בספרי לימוד בפיזיקה ניתנות נוסחאות תמימות בנושא טווח גלי הרדיו, שלעיתים אינם מובנים במלואם אפילו על ידי אנשים בעלי השכלה מיוחדת וניסיון בעבודה. במאמר ננסה להבין את המהות מבלי להזדקק לקשיים. האדם הראשון שגילה את גלי הרדיו היה ניקולה טסלה. בתקופתו, שבה לא היה ציוד היי-טק, טסלה לא הבין עד הסוף באיזו תופעה מדובר, שלימים כינה אותה אתר. מוליך זרם חילופין הוא תחילתו של גל רדיו.
מקורות גלי רדיו
מקורות טבעיים של גלי רדיו כוללים עצמים אסטרונומיים וברקים. פולט מלאכותי של גלי רדיו הוא מוליך חשמלי שבתוכו נע זרם חשמלי לסירוגין. אנרגיית הנדנוד של מחולל התדר הגבוה מופצת לחלל שמסביב באמצעות אנטנת רדיו. מקור העבודה הראשון של גלי רדיו היהמשדר-מקלט רדיו של פופוב. במכשיר זה בוצעה פעולתו של מחולל בתדר גבוה על ידי התקן אחסון במתח גבוה המחובר לאנטנה - ויברטור הרץ. גלי רדיו שנוצרו באופן מלאכותי משמשים עבור מכ ם נייח ונייד, שידור, תקשורת רדיו, לווייני תקשורת, ניווט ומערכות מחשב.
רצועת גל רדיו
הגלים המשמשים בתקשורת רדיו הם בטווח התדרים של 30 קילו-הרץ - 3000 גיגה-הרץ. בהתבסס על אורך הגל ותדירות הגל, תכונות התפשטות, טווח גלי הרדיו מחולק ל-10 תתי פסים:
- SDV - ארוך במיוחד.
- LW - ארוך.
- NE - ממוצע.
- SW - קצר.
- VHF - קצר במיוחד.
- MV - מטרים.
- UHF - דצימטר.
- SMV - סנטימטר.
- MMV - mm.
- SMMW - תת-מילימטר
טווח תדרי רדיו
הספקטרום של גלי הרדיו מחולק לפי תנאי למקטעים. בהתאם לתדר ואורך גל הרדיו, הם מחולקים ל-12 תתי פסים. טווח התדרים של גלי רדיו קשור לתדר אות ה-AC. טווחי התדרים של גלי הרדיו בתקנות הרדיו הבינלאומיות מיוצגים על ידי 12 שמות:
-
התפשטות גלי רדיו של גלי רדיו ELF - נמוך במיוחד.
- VLF - נמוך במיוחד.
- INCH - אינפרא-נמוך.
- VLF - נמוך מאוד.
- LF - תדרים נמוכים.
- אמצע - תדרים בינוניים.
- HF− תדרים גבוהים.
- VHF - גבוה מאוד.
- UHF - גבוה במיוחד.
- מיקרוגל - גבוה במיוחד.
- EHF - גבוה במיוחד.
- HHF - גבוה במיוחד.
ככל שתדירות גל הרדיו עולה, אורכו פוחת, ככל שתדירות גל הרדיו יורדת, הוא גדל. התפשטות בהתאם לאורכו היא התכונה החשובה ביותר של גל רדיו.
התפשטות גלי רדיו 300 מגה-הרץ - 300 גיגה-הרץ נקראת מיקרוגל גבוה במיוחד בשל התדר הגבוה למדי שלהם. אפילו תת-הרצועות נרחבות מאוד, ולכן הן, בתורן, מחולקות למרווחים, הכוללים טווחים מסוימים לשידורי טלוויזיה ורדיו, לתקשורת ימית וחלל, יבשתית ותעופה, לניווט מכ ם ורדיו, להעברת מידע רפואי וכדומה. עַל. למרות העובדה שכל טווח גלי הרדיו מחולק לאזורים, הגבולות המצוינים ביניהם מותנים. הקטעים עוקבים זה אחר זה ברציפות, עוברים אחד לשני, ולפעמים חופפים.
תכונות של התפשטות גלי רדיו
התפשטות גלי הרדיו היא העברת אנרגיה על ידי שדה אלקטרומגנטי מתחלף מחלק אחד של החלל לאחר. בוואקום, גל רדיו נע במהירות האור. גלי רדיו עשויים להיות קשים להפצה כאשר הם נחשפים לסביבה. זה מתבטא בעיוות האות, שינוי בכיוון ההתפשטות והאטה במהירויות הפאזה והקבוצה.
כל אחד מסוגי הגליםמיושם בדרכים שונות. ארוכים מסוגלים יותר לעקוף מכשולים. המשמעות היא שטווח גלי הרדיו יכול להתפשט לאורך מישור היבשה והמים. השימוש בגלים ארוכים נפוץ בצוללות ובספינות ימיות, מה שמאפשר להיות בקשר בכל מקום בים. המקלטים של כל המשואות והתחנות מצילות חיים מכוונים לאורך גל של שש מאות מטרים בתדר של חמש מאות קילו-הרץ.
התפשטות גלי הרדיו בטווחים שונים תלויה בתדירותם. ככל שהאורך קצר יותר והתדר גבוה יותר, כך מסלול הגל יהיה ישר יותר. בהתאם לכך, ככל שתדירותו נמוכה יותר והאורך גדול יותר, כך הוא מסוגל להתכופף סביב מכשולים. לכל טווח של אורכי גלי רדיו יש מאפייני התפשטות משלו, אך אין שינוי חד במאפיינים המבדילים בגבול הטווחים השכנים.
אפיון התפשטות
גלים ארוכים במיוחד מתכופפים סביב פני כוכב הלכת ומתפשטים באמצעות קרני פני השטח במשך אלפי קילומטרים.
גלים בינוניים נתונים לספיגה חזקה יותר, כך שהם יכולים לעבור רק מרחק של 500-1500 קילומטרים. כאשר היונוספירה צפופה בטווח זה, ניתן לשדר אות באמצעות אלומת חלל, המספקת תקשורת לאורך כמה אלפי קילומטרים.
גלים קצרים מתפשטים רק למרחקים קצרים בשל קליטת האנרגיה שלהם על ידי פני כדור הארץ. אלה מרחביים מסוגלים לשקף שוב ושוב מפני השטח של כדור הארץ ומהיונוספירה, להתגבר על מרחקים ארוכים,על ידי העברת מידע.
Ultra-short מסוגלים להעביר כמות גדולה של מידע. גלי רדיו בטווח זה חודרים דרך היונוספירה לחלל, כך שהם כמעט ולא מתאימים לתקשורת יבשתית. גלי פני השטח של טווחים אלה נפלטים בקו ישר, מבלי להתכופף סביב פני כדור הארץ.
ניתן להעביר נפחי מידע עצומים ברצועות אופטיות. לרוב, הטווח השלישי של גלים אופטיים משמש לתקשורת. באטמוספירה של כדור הארץ הם נתונים להנחתה, כך שבמציאות הם משדרים אות במרחק של עד 5 ק מ. אבל השימוש במערכות תקשורת כאלה מבטל את הצורך בקבלת אישור מפקחי התקשורת.
עקרון המודולציה
כדי להעביר מידע, גל רדיו חייב להיות מאופנן עם אות. המשדר פולט גלי רדיו מאופננים, כלומר, שונה. גלים קצרים, בינוניים וארוכים מאופנים משרעת, ולכן הם מכונים AM. לפני אפנון, גל הנושא נע עם משרעת קבועה. אפנון אמפליטודה לשידור משנה את המשרעת שלו, בהתאם למתח האות. משרעת גל הרדיו משתנה ביחס ישר למתח האות. גלים אולטרה קצרים מווסתים בתדר, ולכן הם מכונים FM. אפנון תדר כופה תדר נוסף הנושא מידע. כדי לשדר אות למרחקים, עליו להיות מווסן עם אות בתדר גבוה יותר. כדי לקבל אות, עליך להפריד אותו מגל המשנה. עם אפנון תדר, נוצרות פחות הפרעות, אבל תחנת הרדיו נאלצתשודר ב-VHF.
גורמים המשפיעים על האיכות והיעילות של גלי רדיו
האיכות והיעילות של קליטת גלי רדיו מושפעת משיטת הקרינה הכיוונית. דוגמה לכך תהיה צלחת לווין ששולחת קרינה למיקום של חיישן קליטה מותקן. שיטה זו אפשרה התקדמות משמעותית בתחום אסטרונומיה הרדיו וגילתה תגליות רבות במדע. הוא פתח את האפשרות ליצור שידורי לוויין, שידור נתונים אלחוטי ועוד הרבה יותר. התברר שגלי רדיו מסוגלים לפלוט את השמש, כוכבי לכת רבים מחוץ למערכת השמש שלנו, כמו גם ערפיליות חלל וכמה כוכבים. ההנחה היא שמחוץ לגלקסיה שלנו יש עצמים עם פליטת רדיו עוצמתית.
טווח גל הרדיו, התפשטות גלי הרדיו מושפע לא רק מקרינת השמש, אלא גם מתנאי מזג האוויר. אז, גלי מטר, למעשה, אינם תלויים בתנאי מזג האוויר. וטווח ההתפשטות של סנטימטר תלוי מאוד בתנאי מזג האוויר. זאת בשל העובדה שגלים קצרים מפוזרים או נספגים בסביבה המימית בזמן גשם או עם רמת לחות מוגברת באוויר.
כמו כן, האיכות שלהם מושפעת ממכשולים בדרך. ברגעים כאלה האות דועך, והשמיעה מתדרדרת משמעותית או נעלמת כליל לכמה רגעים או יותר. דוגמה לכך תהיה התגובה של הטלוויזיה למטוס שעף יתר על המידה כאשר התמונה מהבהבת ופסים לבנים מופיעים. זה קורה בגללהעובדה שהגל מוחזר מהמטוס ועובר ליד אנטנת הטלוויזיה. תופעות כאלה עם טלוויזיות ומשדרי רדיו נוטות יותר להתרחש בערים, מכיוון שטווח גלי הרדיו משתקף על בניינים, מגדלים רבי קומות, ומגדיל את מסלול הגל.
