуальным 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 считывание показаний счетчиков - счетчики электроэнергии , воды и газа, которые при срабатывании сигнала опроса передают свои показания по радио на служебный считыватель на обочине, чтобы работнику не приходилось выезжать на территорию клиента. 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 транспортным средством дороги. , позволяя владельцу получать 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 зернышко. Они входят в состав продуктов, одежды, вагонов, библиотечных книг, багажных бирок авиакомпаний и имплантируются под кожу домашних животных ( имплантат микрочипа ) и даже людей. Проблемы конфиденциальности были решены с помощью тегов, которые используют 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.
• Связь с подводными лодками. 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, такие как 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 более крупные 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, поскольку 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, передающая 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.

• Спутник связи - искусственный спутник, используемый в качестве ретранслятора связи для передачи данных между удаленными друг от друга точками на Земле. Они используются, потому что микроволны, используемые для телекоммуникаций, перемещаются по 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 передают на спутник микроволновый луч восходящей линии связи. Сигнал восходящей линии связи переносит многие каналы телекоммуникационного трафика, такие как междугородные телефонные звонки, телевизионные программы и интернет-сигналы, используя метод, называемый 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. Здесь 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 в 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. РЛС 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 вокруг воздушного пространства, и радар 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 антенны 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, предназначенные для снижения эффективности вражеских радаров или введения их в заблуждение ложной информацией, чтобы не дать противнику определить местонахождение местных сил. Он часто состоит из мощных микроволновых передатчиков, которые могут имитировать сигналы радаров противника, создавая ложные указания 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 распространяет вертикальный веерообразный пучок микроволн вокруг водной поверхности, окружающей судно, 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. Радиолокаторы с фазированной антенной решеткой были разработаны военными 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) - специализированный 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 радиолокационного сигнала движение транспортного средства используется для имитации большой антенны, что придает радару более высокое разрешение.
• Геолокационный радар - специализированный радарный 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, которая определяет, собирается ли транспортное средство столкнуться с объектом, и применяет тормоза для предотвращения столкновения.
• Радарный взрыватель - детонатор для воздушной бомбы, который использует радиолокационный высотомер для измерения высоты бомбы над землей при ее падении 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 местное ограничение скорости . Когда офицер наводит пистолет на автомобиль и нажимает на спусковой крючок, его скорость отображается на числовом 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.
  • Глобальная система позиционирования (GPS) - наиболее широко используемая спутниковая навигационная система, обслуживаемая ВВС США, которая использует созвездие из 31 спутника на низкой околоземной орбите . Орбиты спутников распределены таким образом, что в любой момент над горизонтом над каждой точкой на Земле находятся не менее четырех спутников. 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. Получая 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 их цели. 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 . Автоматизированный 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. По пеленгу двух радиомаяков 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 воздушному судну определять свое местоположение только по одному радиомаяку VOR. Поскольку используются частоты прямой видимости VHF, радиомаяки VOR имеют дальность действия около 200 миль для самолетов на крейсерской высоте. TACAN - аналогичная военная система радиомаяка, 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 сокращается по мере того, как 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), которые используют направленную антенну 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 от одной до трех букв кода Морзе в качестве идентификатора.

• Аварийный радиомаяк - портативный радиопередатчик с батарейным питанием, используемый в чрезвычайных ситуациях для определения местоположения самолетов, судов и людей, терпящих бедствие и нуждающихся в немедленной помощи. Различные типы аварийных маяков-локаторов переносятся самолетами, кораблями, транспортными средствами, туристами и лыжниками. 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 чрезвычайной ситуации и оказать помощь. Аварийные спасательные маяки последнего поколения (EPIRB) содержат приемник GPS., и транслировать спасателям их точное местонахождение в пределах 20 метров.
  • Коспас-Сарсат - международный гуманитарный консорциум государственных и частных агентств, который выполняет функции диспетчера поисково-спасательных операций. Он управляет сетью из примерно 47 спутников, несущих 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, контрразведка - 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 указывало на то, что передатчик находится в одном из двух нулей антенны . Нули используются, поскольку они острее лепестков (максимумов) антенны . В более современных приемниках используются фазированные антенные решетки, 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 Yagi), который вращается, 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 животного 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 станциями спутников . 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 в пилотной станции 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 положение 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 - переносной брелок-брелок с батарейным питанием ближнего действия , входящий в комплект поставки большинства современных автомобилей, который может запирать и отпирать двери автомобиля снаружи, избавляя от необходимости использовать ключ. При нажатии кнопки передатчик посылает закодированный радиосигнал приемнику в автомобиле, управляя замками. 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 каждый раз, когда они используются. 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 двери 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 ), которые управляются по радиосигналам 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, позволяющая исключить необходимость прокладки проводов 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 внутри дома 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» или «генераторами помех» или просто генераторами помех. ^[14]

В военное время военные используют глушение, 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, в том числе тех, которые мешают работе 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 соединяются вместе 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 земной поверхности, 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 посредством 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 и переносимых слов, особенно в Европе. Например, в начале 1898 года британская публикация «Практик-инженер» содержала ссылку на «радиотелеграф» и «радиотелеграфию» ^[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 почтового отделения Великобритании для передачи телеграмм было указано, что «слово« радио »... отправляется в служебных инструкциях». ^[20] Эта практика была принята повсеместно, а 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 DeForest, и в своем письме в « Электрический мир» от 22 июня 1907 года о необходимости юридических ограничений предупреждал, что «Радио хаос, безусловно, будет результат до тех пор, пока не будут введены такие строгие правила ". ^[21]Военно-морской флот Соединенных Штатов также будет играть свою роль. Хотя в переводе Берлинской конвенции 1906 года использовались термины «беспроволочный телеграф» и «беспроволочная телеграмма», к 1912 году вместо них стало поощряться использование «радио». Широкая общественность стала отдавать предпочтение этому термину в 1920-х годах с появлением радиовещания. (Слово « вещание» произошло от сельскохозяйственного термина, означающего примерно «широкое распространение семян».) ^[22] Страны Британского Содружества продолжали широко использовать термин «беспроводной» до середины 20-го 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 Викицитатнике есть цитаты, связанные с: Радио