Что такое радиоволна: Что такое радиоволны?
РАДИОВОЛНЫ – это… Что такое РАДИОВОЛНЫ?
РАДИОВОЛНЫ — электромагнитные волны с частотой меньше 6000 ГГц (с длиной волны ? больше 100 мкм). Радиоволны с различной ? отличаются по особенностям при распространении в околоземном пространстве и по методам генерации, усиления и излучения. Их делят на… … Большой Энциклопедический словарь
РАДИОВОЛНЫ — РАДИОВОЛНЫ, вид ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ с очень высокой длиной волны. Радиоволны различаются по их ЧАСТОТАМ, выраженным в килогерцах (кгц), мегагерцах (Мгц) или гигагерцах (Ггц). Звуковые волны имеют низкую частоту. Сигналы передаются в… … Научно-технический энциклопедический словарь
радиоволны — Электромагнитные волны с частотами до 3000 ГГц, распространяющиеся в среде без искусственных направляющих устройств (ГОСТ 24375). [ОСТ 45.124 2000 ] радиоволны Электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в среде без… … Справочник технического переводчика
Радиоволны — см.
Излучение … Российская энциклопедия по охране труда
РАДИОВОЛНЫ — разновидность электромагнитных волн, длина которых от 0,05 мм до 100 км (частота от 6∙1012 Гц до нескольких герц). Используются в научных исследованиях, для передачи различной информации без проводов на любые расстояния, в телевидении,… … Большая политехническая энциклопедия
радиоволны — электрические магнитные волны с длиной волны λ от 5·10 5 до 108 м (частотой от 6·1012 Гц до нескольких Гц. Радиоволны с различным λ отличаются по особенностям при распространении в околоземном пространстве и по методам генерации, усиления и… … Энциклопедический словарь
Радиоволны — Запрос «Радиоволна» перенаправляется сюда. Cм. также другие значения. Антенна радара. Радиоизлучение (радиоволны, радиочастоты) электромагнитное излучение с длинами волн 5 × 10 5 1010 метров и частотами, соответственно, от 6 × 1012Гц и до… … Википедия
радиоволны — radijo bangos statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.
broadcast waves; radio waves vok. Funkwellen, f; Radiowellen, f rus. радиоволны, f pranc. ondes hertziennes, f; ondes radio, f; ondes radio électriques, f … Fizikos terminų žodynas
радиоволны — 185 радиоволны: Электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в среде без искусственных направляющих линий. [ГОСТ 24375 80, статья 19] Источник: ГОСТ Р 53801 2010: Связь федеральная. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Радиоволны — (от Радио… электромагнитные волны с длиной волны > 500 мкм (частотой Большая советская энциклопедия
Теория радиоволн: ликбез / Хабр
Думаю все крутили ручку радиоприемника, переключая между «УКВ», «ДВ», «СВ» и слышали шипение из динамиков.
Но кроме расшифровки сокращений, не все понимают, что скрывается за этими буквами.
Давайте ближе познакомимся с теорией радиоволн.
Радиоволна
Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны.
Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении.
Период(T) — время одного полного колебательного движения
Частота(v) — количество полных периодов в секунду
Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте:
Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц)
«УКВ», «ДВ», «СВ»
Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).
Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.
Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.
Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).
Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния.
Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.
Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).
Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.
Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).
Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.
Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).
Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Так к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.
Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).
Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.
Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.
Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).
Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.
AM — FM
Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:
AM — амплитудная модуляция
Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.
АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.
FM — частотная модуляция
Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания.
Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ и поэтому широко применяется в звуковом сопровождении ТВ трансляций и УКВ вещании.
На самом деле у описанных видом модуляции есть подвиды, но их описание не входит в материал данной статьи.
Еще термины
Интерференция — в результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются. В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться, при сложении в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля.
Это явление более всего проявляется при приеме УКВ ЧМ и ТВ сигнала.
Поэтому, к примеру внутри помещения качество приема на комнатную антенну ТВ сильно «плавает».
Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.
Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.
Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.PS:
Надеюсь, информация описанная мной будет полезна и принесет некоторое понимание по данной теме.
Основные свойства радиоволн, которые влияют на работу радаров
Широкое применение радиоволн для обнаружения целей и измерения координат обусловлено следующими важными свойствами электромагнитных колебаний:
— радиоволны распространяются со скоростью света как днем, так и ночью, в простых и сложных метеорологических условиях;
— радиоволны обладают свойством отражения от любых объектов, которые встречаются на пути их распространения;
— радиоволны распространяются прямолинейно в однородной среде, что и позволяет использовать их для определения угловых координат и расстояния до целей.
— если радиоволна распространяется в среде отличной от воздуха, то этот процесс сопровождается поглощением энергии;
— радиоволнам свойственна дифракция, то есть огибание препятствий встречающихся на пути.
Дифракция наиболее сильно проявляется в том случае, когда размеры препятствия сравнимы с длиной волны;
— радиоволнам свойственна интерференция, то есть сложение двух волн одной и той же частоты, которые созданы одним источником;
— радиоволны обладают способностью прохождения через некоторые неметаллические материалы, при минимальном их отражении.
Чем короче длина волны – тем менее она подвержена помехам и затуханиям, проникающая способность увеличивается, огибающая способность уменьшается. Если размер препятствия меньше, чем длина волны, то она его огибает и на коротких расстояниях дождь и туман не оказывает сильного влияния на работу датчика «Аркен» (76 метров) и детектора транспорта «Аркен Кросс» (42 метра).
Применительно к радиолокационным датчикам дифракция и интерференция может оказывать негативное последствие, вследствие которого возможны ошибочные обнаружения транспортных средств в тех местах, где на самом деле их нет.
Для избежания негативного влияния интерференции, датчики не устанавливают напротив плоских металлических предметов, таких как дорожные знаки, рекламные щиты и иные предметы, обладающие высокой отражающей способностью.
Что такое радиоволны, и почему мы их используем?
Добавлено 23 мая 2018 в 02:16
Сохранить или поделиться
Узнайте, что такое электромагнитное излучение, и почему оно так полезно для беспроводной связи.
Когда мы говорим об электричестве, мы, естественно, думаем о проводах. От высоковольтных линий передачи до крошечных проводников на печатной плате провода по-прежнему являются основным средством передачи электрической энергии из одного места в другое.
Но история последовательно демонстрирует, что люди редко, если вообще когда-либо, бывают удовлетворены основным способом выполнения чего-либо, и поэтому мы не должны удивляться, узнав, что за распространением электричества последовало широко распространенное стремление освободить электрический функционал от ограничений физических соединений.
Существуют различные способы добавления «добавления» электрического функционала к электрическую систему. Одним из них является использование электромагнитного излучения (ЭМИ), которое является основой для радиосвязи. Однако важно признать, что электромагнитное излучение не является уникальным по своей способностей электрической схемотехники в беспроводную область. Всё, что может проходить через непроводящий материал, (механическое движение, звуковые волны, тепло) может быть использовано в качестве (возможно сырого) средства преобразования электрической энергии в информацию, которая не полагается на проводящие соединения.
Аккуратно управляемые сигналы синусоидального напряжения (или тока) являются основой современной эпохи беспроводной связиС учетом вышесказанного мы можем задать себе более актуальные вопросы. Почему электромагнитное излучение (ЭМИ) является предпочтительным? Почему другие типы беспроводной связи имеют такое второстепенное значение? Прежде чем ответить на эти вопросы, давайте выясним, что такое электромагнитное излучение.
Поля и волны
Вы могли бы потратить годы на изучение деталей электромагнетизма. К счастью, вам не нужен такой опыт для успешного проектирования и реализации радиочастотных схем. Но вам нужно иметь базовое представление о таинственной энергии, излучаемой антенной вашего устройства.
Как следует из названия, электромагнитное излучение (ЭМИ) включает в себя как электрические поля, так и магнитные поля. Если у вас есть напряжение (напряжение, приложенное к импедансу антенны), то у вас есть электрическое поле (с математической точки зрения электрическое поле пропорционально пространственной скорости изменения напряжения). Если у вас есть электрический ток (ток, проходящий через импеданс антенны), то у вас есть магнитное поле (сила поля пропорциональна величине тока).
Электрическое и магнитное поля присутствуют, даже если величина напряжения или тока постоянна. Однако эти поля не будут распространяться. Если мы хотим, чтобы волна распространялась во вселенной, нам нужны изменения напряжения и тока.
Ключом к этому явлению распространения является самоподдерживающаяся связь между электрической и магнитной составляющими электромагнитного излучения (ЭМИ). Изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. Эта взаимная регенерация проявляется как отдельная сущность, а именно, как электромагнитная волна. Один раз образовавшись, эта волна будет распространяться в направлении от своего источника изо дня в день, со скоростью света, в сторону глубин неизвестного.
Создание ЭМИ и управление ЭМИ
Проектирование полной системы радиосвязи не является простым процессом. Тем не менее, очень легко создать электромагнитное излучение (ЭМИ), и на самом деле вы генерируете его, даже если не хотите этого. Любой изменяющийся во времени сигнал в любой цепи генерирует ЭМИ, это включает в себя и цифровые сигналы. В большинстве случаев это ЭМИ представляет собой просто шум.
Если оно не вызывает никаких проблем, вы можете его игнорировать. В некоторых случаях оно может фактически мешать другим схемам, и в этом случае оно становится электромагнитными помехами (ЭМП).
Таким образом, мы видим, что радиочастотное проектирование заключается не только в создание ЭМИ; скорее, RF проектирование – это искусство и наука о генерации, манипуляции и интерпретации ЭМИ таким образом, чтобы можно было надежно передавать полезную информацию между двумя схемами, которые не имеют прямого электрического соединения.
Почему ЭМИ?
Теперь давайте вернемся к вопросу о том, почему системы на основе ЭМИ настолько распространены по сравнению с другими формами беспроводной связи. Другими словами, почему «беспроводная» почти всегда означает радиочастотная, когда и другие различные явления могут передавать информацию без помощи проводов. Есть несколько причин.
Гибкость
ЭМИ является естественным расширением электрических сигналов, используемых в проводных схемах.
Изменяющиеся во времени напряжения и токи генерируют ЭМИ, хотите ли вы этого или нет, и, кроме того, ЭМИ является точным представлением переменных компонентов исходного сигнала.
Рассмотрим экстремальный (и совершенно непрактичный) контрпример: систему беспроводной связи на основе тепла. Представьте, что в комнате есть два отдельных устройства. Передающее устройство нагревает помещение до определенной температуры на основе сообщения, которое оно хочет отправить, а приемное устройство измеряет и интерпретирует температуру окружающей среды. Эта система будет медлительной и неудобной, потому что температура в помещении не может точно следовать изменениям сложного электрического сигнала. ЭМИ, с другой стороны, очень быстро реагирует. Передаваемые радиосигналы могут точно воспроизводить даже сложные высокочастотные сигналы, используемые в современных беспроводных системах.
Скорость
В системах со связью по переменному току скорость передачи данных зависит от того, насколько быстро может изменяться сигнал.
Другими словами, чтобы передавать информацию, сигнал должен что-то делать (например, увеличивать и уменьшать амплитуду). Оказывается, что ЭМИ является практическим средством связи даже на очень высоких частотах, что означает, что радиочастотные системы могут достичь чрезвычайно высоких скоростей передачи данных.
Расстояние
Стремление к беспроводной связи тесно связано со стремлением к связи на большие расстояния; если передатчик и приемник находятся в непосредственной близости, часто проще и экономичнее использовать провода. Хотя мощность радиосигнала уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, ЭМИ в сочетании с методами модуляции и сложной схемотехникой приемника всё еще обладает замечательной способностью передавать полезные сигналы на большие расстояния.
Интенсивность ЭМИ уменьшается экспоненциально по мере того, как излучаемая энергия распространяется во всех направлениях от источникаНе требуется прямая видимость
Единственной средой беспроводной связи, которая может конкурировать с ЭМИ, является свет; это, возможно, и не удивительно, так как свет – это очень высокочастотное ЭМИ.
Но природа оптической передачи подчеркивает, возможно, решающее преимущество радиочастотной связи: для нее не требуется линия прямой видимости.
Наш мир наполнен твердыми объектами, которые блокируют свет (даже очень мощный). Мы все испытывали интенсивную яркость летнего солнца, но эта интенсивность значительно снижается простым куском тонкой ткани. Низкочастотное ЭМИ, используемое в радиочастотных системах, напротив, проходит сквозь стены, пластиковые корпуса, облака и, хотя это может показаться немного странным, сквозь каждую клетку человеческого тела. Эти радиочастотные сигналы не полностью свободны от влияния этих материалов, и в некоторых случаях может вноситься значительное затухание. Но по сравнению со светом ЭМИ (низкочастотное) проходит практически через всё.
Резюме
- «RF» («РЧ») относится к использованию электромагнитного излучения для передачи информации между двумя цепями, которые не имеют прямого электрического соединения.
- Изменяющиеся во времени напряжения и токи генерируют электромагнитную энергию, распространяющуюся в виде волн.
Мы можем беспроводным образом передавать аналоговые и цифровые данные, манипулируя и интерпретируя эти волны. - ЭМИ является доминирующей формой беспроводной связи. Одной из альтернатив является использование света (например, в оптоволоконных системах), но радиосигнал более универсален, поскольку низкочастотное ЭМИ не блокируется непрозрачными объектами.
Мы можем беспроводным образом передавать аналоговые и цифровые данные, манипулируя и интерпретируя эти волны.Оригинал статьи:
Теги
QPSKRF / РЧМодуляцияРадиоволныРадиосвязьЭлектромагнитное излучение (ЭМИ) / Electromagnetic radiation (EMR)Сохранить или поделиться
Диапазоны радиостанций | RadioReserve.Ru
История появления радио насчитывает уже более ста лет. Опыты Попова, Маркони, Герца и других энтузиастов и изобретателей радио способствовали быстрому распространению этого нового явления. Бурное развитие радио и появление огромного числа радиостанций в США в начале двадцатого века привели к затруднением в работе и взаимным помехам.
В результате, для исправления ситуации в 1912 году был принят “Закон о радио”, по сути, первый документ, который регулировал распределение частотного диапазона (или как тогда говорили – волн) между различными службами и любительскими радиостанциями. Позже подобные документы были приняты правительствами ряда европейских стран.
Разделения частот и термины:
Участки диапазона мириаметровых волн, предназначенные для определенных служб радиосвязи:
ДВ – Длинные волны – участки диапазонов километровых и гектометровых волн, предназначенные для радиовещания и определенных служб радиосвязи
СВ – Средние волны – участки диапазона гектометровых волн, предназначенные для радиовещания и определенных служб радиосвязи
КВ – Короткие волны – участки диапазонов гектометровых и декаметровых волн, предназначенные для радиовещания и определенных служб радиосвязи
УКВ – Ультракороткие волны – Радиоволны диапазонов дециметровых, сантиметровых, миллиметровых и децимиллиметровых волн.
Длины волн:
Мириаметровые волны – радиоволны длиной 10-100 кмКилометровые волны – радиоволны длиной 1-10 км
Гектометровые волны – радиоволны длиной 100-1000 м
Декаметровые волны – радиоволны длиной 10-100 м
Метровые волны – радиоволны длиной 1-10 м
Дециметровые волны – радиоволны длиной 10-100 см
Сантиметровые волны – радиоволны длиной 1-10 см
Миллиметровые волны – радиоволны длиной 1-10 мм
Децимиллиметровые волны – радиоволны длиной 0,1-1 мм
Название частот радиоволн:
ОНЧ – Очень низкие частоты – радиочастота 3-30 кГц
НЧ – Низкие частоты – радиочастоты 30-300 кГц
СЧ – Средние частоты – радиочастоты 300-3000 кГц
ВЧ – Высокие частоты – радиочастоты 3-30 МГц
ОВЧ – Очень высокие частоты – радиочастоты 30-300 МГц
УВЧ – Ультравысокие частоты – радиочастоты 300-3000 МГц
СВЧ – Сверхвысокие частоты – радиочастоты 3-30 ГГц
КВЧ – Крайне высокие частоты – радиочастоты 30-300 ГГц
ГВЧ – Гипервысокие частоты – радиочастоты 300-3000 ГГц
Радиосвязь в наше время используется множеством служб и организаций, частными лицами, различными автоматическими приборами и устройствами
Естественно, что такая огромная масса желающих не сможет выходить в эфир без должного регулирования – взаимные помехи просто не дадут этого сделать. Распределение и использование частотного диапазона во всем мире регулируется Международным союзом электросвязи (ITU) и Национальными организациями различных стран, которые распределяют частоты на основе правил ITU. В России распределением частот занимается Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ). Каждой службе радиосвязи выделяются свои диапазоны частот, в пределах которых дополнительно выделяются участки диапазона для различных целей. Например, в гражданской авиации в диапазоне 74,8-75,2 МГц работают маркерные радиомаяки, 108-117,975 МГц используется для радиосистем навигации и посадки, а полоса 118-135,975 МГц – для непосредственной голосовой (командной) связи.
См. Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации
Одна служба связи может использовать различные участки общего диапазона радиоволн
Например, на морских судах используются несколько различных диапазонов: УКВ – голосовая связь, КВ – голосовая связь, радиотелекс, СВ – система NAVTEX – передача навигационных предупреждений и прогнозов погоды на частоте 518 кГц, но в основном современные суда используют спутниковую связь для передачи сообщений, телефонии и связи в случае бедствия и для обеспечения безопасности (системы ИНМАРСАТ, ГЛОНАСС). Эти системы работают в диапазоне частот, выделенном для спутниковой связи.
Отдельный интерес вызывают диапазоны частот для гражданской связи
Это небольшие полосы частот, которые в отличие от служебных диапазонов, открыты для общего использования гражданскими лицами. Диапазоны раций здесь разделяются по стандартам, каждому стандарту соответствует свой диапазон частот:
CB диапазон (произносится Си-Би) – это полоса частот, которая находится в диапазоне 27 Мгц. Данный диапазон гражданской связи используется в России с 90-х годов. Его недостатками являются высокая подверженность помехам, неустойчивое прохождение радиоволн, низкая проницаемость волн – трудно добиться хорошей связи в условиях города. Зато использовать рации CB диапазона можно по всей территории России при наличии разрешения на эксплуатацию. Собираясь покупать данную радиостанцию, вы можете услышать выражение Российская или Европейская сетка частот. Что они из себя представляют? В создании сетки частот каждой рации участвует микропроцессор. Он создает 40 частотных каналов. Частота в российской сетке частот всегда заканчивается на цифру 0, и сдвинута вниз относительно европейской на 5 кГц. Например, наш канал 9RUS работает на частоте 27060 кГц, а европейский 9EUR – на частоте 27065 кГц. В каждой радиостанции микропроцессор может вырабатывать несколько частотных сеток из 40 каналов. Сетки называются буквами английского алфавита. Если радиостанция работает с сетками a-b-c-d-e-f-g-h-i-l, значит, она имеет 400 каналов. У нас разрешается эксплуатация сеток CB (частоты от 26 975 до 27 855 кГц).
PMR диапазон (Personal Mobile Radio) – в переводе “Персональное мобильное радио”. Этот стандарт применяется в Европе и некоторых странах СНГ для безлицензионной радиосвязи. Он включает в себя в частоты диапазона 446,000-446,100 МГц, идущие со сдвигом в 12,5 кГц. Работа радиостанций в диапазоне PRM имеет ограничение по мощности: она не должна превышать 0,5 Вт. Всего частот 8, каждая принадлежит определенному каналу:
1. 446.00625 MHz
2. 446.01875 MHz
3. 446.03125 MHz
4. 446.04375 MHz
5. 446.05625 MHz
6. 446.06875 MHz
7. 446.08125 MHz
8. 446.09375 MHz
рации PRM
Следующим идет LPD диапазон (Low Power Device) – в переводе значит “Маломощное устройство”. Рации стандарта LPD работают на частоте 433 МГц (433,075-434,750 МГц) и применяются для любительской с вязи. Несмотря на низкую разрешенную мощность (0,01 Вт), радиоволны этого диапазона имеют очень высокую проникающую способность, что делает такие рации незаменимыми при использовании в условиях города. Дополнительными плюсами есть низкая подверженность помехам и компактность оборудования. Согласно решению ГКРЧ (04-03-04-001 от 06.12.2004г), в России эти станции разрешены к использованию без получения специальных разрешений и лицензий.
В мире имеется еще два аналогичных стандарта радиостанций гражданской связи. Это стандарты GMRS (462,5625-462,7250 МГц) и FRS (462,5625-467,7125 МГц). К сожалению оба стандарта должны применяться только на территории США и их использование в России без разрешения на использование этих частот считается незаконным.
Для применения в профессиональной и гражданской радиосвязи (кроме сверхдальней связи) используются диапазоны волн УКВ.
Эти волны имеют одну присущую им особенность – они не отражаются от атмосферных слоев (как например короткие волны) и распространяются строго прямолинейно. То есть связь на волнах УКВ диапазона возможна только в пределах прямой видимости или линии горизонта. Отсюда становится ясным следующее: чем выше антенна, тем дальше расположена линия горизонта и на большее расстояние станет возможно осуществить радиосвязь.
В случае использования двух портативных станций, высота их антенн будет равной примерно 1,5 метра, и исходя из этого (имеются специальные формулы), расстояние связи может значительно увеличиться. Если же связь устанавливается с базовой станцией, где антенну можно поднять над землей на большую высоту, расстояние связи может составить несколько десятков километров. В населенном пункте на первое место выходит этажность зданий. Чем больше высота домов и выше плотность застройки, тем меньше окажется расстояние устойчивой связи.
В диапазонах профессиональной связи есть несколько способов создания систем связи, которые отличаются выполняемыми задачами, дальностью, количеством абонентов и т.п. Первая – это системы малого радиуса действия. Используется строителями, охранными предприятиями, организаторами различных мероприятий. В такую систему входят несколько людей, чьи радиостанции настроены на одну частоту. Ретрансляторы не используются.
Вторая – это системы с диспетчером. Используются милицией, скорой помощью, пожарными и муниципальными службами. Имеется одна базовая станция с высокорасположенной антенной и несколько портативных или автомобильных.
Также используются системы с ретранслятором, телефонным интерфейсом и транковые (система сама находит свободный канал для двух абонентов).
суть, принципы, модуляция, что такое радиоволна
Кто-то мечтает о новом айфоне, кто-то о машине, а кто-то о наборе деталей и новом динамике для своего радио. не так давно были времена, когда пределом мечтаний золотой молодежи был обычный транзисторный радиоприемник.
Радио было верным спутником человека весь 20-й век. Знаменитые объявления от советского информбюро, первые музыкальные передачи, настоящий прорыв в передаче информации, революция в СМИ – все это радио.
All we hear is radio Ga-Ga. В сегодняшней статье разберемся с тем, что такое радио и как оно работает.
Знаменитое “радио Га-га” из песни группы Queen – не что иное, как детский лепет сына барабанщика группы. Роджер Тейлор услышал, как ребенок бормочет и коверкает слова, а потом решил, что из этого может получиться неплохой припев для песни.
Когда-то радио было круче, чем интернет – факт. Еще один факт – без радио не будет никакого интернета. Пусть приемники слушают не так часто, радио-технологии активно развиваются и используются в спутниковой связи, телевидении, мобильных телефонах, рациях, медицинских приборах… Короче, везде.
Суть радио в самом широком смысле:
Радио – способ беспроводной передачи данных, при котором в качестве носителя информации используется радиоволна.
Давайте же узнаем, как эта штука работает, и кто это придумал.
Попов, Маркони, Тесла?
Кем впервые была открыта радиосвязь? Говорить о конкретном изобретателе радио в принципе неправильно, так как слишком много людей в разное время сделали свой вклад в развитие этой технологии. Здесь и Томас Эдисон, и Никола Тесла, и Александр Попов, и Гульельмо Маркони, и многие другие.
Гульельмо Маркони
Интересно, что во многих странах есть свой изобретатель радио. Споры о том, кто был первым, велись долго, и на то было много причин.
В России традиционно считалось, что радио изобрел Александр Попов. Да, Попов проводил успешные эксперименты в области передачи данных начиная с 1895 года , однако его изобретение было сильно усовершенствовано и доведено «до ума» иностранными коллегами. К тому же Попов не патентовал свою работу.
Безусловно, вклад Попова в развитие радио нельзя недооценивать. Однако считать его единственным изобретателем радио неверно. Мнение, что Александр Попов изобрел радио, во многом было навязано пропагандой СССР, когда все возможные и невозможные изобретения пытались приписать советскому союзу.
Также противостояние вели Тесла и Маркони. Никола Тесла утверждал, что провел эксперименты по беспроводной передаче сигнала раньше 1896 года, когда это сделал Маркони. Однако Маркони, обладавший коммерческой жилкой, успел запатентовать изобретение первым.
Заслуга этого человека в том, что именно он смог найти прежде лишь теоретическим идеям действительно широкое практическое применение.
Настоящей сенсацией в 1901 году стала передача радиосигнала на расстояние 3200 километров. Тогда многие ученые считали, что радиоволна не может распространиться на такую дальность из-за шарообразной формы Земли.
Что такое радиоволна
Волна – это колебание. Морская волна – это колебание поверхности воды.
А радиоволна – изменение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве.
Так же как и свет, радиоволны представляют собой электромагнитное излучение. Разница лишь в частоте и длине волны. Скорость распространения радиоволны в вакууме равна примерно 300000 километров в секунду.
Ниже приведем весь спектр электромагнитных колебаний и покажем место радиоволн в нем.
Электромагнитное излучение
Радиоволна – это сигнал. То, что передает информацию. Радиоволны делятся на диапазоны: от субмиллиметровых до сверхдлинных. Для каждого диапазона волн характерны свои особенности распространения.
Например, чем больше длина волны и чем меньше частота, тем больше волна способна огибать преграды. Длинные волны огибают всю планету.
Все маяки и спасательные станции настроены на волну длиной 6 метров и частотой 500 кГц.
Средние волны подвержены поглощению и рассеиванию сильнее. Длина их распространения – около 1500 км. Короткие волны проходят небольшие расстояния, их энергия поглощается поверхностью планеты.
Как” работают” радиоволны. Принцип распространения радиоволн
Прежде чем разбираться с самим радио, нужно уточнить еще несколько моментов. Как именно передается информация.
Как передается информация. Модуляция
Возьмем электромагнитную волну. Она представляет собой синусоиду, колебания векторов напряженности магнитного и электрического полей. «Где же здесь информация?» спросите вы, и в этом вопросе есть резон.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Сама по себе синусоида не несет никакой информации. Для передачи данных используется модуляция сигнала. Есть разные виды модуляций:
- амплитудная;
- фазовая;
- частотная;
- амплитудно-частотная.
Например, аббревиатура FM означает frequency modulation – частотная модуляция.
Модуляция – это изменение одного из параметров сигнала.
Частотная модуляция – это изменение частоты. Амплитудная – соответственно, амплитуды. Конечно, изменение не простое, а несущее в себе информацию.
У нас есть несущий сигнал (несущее колебание) и информационный сигнал (речь, звук, музыка). Модуляция несущего сигнала позволяет зашифровать в нем информацию. Причем параметр этого сигнала изменяется в соответствии с информационным сигналом.
Далее будем рассматривать частотную модуляцию, так как FM-радиостанции – самые популярные, а говорить приятнее о том, что привычно. При частотной модуляции сигнал не изменяется по амплитуде. В соответствии с изменениями уровня информационного сигнала меняется частота несущего колебания.
Вот как это выглядит:
Принцип работы частотной модуляции
Как работает радио
Простейший радиоприемник содержит приемник и передатчик. Передатчик должен отправить сигнал, а приемник – принять его.
При этом приемник не просто передает, а кодирует сигнал, применяя модуляцию. Передатчик также должен произвести обратное действие, то есть раскодировать сингал. И вот тогда мы получим тот же сигнал, что нам передали.
Например, вы едете в маршрутке, где водитель слушает радио «Шансон». Лето, жара, дачники, ехать еще несколько часов… В общем, красота, да и только. Но не будем отвлекаться! По радио звучит очень душевная песня.
Когда говорят «95.2 FM», подразумевают ультракороткую радиоволну с несущей частотой 95.2 Мегагерца.
Спектр ее сигнала имеет примерно такой вид. Это – информационный сигнал.
Спектр песни
Чтобы передать его на расстояние, эту информацию нужно зашифровать. Передатчик на радиостанции отправляет несущую синусоидальную волну в пространство, проводя частотную модуляцию.
Приемник в кабине у водителя, наоборот, выделяет из пришедшего сигнала полезную составляющую. Далее сигнал отправляется на усилитель, с усилителя – на динамик. Как следствие – все счастливо путешествуют под музыку!
Зная принцип действия радио, можно при желании самостоятельно собрать радиоприемник из простых компонентов. Как это сделать с помощью картошки – узнаете из видео. Сразу скажем, сами не проверяли, но если вы попробуете – расскажите нам, как получилось. А если перед вами задачка посложнее и нужна помощь в ее решении обращайтесь в студенческий сервис.
» Радиоволны в гинекологии
Радиоволны в гинекологии
В своей практике врачи медицинского центра “ЗДРАВГОРОД” используют радиоволновый аппарат ФОТЕК-80. Лечение на аппарате ФОТЕК-80 позволяет избежать длительного заживления раны и формирования грубых деформирующих рубцов.
Гинекологические заболевания возникают у женщин независимо от их возраста. Виной тому плохая экология, различные половые инфекции или травмы, полученные при абортах или родах. В основном различные патологии возникают на шейке матки. И очень часто единственным методом, предотвращающим более серьезные проблемы, является хирургическое вмешательство. До недавнего времени различные патологии половой сферы можно было вылечить только прижиганием или другими болезненными манипуляциями. В современной медицине успешно применяется радиоволновая коагуляция шейки матки – быстрая и безболезненная операция, которая проводится даже нерожавшим девушкам.
Воздействие высокочастотного излучения
Радиоволновая терапия – это один из самых безопасных методов лечения большинства патологий шейки матки. Участки тканей и клетки под воздействием волн испаряются, не подвергаясь разрезанию или ожогу. Патологические образования просто расходятся под воздействием мощного радиоволнового излучения. При испарении тканей выделяется пар низкой температуры, способствующий коагуляции (запаиванию) сосудов и клеток. Этот процесс очень быстрый и абсолютно безболезненный. Радиоволновая коагуляция шейки матки не повреждает здоровые ткани и исключает послеоперационные осложнения. На месте разреза наблюдается несколько процессов: высокочастотный луч одновременно дезинфицирует рану и блокирует кровотечение. Послеоперационное восстановление происходит быстро, без образования шрамов или изменения формы шейки матки.
Кому показана операция?
Этот уникальный метод обладает высокой эффективностью и показан женщинам всех возрастов, имеющим проблемы гинекологического характера, а также девушкам, планирующим беременность в будущем. Радиоволновая коагуляция шейки матки рекомендуется при таких патологиях:
– эрозия;
– киста бартолиньевых желез;
– дисплазия;
– хроническая форма цервицита;
– кондиломы, полипы, папилломы;
– лейкоплакия шейки матки.
Радиоволновой луч является лучшим инструментом для проведения процедуры биопсии при подозрении на маточные патологии онкологического характера.
Радиоволновая коагуляция эрозии шейки матки
При диагнозе такого вида данная операция очень эффективна и имеет благоприятные прогнозы на полное выздоровление. При попадании радиоволнового луча в область матки, где находится эрозия, поврежденные клетки начинают испаряться, образуя плотную пленку. Со временем омертвевший слой отторгается, а на его месте остаются здоровые, чистые ткани. При лечении эрозии очень часто используется именно радиоволновая коагуляция шейки матки. Отзывы врачей, проводивших эту операцию своим пациенткам, подтверждают ее эффективность. После процедуры полностью отсутствуют срезанные ткани, что исключает образование рубцов, таким образом сводя к минимуму осложнения инфекционного характера.
Проведение операции
До процедуры пациентка должна пройти полный осмотр у гинеколога. Ряд исследований включает в себя:
– осмотр на гинекологическом кресле в кабинете;
– анализ цитологического мазка;
– обследование на урогенитальные инфекции;
– детальный анализ крови.
При выявлении любой инфекции (микоплазмы, хламидий, герпеса) проводится соответствующее лечение, а по его окончании исследуется ткань шейки матки путем биопсии.
После обследования организма женщина должна явиться на прием к врачу в период с 5-х по 14-е сутки ее менструального цикла. Область влагалища и участок, на который будет воздействовать радиоволновой луч, обрабатываются антисептиком, применяется местная или общая анестезия. Затем специальным прибором коагулируются или иссекаются пораженные ткани. После проведения операции женщина не нуждается в госпитализации. Она может отправляться домой, получив необходимые врачебные рекомендации.
Варианты операций
Любые манипуляции на шейке матки проводятся строго в начале менструального цикла. Продолжительность процедуры и мощность радиоволн зависят от тяжести и особенностей недуга. Коагуляция при фоновых заболеваниях проводится сразу после введения анестетика в область шейки матки. Продолжительность процедуры – до пяти минут. При выявленных патологиях предопухолевого характера, таких как кондилома или дисплазия матки, производится удаление пораженных тканей. Процедура занимает до 10 минут. По окончании ее небольшой сгусток, извлеченный при операции, отправляется на исследование.
Противопоказания
Несмотря на доступность и эффективность процедуры, радиоволновая коагуляция шейки матки невозможна при наличии:
– повышенной температуры тела;
– половых инфекций;
– беременности;
– психических заболеваний;
– менструации;
– хронических или острых недугов малого таза;
– металлических имплантатов в организме;
– злокачественных опухолей.
Преимущества терапии
Коагуляция шейки матки радиоволновым методом является одной из лучших операций по избавлению от различных патологий. Даная методика обладает рядом следующих преимуществ:
– процедура совершенно безболезненная;
– радиоволны проводят точную обработку поврежденных клеток, не затрагивая здоровых тканей; заживление ран происходит быстро, без образования рубцов;
– метод не производит отрицательного воздействия на половую сферу, что позволяет успешно применять его при лечении патологий у молодых девушек и женщин, планирующих повторную беременность;
– полностью исключается кровотечение;
– после операции рана не требует дополнительной обработки заживляющими препаратами;
– после коагуляции шейки матки ни разу не наблюдалась ее деформация;
– во время проведения операции радиоволны производят стерилизующий эффект, исключающий инфицирование;
– в послеоперационном периоде риск возникновения отека или воспаления сведен к минимуму.
Рекомендации после проведения радиоволновой коагуляции
На протяжении двух лет каждые полгода женщина должна проходить обследование у лечащего врача. Обычно после процедуры специалистом назначаются вагинальные свечи для регенерации и полного восстановления нормальной среды влагалища. После процедуры на протяжении 14 дней не рекомендуется купание в любых открытых водоемах, посещение бассейна, сауны. Женщине следует избегать слишком горячих ванн, тяжелых нагрузок или активных занятий спортом. В течение месяца-двух рекомендуется полный половой покой. В качестве дополнительных восстановительных процедур врачом могут быть назначены спринцевания. Применение тампонов в этот период запрещено.
Радиоволновая коагуляция шейки матки: последствия
В первые сутки после проведения операции возможны тянущие боли, напоминающие менструальные. В этом случае врач может назначить обезболивающие препараты. Мажущие кровотечения появляются спустя 7 суток после дня, когда была проведена радиоволновая коагуляция шейки матки. Выделения обычно необильные, сукровичные, они могут продолжаться в течение 20-25 дней. В это время необходимо пройти лечение с применением свечей, приписанных врачом. Будьте бдительны! По окончании выделений начинается менструация, которая может характеризоваться большей обильностью, чем обычно. В случае если кровотечение интенсивное, присутствуют сгустки и сильная боль, требуется в срочном порядке вызвать врача. Также должно насторожить, если резко поднимается температура тела или спустя 3 недели после проведения операции начинаются выделения с неприятным запахом. При обнаружении таких симптомов женщине следует немедленно обратиться к медикам.
Возможные осложнения
В основном послеоперационный и восстановительный периоды благоприятно протекали у большинства женщин. Осложнения наблюдались у 1 % прооперированных пациенток в виде кровотечений, резкого сужения каналов матки или инфекции. Сегодня наиболее щадящим и эффективным методом по устранению ряда заболеваний половой сферы является радиоволновая коагуляция шейки матки. Отзывы женщин, которым проводилась эта операция, имели положительный характер. Процесс проходит быстро, без госпитализации и стационарного лечения. У некоторых пациенток отмечалось снижение фертильности. Такие изменения могли иметь место, если во время процедуры был удален значительный участок матки или коагуляция проводилась многократно. Также после операции возможны нарушения плотности и свойств естественной слизи влагалища. В этом случае врачом назначается дополнительное лечение и повторное обследование.
радиоволн | Управление научной миссии
ЧТО ТАКОЕ РАДИО ВОЛНЫ?
В 1932 году Карл Янски из Bell Labs обнаружил, что звезды и другие объекты в космосе излучают радиоволны. Кредит: NRAO / AUI
.Радиоволны имеют самые длинные волны в электромагнитном спектре. Они варьируются от длины футбольного мяча до размеров нашей планеты. Генрих Герц доказал существование радиоволн в конце 1880-х годов. Он использовал искровой разрядник, прикрепленный к индукционной катушке, и отдельный разрядник на приемной антенне.Когда волны, создаваемые искрами катушечного передатчика, улавливаются приемной антенной, искры также могут проскакивать через ее промежуток. Герц в своих экспериментах показал, что эти сигналы обладают всеми свойствами электромагнитных волн.
Вы можете настроить радио на определенную длину волны или частоту и слушать свою любимую музыку. Радио «принимает» эти электромагнитные радиоволны и преобразует их в механические колебания в динамике, чтобы создать звуковые волны, которые вы можете слышать.
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
Астрономические объекты с изменяющимся магнитным полем могут излучать радиоволны. Радиоастрономический прибор WAVES на космическом корабле WIND зафиксировал дневные вспышки радиоволн от короны Солнца и планет в нашей солнечной системе.
Данные, представленные ниже, показывают излучения от различных источников, включая радиовсплески от Солнца, Земли и даже от ионосферы Юпитера, длина волн которой составляет около пятнадцати метров.Крайняя правая часть этого графика показывает радиовсплески от Солнца, вызванные электронами, которые были выброшены в космос во время солнечных вспышек, движущихся со скоростью 20% от скорости света.
Предоставлено: NASA / GSFC Wind Waves Майкл Л. Кайзер
РАДИОТЕЛЕСКОПЫ
Радиотелескопы смотрят в небо, чтобы увидеть планеты, кометы, гигантские облака газа и пыли, звезды и галактики. Изучая радиоволны, исходящие от этих источников, астрономы могут узнать об их составе, структуре и движении.Радиоастрономия имеет то преимущество, что солнечный свет, облака и дождь не влияют на наблюдения.
Поскольку радиоволны длиннее оптических, радиотелескопы сделаны иначе, чем телескопы, используемые для видимого света. Радиотелескопы должны быть физически больше оптических телескопов, чтобы получать изображения сравнимого разрешения. Но их можно сделать легче, проделав в тарелке миллионы маленьких отверстий, поскольку длинные радиоволны слишком велики, чтобы их «увидеть». Радиотелескоп Паркса с тарелкой шириной 64 метра не может дать более четкого изображения, чем небольшой оптический телескоп на заднем дворе!
Кредит: Ян Саттон
ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ ТЕЛЕСКОП
Для получения более четкого или более высокого разрешения радиоизображения радиоастрономы часто объединяют несколько меньших телескопов или приемных антенн в группу.Вместе эти тарелки могут действовать как один большой телескоп, разрешение которого задается максимальным размером области. Радиотелескоп с очень большой решеткой (VLA) Национальной радиоастрономической обсерватории в Нью-Мексико является одной из ведущих астрономических радиообсерваторий в мире. VLA состоит из 27 антенн, расположенных в виде огромной Y-образной диаграммы направленности до 36 км в поперечнике (примерно в полтора раза больше Вашингтона, округ Колумбия).
Методы, используемые в радиоастрономии на длинных волнах, иногда могут применяться на более коротком конце радиочастотного спектра – микроволновой части.На изображении VLA ниже зафиксировано 21-сантиметровое излучение энергии вокруг черной дыры в правом нижнем углу и силовых линий магнитного поля, тянущих за собой газ, в верхнем левом углу.
Кредит: VLA & NRAO, Фархад-Юсеф-Зедехет др. Северо-Западный
НЕБО РАДИО
Если бы мы посмотрели на небо с помощью радиотелескопа, настроенного на 408 МГц, небо выглядело бы радикально отличным от того, что мы видим в видимом свете. Вместо того, чтобы видеть точечные звезды, мы бы увидели далекие пульсары, области звездообразования, а остатки сверхновых будут доминировать в ночном небе.
Радиотелескопы также могут обнаруживать квазары. Термин квазар является сокращением от квазизвездного радиоисточника. Название происходит от того факта, что первые идентифицированные квазары излучают в основном радиоэнергию и очень похожи на звезды. Квазары очень энергичны, некоторые из них излучают в 1000 раз больше энергии, чем весь Млечный Путь. Однако большинство квазаров в видимом свете закрыто пылью в окружающих их галактиках.
Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / А. Мартинес-Сансигре
.Астрономы идентифицировали квазары с помощью радиоданных радиотелескопа VLA, потому что многие галактики с квазарами кажутся яркими при просмотре в радиотелескопы.На изображении ниже в искусственных цветах инфракрасные данные космического телескопа Spitzer окрашены в синий и зеленый цвета, а радиоданные с телескопа VLA показаны красным. Галактика, несущая квазар, выделяется желтым цветом, потому что она излучает как инфракрасный, так и радиосвет.
Начало страницы | Далее: Микроволны
Цитата
APA
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научных миссий. (2010). Радиоволны. Получено [вставить дату – e.грамм. 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science.nasa.gov/ems/05_radiowaves
MLA
Управление научной миссии. «Радиоволны» НАСА Наука . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [укажите дату – например, 10 августа 2016 г.] http://science.nasa.gov/ems/05_radiowaves
Что такое радиоволны? | Живая наука
Радиоволны – это тип электромагнитного излучения, наиболее известный благодаря использованию в коммуникационных технологиях, таких как телевидение, мобильные телефоны и радио.Эти устройства принимают радиоволны и преобразуют их в механические колебания динамика для создания звуковых волн.
Радиочастотный спектр – это относительно небольшая часть электромагнитного (ЭМ) спектра. Согласно данным Университета Рочестера, электромагнитный спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Обычные обозначения – это радиоволны, микроволны, инфракрасный (ИК), видимый свет, ультрафиолет (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Радиоволны имеют самые длинные волны в электромагнитном спектре, по данным НАСА, от 0,04 дюйма (1 миллиметр) до более 62 миль (100 километров). У них также самые низкие частоты, примерно от 3000 циклов в секунду, или 3 килогерца, до примерно 300 миллиардов герц, или 300 гигагерц.
Радиоспектр – ограниченный ресурс, и его часто сравнивают с сельскохозяйственными угодьями. По данным British Broadcasting Corp., так же, как фермеры должны организовать свою землю для получения наилучшего урожая с точки зрения количества и разнообразия, радиочастотный спектр должен быть распределен между пользователями наиболее эффективным образом.(BBC). В США Национальное управление по телекоммуникациям и информации Министерства торговли США управляет распределением частот в радиочастотном спектре.
Discovery
Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, который разработал единую теорию электромагнетизма в 1870-х годах, предсказал существование радиоволн, согласно данным Национальной библиотеки Шотландии. В 1886 году немецкий физик Генрих Герц применил теории Максвелла к производству и приему радиоволн.Герц использовал простые самодельные инструменты, в том числе индукционную катушку и лейденскую банку (ранний тип конденсатора, состоящий из стеклянной банки со слоями фольги как внутри, так и снаружи) для создания электромагнитных волн. Герц стал первым человеком, который передавал и принимал контролируемые радиоволны. Единица частоты электромагнитной волны – один цикл в секунду – в его честь, согласно Американской ассоциации развития науки, называется герц.
Диапазоны радиоволн
Национальное управление по телекоммуникациям и информации обычно делит радиочастотный спектр на девять диапазонов:
.tg {border-collapse: collapse; border-spacing: 0; border-color: #ccc;} .tg td {font-family: Arial, sans-serif; font-size: 14px; padding: 10px 5px; border-style : solid; border-width: 0px; overflow: hidden; word-break: normal; border-color: #ccc; color: # 333; background-color: #fff;} .tg th {font-family: Arial, sans -serif; font-size: 14px; font-weight: normal; padding: 10px 5px; border-style: solid; border-width: 0px; overflow: hidden; word-break: normal; border-color: #ccc; цвет : # 333; background-color: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-weight: bold; border-color: # 000000; text-align: left; vertical-align: top}.tg .tg-73oq {цвет границы: # 000000; выравнивание текста: слева; выравнивание по вертикали: сверху}
| Диапазон | Диапазон частот | Диапазон длин волн |
|---|---|---|
| Крайне низкая частота (ELF) | <3 кГц | > 100 км |
| Очень низкая частота (VLF) 90 30107 | 3 до кГц | от 10 до 100 км |
| Низкая частота (LF) | от 30 до 300 кГц | От 1 м до 10 км |
| Средняя частота (MF) | От 300 кГц до 3 МГц | От 100 м до 1 км |
| Высокая частота (HF) | 3–30 МГц | 10–100 м |
| Очень высокая частота (VHF) | 30–300 МГц | 1–10 м |
| Ultra Высокая частота (УВЧ) | От 300 МГц до 3 ГГц | От 10 см до 1 м |
| Сверхвысокая частота (СВЧ) | От 3 до 30 ГГц | От 1 до 1 см |
| Сверхвысокая частота (КВЧ ) | 30 к 300 ГГц | от 1 мм до 1 см |
Низкие и средние частоты
Радиоволны КНЧ, самые низкие из всех радиочастот, имеют большой диапазон и полезны при проникновении через воду и скалы для связи с подводными лодками, а также внутри шахт и пещер.По данным Stanford VLF Group, самый мощный естественный источник волн СНЧ / ОНЧ – это молния. Согласно Phys.org, волны, создаваемые ударами молний, могут отражаться от Земли к ионосфере (слой атмосферы с высокой концентрацией ионов и свободных электронов) вперед и назад. Эти молнии могут искажать важные радиосигналы, идущие к спутникам.
LF и MF радиодиапазоны включают морское и авиационное радио, а также коммерческое радио AM (амплитудная модуляция), согласно RF Page.Согласно данным How Stuff Works, диапазоны радиочастот AM находятся в диапазоне от 535 килогерц до 1,7 мегагерц. AM-радио имеет большой радиус действия, особенно ночью, когда ионосфера лучше преломляет волны обратно на Землю, но она подвержена помехам, влияющим на качество звука. Когда сигнал частично блокируется, например, зданием с металлическими стенами, например небоскребом, громкость звука соответственно уменьшается.
Более высокие частоты
диапазоны HF, VHF и UHF включают FM-радио, звуковое вещание телевидения, общественное радио, мобильные телефоны и GPS (глобальная система определения местоположения).Эти полосы обычно используют «частотную модуляцию» (FM) для кодирования или передачи аудиосигнала или сигнала данных на несущую волну. При частотной модуляции амплитуда (максимальная степень) сигнала остается постоянной, в то время как частота изменяется выше или ниже со скоростью и величиной, соответствующими звуковому сигналу или сигналу данных.
FM дает лучшее качество сигнала, чем AM, потому что факторы окружающей среды не влияют на частоту так, как они влияют на амплитуду, и приемник игнорирует изменения амплитуды, пока сигнал остается выше минимального порога.Согласно данным How Stuff Works, FM-радиочастоты находятся в диапазоне от 88 до 108 мегагерц.
Коротковолновое радио
Коротковолновое радио использует частоты в диапазоне HF, от 1,7 до 30 мегагерц, по данным Национальной ассоциации коротковолновых радиовещателей (NASB). В этом диапазоне коротковолновый спектр разделен на несколько сегментов, некоторые из которых предназначены для обычных вещательных станций, таких как «Голос Америки», British Broadcasting Corp.и Голос России. По данным NASB, по всему миру существуют сотни коротковолновых станций. Коротковолновые станции можно слышать на расстоянии тысяч миль, потому что сигналы отражаются от ионосферы и возвращаются на сотни или тысячи миль от точки своего происхождения.
Самые высокие частоты
SHF и EHF представляют самые высокие частоты в радиодиапазоне и иногда считаются частью микроволнового диапазона. Молекулы в воздухе имеют тенденцию поглощать эти частоты, что ограничивает их диапазон и область применения.Однако их короткие длины волн позволяют направлять сигналы узкими лучами параболическими тарелочными антеннами (спутниковыми тарелочными антеннами). Это позволяет осуществлять связь с высокой пропускной способностью на короткие расстояния между фиксированными точками.
СВЧ, на который воздух влияет меньше, чем на КВЧ, используется для приложений малого радиуса действия, таких как Wi-Fi, Bluetooth и беспроводной USB (универсальная последовательная шина). Согласно RF Page, СВЧ может работать только в зоне прямой видимости, поскольку волны имеют тенденцию отражаться от таких объектов, как автомобили, лодки и самолеты.А поскольку волны отражаются от объектов, СВЧ также можно использовать для радара.
Астрономические источники
Космическое пространство изобилует источниками радиоволн: планеты, звезды, газовые и пылевые облака, галактики, пульсары и даже черные дыры. Изучая их, астрономы могут узнать о движении и химическом составе этих космических источников, а также о процессах, вызывающих эти выбросы.
Радиотелескоп «видит» небо совсем иначе, чем оно выглядит в видимом свете.Вместо того, чтобы видеть точечные звезды, радиотелескоп улавливает далекие пульсары, области звездообразования и остатки сверхновых. Радиотелескопы также могут обнаруживать квазары, что является сокращением от квазизвездного радиоисточника. Квазар – это невероятно яркое галактическое ядро, питаемое сверхмассивной черной дырой. Квазары излучают энергию в широком спектре электромагнитных волн, но название происходит от того факта, что первые идентифицированные квазары излучают в основном радиоэнергию. Квазары очень энергичны; некоторые излучают в 1000 раз больше энергии, чем весь Млечный Путь.
По данным Венского университета, радиоастрономы часто объединяют несколько меньших телескопов или приемных тарелок в массив, чтобы получить более четкое радиоизображение или более высокое разрешение. Например, радиотелескоп с очень большой решеткой (VLA) в Нью-Мексико состоит из 27 антенн, расположенных в виде огромной Y-образной диаграммы, имеющей 22 мили (36 километров) в поперечнике.
Дополнительные ресурсы:
Эта статья была обновлена 27 февраля 2019 г. участником Live Science Трейси Педерсен.
электромагнитного излучения | Спектр, примеры и типы
Электромагнитное излучение , в классической физике, поток энергии с универсальной скоростью света через свободное пространство или через материальную среду в виде электрических и магнитных полей, которые составляют электромагнитные волны, такие как радиоволны, видимый свет, и гамма-лучи. В такой волне изменяющиеся во времени электрическое и магнитное поля взаимно связаны друг с другом под прямым углом и перпендикулярно направлению движения.Электромагнитная волна характеризуется своей интенсивностью и частотой ν изменения электрического и магнитного полей во времени.
Британская викторина
Тест “Дело и другое”
Согласно Британнике, физика фокусируется на «структуре материи и взаимодействиях между фундаментальными составляющими наблюдаемой Вселенной.”Проверьте свои знания о материи и многое другое с помощью этой викторины.
С точки зрения современной квантовой теории электромагнитное излучение – это поток фотонов (также называемых квантами света) через пространство. Фотоны – это пакеты с энергией h ν, которые всегда движутся с универсальной скоростью света. Обозначение h – это постоянная Планка, а значение ν такое же, как и частота электромагнитной волны в классической теории. Фотоны, имеющие одинаковую энергию h ν, все похожи, и их плотность числа соответствует интенсивности излучения.Электромагнитное излучение проявляет множество явлений при взаимодействии с заряженными частицами в атомах, молекулах и более крупных материальных объектах. Эти явления, а также способы создания и наблюдения электромагнитного излучения, способ, которым такое излучение возникает в природе, и его технологические применения зависят от его частоты ν. Спектр частот электромагнитного излучения простирается от очень низких значений в диапазоне радиоволн, телевизионных волн и микроволн до видимого света и за его пределами до значительно более высоких значений ультрафиолетового света, рентгеновских лучей и гамма-лучей.
В этой статье обсуждаются основные свойства и поведение электромагнитного излучения, а также его различные формы, включая их источники, отличительные характеристики и практическое применение. В статье также прослеживается развитие как классической, так и квантовой теории излучения.
Общие соображения
Возникновение и важность
Около 0,01 процента массы / энергии всей Вселенной происходит в форме электромагнитного излучения.В нее погружена вся человеческая жизнь, и современные коммуникационные технологии и медицинские услуги особенно зависят от той или иной ее формы. Фактически, все живые существа на Земле зависят от электромагнитного излучения, получаемого от Солнца, и от преобразования солнечной энергии путем фотосинтеза в растительную жизнь или путем биосинтеза в зоопланктон, основной этап пищевой цепи в океанах. Глаза многих животных, в том числе человека, приспособлены к тому, чтобы быть чувствительными и, следовательно, видеть самую обильную часть электромагнитного излучения Солнца, а именно свет, который составляет видимую часть его широкого диапазона частот.Зеленые растения также обладают высокой чувствительностью к максимальной интенсивности солнечного электромагнитного излучения, которое поглощается веществом, называемым хлорофиллом, который необходим для роста растений посредством фотосинтеза.
фотосинтезСхема фотосинтеза, показывающая, как вода, свет и углекислый газ поглощаются растением, чтобы произвести кислород, сахар и больше углекислого газа.
Encyclopædia Britannica, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчасПрактически все виды топлива, которые использует современное общество – газ, нефть и уголь – представляют собой запасенные формы энергии, полученные от Солнца в виде электромагнитного излучения миллионы лет назад. Только энергия ядерных реакторов исходит не от Солнца.
Повседневная жизнь наполнена искусственно созданным электромагнитным излучением: пища нагревается в микроволновых печах, самолеты управляются радиолокационными волнами, телевизоры принимают электромагнитные волны, передаваемые радиовещательными станциями, а инфракрасные волны от обогревателей согревают.Инфракрасные волны также излучаются и принимаются автоматическими самофокусирующимися камерами, которые с помощью электроники измеряют и устанавливают правильное расстояние до объекта, который нужно сфотографировать. Как только солнце садится, включаются лампы накаливания или люминесцентные лампы для искусственного освещения, и города ярко светятся красочными люминесцентными и неоновыми лампами рекламных вывесок. Знакомо и ультрафиолетовое излучение, которое глаза не видят, но действие которого ощущается как боль от солнечного ожога. Ультрафиолетовый свет представляет собой разновидность электромагнитного излучения, которое может быть опасным для жизни.То же самое можно сказать и о рентгеновских лучах, которые важны в медицине, поскольку они позволяют врачам наблюдать за внутренними частями тела, но воздействие на которые должно быть сведено к минимуму. Менее известны гамма-лучи, которые возникают в результате ядерных реакций и радиоактивного распада и являются частью вредного высокоэнергетического излучения радиоактивных материалов и ядерного оружия.
РАДИО ВОЛНЫ
| МИКРОВОЛНЫ | ИНФРАКРАСНЫЙ
| ВИДИМЫЙ СВЕТ | УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ
| РЕНТГЕНОВСКИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ | ГАММА ЛУЧИ
Как мы «видим» с помощью радиоволн?Объекты в космосе, такие как планеты и кометы, гигантские облака газа и пыли, а также звезд и галактик, излучают свет во многих различных длины волн.Часть излучаемого ими света имеет очень большую длину волны – иногда целых милю !. Эти длинные волны в радио область электромагнитного спектра.
VLA, расположенный в Нью-Мексико, представляет собой интерферометр; это означает, что он работает умножение данных от каждой пары телескопов вместе, чтобы образуют интерференционные картины. Структура этого вмешательства узоры, и как они меняются со временем, когда Земля вращается, отражают структуру радиоисточников на небе. Что показывают нам радиоволны?На изображении выше показан окись углерода (CO) в нашей галактике Млечный Путь. Многие астрономические объекты излучают радиоволны, но это не так. был открыт до 1932 года. С тех пор астрономы разработали сложные системы, позволяющие делать снимки с радиоволны, излучаемые астрономическими объектами.
[СЛЕДУЮЩАЯ УМЕНЬШЕННАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ]ВОЗВРАЩЕНИЕ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ СПЕКТРУ |
Что радиоволны говорят нам о Вселенной? · Границы для молодых умов
Аннотация
Радиоастрономия началась в 1933 году, когда инженер по имени Карл Янский случайно обнаружил, что радиоволны возникают не только из-за изобретений, которые мы создаем, но и из природных веществ в космосе.С тех пор астрономы создали все более совершенные телескопы, чтобы находить эти космические радиоволны и больше узнавать о том, откуда они приходят и что они могут рассказать нам о Вселенной. Хотя ученые могут многому научиться из видимого света, который они обнаруживают с помощью обычных телескопов, они могут обнаруживать различные объекты и события, такие как черные дыры, формирующиеся звезды, планеты в процессе рождения, умирающие звезды и многое другое – с помощью радиотелескопов. Вместе телескопы, которые могут видеть различные виды волн – от радиоволн до видимых световых волн и гамма-лучей – дают более полную картину Вселенной, чем любой другой тип телескопа сам по себе.
Когда вы смотрите на ночное небо, вы видите яркие огни звезд. Если вы живете в темном месте вдали от городов, вы можете увидеть их тысячи. Но отдельные точки, которые вы видите, это около звезд. Еще около 100 миллиардов звезд существуют только в нашей галактике, которая называется Млечный Путь. По мнению астрономов, помимо Млечного Пути существует еще около 100 миллиардов галактик (каждая со своими 100 миллиардами звезд). Почти все эти звезды невидимы для ваших глаз, которые не могут видеть тусклый свет далеких звезд.Ваши глаза упускают и другие вещи. Видимый свет, который могут видеть ваши глаза, – это лишь крошечная часть того, что астрономы называют «электромагнитным спектром », то есть всего диапазона различных световых волн, который существует. Электромагнитный спектр также включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны. Поскольку человеческие глаза могут видеть только видимый свет, мы должны построить специальные телескопы, чтобы улавливать остальную часть этого «спектра» – а затем превращать их в изображения и графики, которые мы можем видеть .
Что такое радиоволна?
Свет состоит из крошечных частиц, называемых « фотонов, ». Фотоны в видимом свете обладают средним количеством энергии. Когда у фотонов немного больше энергии, они становятся ультрафиолетовым излучением, которое вы не видите, но которое может вызвать солнечный ожог. Обладая большей энергией, фотоны становятся рентгеновскими лучами, которые проходят сквозь вас. Если фотоны обладают даже на единиц энергии больше, чем на , они становятся гамма-лучами, которые исходят от звезд при взрыве.
Но когда фотоны имеют немного меньше энергии, чем фотоны видимого света, они известны как инфракрасное излучение. Вы можете почувствовать их как тепло. Наконец, мы называем фотоны с наименьшей энергией «радиоволнами». Радиоволны исходят из странных мест в космосе – самых холодных и старых мест, а звезды с наибольшим количеством материала помещены в небольшое пространство. Радиоволны рассказывают нам о частях Вселенной, о существовании которых мы даже не подозревали бы, если бы использовали только наши глаза или телескопы, которые видят видимые фотоны.
Длина волны и частота
Радиоастрономы используют эти радио-фотоны, чтобы узнать о невидимой Вселенной. Фотоны движутся волнами, как будто они едут на американских горках, которые снова и снова используют одни и те же две части пути [1]. Размер фотонной волны – ее длина волны – говорит вам о ее энергии. На рисунке 1 показаны волны с двумя разными длинами волн. Если волна длинная, в ней мало энергии; если он короткий, то в нем много энергии. Радиоволны не обладают большой энергией, а это означает, что они распространяются большими волнами с длинными волнами.Радиоволны могут достигать сотни футов или всего несколько сантиметров.
- Рисунок 1 – Фотоны движутся волнами. Длина каждой волны называется длиной волны.
Астрономы также говорят о том, сколько из этих волн проходит через точку каждую секунду – радиоволны «частота ». Вы можете представить себе частоту, представив пруд с водой. Если вы бросите камень в воду, по пруду разнесется рябь. Если вы стоите в воде, волны ударяют вас по щиколотку.Количество волн, которые врезаются в вас за одну секунду, говорит вам о частоте волн. Одна волна в секунду называется 1 Гц . Миллион волн в секунду составляет 1 МГц. Если волны длинные, то каждую секунду их ударяет меньше, поэтому длинные волны имеют меньшую частоту. Радиоволны имеют длинные волны и малые частоты.
Радио Пионеры
Первый радиоастроном не хотел быть первым радиоастрономом. В 1933 году человек по имени Карл Янски работал над проектом для Bell Laboratories, лаборатории в Нью-Джерси, названной в честь Александра Грэхема Белла, который изобрел телефон.Там инженеры разрабатывали первую телефонную систему, которая работала через Атлантический океан. Когда люди впервые пытались позвонить по этой системе, они слышали шипящий звук на заднем плане в определенное время дня. В Bell Labs посчитали, что шум вреден для бизнеса, поэтому они послали Карла Янски выяснить, чем он вызван. Вскоре он заметил, что шипение началось, когда середина нашей галактики поднялась в небе, и закончилось, когда она зашла (все в небе поднимается и заходит так же, как Солнце и Луна).Он выяснил, что радиоволны, идущие из центра галактики, нарушают телефонную связь и вызывают шипение. Он – и телефон – обнаружил радиоволны из космоса [1]. Янски открыл новую, невидимую вселенную. Вы можете увидеть изображение антенны, которую Карл Янски использовал для обнаружения радиоволн из космоса на Рисунке 2.
- Рис. 2 – Основатель радиоастрономии Карл Янский стоит с построенной им антенной, которая обнаружила первые радиоволны, которые, как было установлено, приходили из космоса.Источник: НРАО.
Вдохновленный исследованиями Дженкси, человек по имени Грот Ребер построил радиотелескоп на своем заднем дворе в Иллинойсе. Он закончил работу над телескопом диаметром 31 фут в 1937 году и использовал его, чтобы посмотреть на все небо и увидеть, откуда приходят радиоволны. Затем на основе данных, полученных им со своего радиотелескопа, он составил первую карту «радионеба» [2].
Обсуждение радиотелескопа
Вы можете видеть видимый свет, потому что фотоны видимого света распространяются небольшими волнами, а ваш глаз маленький.Но поскольку радиоволны велики, ваш глаз должен быть большим, чтобы их обнаружить. Таким образом, если обычные телескопы имеют диаметр в несколько дюймов или футов, то радиотелескопы намного больше. Телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии имеет ширину более 300 футов, и его можно увидеть на Рисунке 3. Телескоп Аресибо в джунглях в Пуэрто-Рико имеет диаметр почти 1000 футов. Они выглядят как гигантские версии антенн спутникового телевидения, но работают как обычные телескопы.
- Рис. 3. Хотя такие инструменты, как телескоп Грин-Бэнк, изображенные здесь, могут не выглядеть как традиционные телескопы, они работают примерно так же, но обнаруживают радиоволны вместо видимого света.Затем они превращают эти радиоволны, которые человеческий глаз не может видеть, в изображения и графики, которые могут интерпретировать ученые. Источник: НРАО.
Чтобы использовать обычный телескоп, вы наводите его на объект в космосе. Затем свет от этого объекта попадает в зеркало или линзу, которые отражают этот свет на другое зеркало или линзу, которые затем снова отражают свет и отправляют его в ваш глаз или камеру.
Когда астроном направляет радиотелескоп на что-то в космосе, радиоволны из космоса падают на поверхность телескопа.Поверхность, которая может быть металлической с отверстиями, называемой сеткой, или твердым металлом, например алюминием, действует как зеркало для радиоволн. Он отталкивает их ко второму «радиозеркалу», которое затем направляет их в то, что астрономы называют «приемником ». Приемник делает то же самое, что и камера: он превращает радиоволны в картинку. На этом снимке показано, насколько сильны радиоволны и откуда они исходят в небе.
Radio Vision
Когда астрономы ищут радиоволны, они видят объекты и события, отличные от того, что они видят, когда ищут видимый свет.Места, которые кажутся темными нашему глазу или обычному телескопу, ярко горят в радиоволнах. Например, места, где образуются звезды, заполнены пылью. Эта пыль блокирует попадание света на нас, поэтому вся область выглядит как черная капля. Но когда астроном направляет радиотелескопы в это место, они могут видеть сквозь пыль: они могут видеть рождающуюся звезду.
Звезды рождаются в гигантских облаках газа в космосе. Во-первых, этот газ собирается вместе. Затем под действием силы тяжести к сгустку притягивается все больше и больше газа.Комок становится все больше и больше, горячее и горячее. Когда он становится огромным и достаточно горячим, он начинает разбивать атомы водорода, мельчайшие из существующих атомов. Когда атомы водорода сталкиваются друг с другом, они образуют гелий, атом немного большего размера. Затем этот кусок газа становится официальной звездой. Радиотелескопы делают снимки этих молодых звезд [3].
Радиотелескопы тоже раскрывают секреты ближайшей звезды. Свет, который мы видим от Солнца, исходит от поверхности, то есть около 9000oF.Но над поверхностью температура достигает 100 000oF. Радиотелескопы помогают нам больше узнать об этих горячих частях, излучающих радиоволны.
У планет в нашей солнечной системе тоже есть радиолюбители. Радиотелескопы показывают нам газы, которые вращаются вокруг Урана и Нептуна, и то, как они движутся. Северный и южный полюса Юпитера светятся радиоволнами. Если мы направим радиоволны к Меркурию , а затем поймем отраженные радиоволны с помощью радиотелескопа, мы сможем сделать карту почти так же хорошо, как Google Earth [4].
Когда они смотрят намного дальше, радиотелескопы показывают нам некоторые из самых странных объектов во Вселенной. В центре большинства галактик расположены сверхмассивные черные дыры. Черные дыры – это объекты с большой массой, сжатые в крошечное пространство. Эта масса дает им такую силу тяжести, что ничто, даже свет, не может избежать их притяжения. Эти черные дыры поглощают звезды, газ и все остальное, что подходит слишком близко. Когда этот невезучий материал ощущает гравитацию черной дыры, он сначала вращается по спирали вокруг черной дыры.По мере приближения он движется все быстрее и быстрее. Над и под черной дырой образуются огромные струи или столбы электромагнитного излучения и вещества, которое не попадает в черную дыру (иногда выше, чем ширина всей галактики). Радиотелескопы показывают эти струи в действии (рис. 4).
- Рис. 4. Галактики, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры, могут испускать струи вещества и излучения, подобные тем, которые мы видим здесь, которые выше, чем ширина галактики. Источник: НРАО.
Массивные объекты, подобные этим черным дырам, искажают ткань пространства, называемого пространством-временем. Представьте себе, что вы устанавливаете на батуте шар для боулинга, который много весит. Батут проседает. Тяжелые предметы в космосе заставляют пространство-время провисать, как батут. Когда радиоволны, исходящие от далеких галактик, проходят через этот провал, чтобы добраться до Земли, форма действует так же, как форма увеличительного стекла на Земле: тогда телескопы видят более крупную и яркую картину далекой галактики.
Радиотелескопы также помогают разгадывать одну из самых больших загадок Вселенной: что такое темная энергия ? Вселенная становится больше с каждой секундой.И она становится все быстрее и быстрее с каждой секундой, потому что «темная энергия» противоположна гравитации: вместо того, чтобы собирать все вместе, она раздвигает все дальше друг от друга. Но насколько сильна темная энергия? Радиотелескопы могут помочь ученым ответить на этот вопрос, взглянув на « мегамазеров », которые естественным образом встречаются в некоторых частях космоса. Мегамазер похож на лазер на Земле, но он излучает радиоволны вместо красного или зеленого света. что мы можем видеть. Ученые могут использовать мегамазеры, чтобы определить детали темной энергии [5].Если ученые смогут выяснить, как далеко находятся эти мегамазеры, они смогут сказать, как далеко находятся разные галактики, а затем они смогут выяснить, с какой скоростью эти галактики удаляются от нас.
Полный ящик для инструментов
Если бы у нас были только телескопы, улавливающие видимый свет, мы бы упустили большую часть происходящего во Вселенной. Представьте себе, если бы у врачей был только стетоскоп в качестве инструмента. Они могли много узнать о сердцебиении пациента. Но они могли бы узнать гораздо больше, если бы у них также был рентгеновский аппарат, сонограмма, прибор МРТ и компьютерный томограф.С помощью этих инструментов они могли получить более полную картину того, что происходит внутри тела пациента. Астрономы используют радиотелескопы вместе с ультрафиолетовыми, инфракрасными, оптическими, рентгеновскими и гамма-телескопами по той же причине: чтобы получить полную картину того, что происходит во Вселенной.
Глоссарий
Электромагнитный спектр : ↑ Видимый свет, который мы видим, составляет лишь крошечную часть «электромагнитного спектра». Видимый свет состоит из фотонов средней энергии.Фотоны с большей энергией – это ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи (гамма-лучи обладают наибольшей энергией). Фотоны с меньшей энергией – это инфракрасные и радиоволны (радиоволны имеют наименьшую энергию).
Фотон : ↑ Свет состоит из частиц, называемых фотонами, которые движутся волнами.
Длина волны : ↑ Размер волны, в которой распространяется фотон.
Частота : ↑ Количество световых волн, которые проходят через точку за одну секунду.
Гц : ↑ 1 Гц означает, что одна волна проходит через точку за одну секунду. Один мегагерц означает, что каждую секунду проходит миллион волн.
Приемник : ↑ Часть радиотелескопа, которая принимает радиоволны и превращает их в изображение.
Темная энергия : ↑ Темная энергия действует как противоположность гравитации и отталкивает все во Вселенной все дальше друг от друга.
Megamaser : ↑ Естественный космический лазер, излучающий радиоволны вместо красного или зеленого света, как от лазерной указки.
Список литературы
[1] ↑ Янски, К. Г. 1993. Радиоволны извне Солнечной системы. Природа 32, 66. doi: 10.1038 / 132066a0
[2] ↑ Ребер, Г. 1944. Космическая статика. Astrophys. J. 100, 297. DOI: 10.1086 / 144668
[3] ↑ Макки, К. Ф., и Острикер, Э. 2007. Теория звездообразования. Анну. Rev. Astron. Astrophys. 45, 565–687. DOI: 10.1146 / annurev.astro.45.051806.110602
[4] ↑ Остро, С.J. 1993. Планетарная радиолокационная астрономия. Ред. Мод. Phys. 65, 1235–79. DOI: 10.1103 / RevModPhys.65.1235
[5] ↑ Хенкель, К., Брац, Дж. А., Рид, М. Дж., Кондон, Дж. Дж., Ло, К. Ю., Импеллицери, К. М. В. и др. 2012. Космология и постоянная Хаббла: о проекте мегамазерной космологии (MCP). IAU Symp. 287, 301. DOI: 10.1017 / S1743921312007223
Radio Wave – обзор
4.2 Трансионосферное распространение радиоволн
Радиоволны, проходящие через ионосферу, взаимодействуют с плазмой, которая образует эту область.В результате воздействия космической погоды на трансионосферное распространение радиоизлучения являются сложными и сильно зависят от системы, особенно в экстремальных условиях космической погоды. По этой причине мы сначала рассмотрим ключевые механизмы взаимодействия ионосферной плазмы с радиоволнами, а затем обсудим, как возникает сложная морфология ионосферы и как на нее влияет космическая погода. Наконец, мы используем эту науку, чтобы изучить, как космическая погода влияет на различные трансионосферные радиосистемы, особенно в экстремальных условиях.
Ключевые механизмы, влияющие на распространение радиоволн в ионосфере:
- a.
В частности, радиоволны ниже плазменной частоты не могут распространяться через плазму. Таким образом, волны, входящие в ионосферу на частотах ниже плазменной частоты, будут отражаться, что является эффектом, который позволяет использовать наземные технологии для связи и радиолокационные системы, которые могут работать за горизонтом, отражая сигналы от нижней ионосферы. Плазменная частота – это частота, на которой электроны в плазме естественным образом колеблются относительно ионов, и обычно имеет значения от 2 до 20 МГц для условий в ионосфере Земли.Она зависит от плотности электронов n , таким образом: ωp = ne2 / mϵ0, где e – заряд электрона, m – эффективная масса электрона, а ϵ 0 – диэлектрическая проницаемость. свободного места.
- б.
Радиоволны выше плазменной частоты доставляют свои сигналы с групповой скоростью V g , которая немного меньше скорости света в вакууме: Vg = c1 − ωp2 / w2, где c – скорость света, а ω – частота радиоволны.Таким образом, сигналы, проходящие через ионосферу, имеют небольшую задержку по сравнению с распространением сигнала со скоростью света. Эта групповая задержка является важным фактором в некоторых технологиях, в частности в спутниковой навигации, которая стремится измерить расстояние между передатчиком и приемником с точностью до нескольких метров или меньше (и, следовательно, групповые задержки на уровне 10 нс являются значительными).
- г.
Радиоволны могут рассеиваться из-за неоднородностей плотности ионосферы, например, вызванных различными нестабильностями плазмы.Неровности могут действовать как дифракционный экран, создавая интерференционные картины в радиоволнах, проходящих через ионосферу. Эти шаблоны будут восприниматься радиоприемниками как амплитудные и фазовые мерцания. Это сцинтилляция может нарушить прием сигнала, а это означает, что сцинтилляция с быстрой фазой может помешать приемникам поддерживать синхронизацию входящего сигнала.
- г.
Радиоволны будут поглощаться ионосферой (а не отражаться или передаваться), если существует значительная плотность электронов в области, где частота столкновений электронов с нейтралью выше, чем частота радиоволн (т.например, случаи, когда электрон, возбужденный радиоволной, с большей вероятностью теряет энергию из-за столкновений, чем из-за переизлучения волны). Это может происходить при значительной ионизации на малых высотах (~ 90 км), где частота столкновений электронов с нейтралью высока.
Первые три из этих механизмов определяются глобальной морфологией ионосферы, особенно так называемой F-области высотой от 150 до 500 км, которая содержит основную часть ионосферной плазмы.Его морфология является результатом сложного взаимодействия трех основных факторов:
- •
Производство плазмы. Ионосферная плазма в основном создается воздействием солнечного ультрафиолетового излучения на термосферу. Таким образом, скорость производства изменяется в зависимости от (а) геометрического освещения термосферы, что означает косинус высоты Солнца, который изменяется очень предсказуемым образом в зависимости от широты, времени суток и времени года; (б) количество EUV, приходящего от Солнца, которое меняется в зависимости от солнечной активности, фон, показывающий заметные изменения в течение солнечного цикла, плюс всплески дополнительных EUV от активных областей и солнечных вспышек.Таким образом, производительность заметно меняется в зависимости от уровня космической погоды на Солнце, но плавно распределяется по дневной стороне Земли, просто следуя возвышению Солнца.
- •
Транспортировка плазмы. Ионосферная плазма часто может переноситься на большие расстояния до рекомбинации обратно в нейтральные частицы, поэтому многие ионосферные структуры возникают из потоков плазмы, а не только из-за локального баланса производства и потерь. Одним из примеров являются циркуляционные паттерны часто сильных потоков в обеих полярных ионосферах, которые обычно принимают форму антисолнечного потока над полюсом с дневной стороны на ночную, движимого импульсом солнечного ветра (Axford and Hines, 1961), с возвращением плазмы. к дневной стороне – солнечными потоками на авроральных широтах.Эта модель «ионосферной конвекции» ответственна за многие структуры в ионосфере высоких широт, включая высокие плотности около местного полудня (поскольку плазма тянется к полюсу из более низких широт) и появление «полярных пятен» относительно холодной плотной плазмы, дрейфующей над полярными регионами. (участки долгоживущей плазмы, отделившиеся от области высокой плотности около местного полудня; их низкая температура отличает их от плазмы, недавно образовавшейся в результате высыпания электронов, см. Carlson (2012)).Другой распространенный пример для низких широт – сильный нейтральный ветер в термосфере, который может передавать импульс ионосферной плазме. Результирующие потоки плазмы вынуждены следовать за геомагнитным полем и, следовательно, включают вертикальную составляющую (King and Kohl, 1965). Вертикальные потоки плазмы сильно изменяют скорость потерь и, следовательно, плотность плазмы; они уменьшаются при наличии нисходящих потоков и увеличиваются при наличии восходящих потоков. Восходящие потоки также могут вызывать турбулентность через неустойчивость Рэлея-Тейлора (Ott, 1978).
- •
Потеря плазмы. Ионосферная плазма в основном теряется в процессе диссоциативной рекомбинации, в которой молекулярные ионы, такие как NO + , взаимодействуют с электроном с образованием двух нейтральных атомов, N и O в нашем примере. Атомарные ионы, такие как O + , которые часто встречаются в ионосфере, должны сначала пройти перезарядку с нейтральной молекулой, образуя молекулярный ион. Прямая рекомбинация атомарного иона с электроном с образованием одиночного атома (и фотона) – неэффективный процесс потери плазмы; он имеет низкое поперечное сечение, так как в этом процессе трудно сохранить импульс и энергию.Таким образом, скорость потерь плазмы зависит от состава термосферы и увеличивается, когда в термосфере присутствует значительная доля молекулярных частиц, а также атомарного кислорода. Этот состав сильно модулируется космической погодой в виде геомагнитных бурь. Эти штормы вызывают интенсивный нагрев в верхних полярных слоях атмосферы (например, из-за рассеивания энергии электрических токов и высыпания частиц, связанных с авроральной активностью). Это нагревание может вводить молекулярные частицы с более низких высот в полярную термосферу, откуда они переносятся через глобальную термосферу ветрами, которые также вызываются этим нагревом полярных сияний.
Взаимодействие этих трех факторов приводит к сложной глобальной морфологии, которая определяет многие воздействия космической погоды. В частности, сильные пространственные градиенты плотности плазмы являются ключевым источником свободной энергии, которая может приводить к нестабильности плазмы.
В отличие от нашего четвертого механизма, описанного выше, уровня ионосферного поглощения, доминирует местная физика. Это происходит из-за того, что поглощение – это эффект на малых высотах, поэтому время рекомбинации короткое (секунды или меньше), и перенос не играет никакой роли.Ионизация на высоте около 90 км возникает из-за излучения высокой энергии, такого как рентгеновские лучи или частицы высокой энергии. Солнечный EUV полностью поглощается на больших высотах процессами, которые генерируют ионосферу F-области. Таким образом, ионосферное поглощение происходит в результате солнечных рентгеновских вспышек, увеличения солнечного рентгеновского фона, высыпания частиц солнечной энергии (SEP) и высыпания релятивистских электронов из магнитосферы Земли. Эти различные источники определяют пространственную и временную степень ионосферного поглощения.Например, солнечные вспышки вызывают интенсивное, но непродолжительное (максимум несколько часов) поглощение на дневной стороне Земли, в то время как SEP направляются в полярные регионы геомагнитным полем и могут вызывать сильное поглощение в этих регионах, длящееся в течение нескольких дней.
Теперь мы можем посмотреть, как космическая погода влияет на пользователей трансионосферных радиосистем. Этот диапазон проиллюстрирован в Таблице 1, где мы представляем некоторые примеры этих пользователей и используемых ими радиосистем, а также: (а) радиочастоты, на которых работают эти системы, (б) влияние экстремальной космической погоды на радиосвязь. сигналы, и (c) более широкое влияние на деятельность пользователей.
Таблица 1. Некоторые примеры воздействия экстремальной космической погоды на радиосистемы
| Пользователь и радиосистема | Частота | Влияние экстремальной космической погоды | Влияние экстремальной космической погоды на деятельность пользователей |
|---|---|---|---|
| ВЧ радиосвязь для гражданской авиации | 2–20 МГц | Потеря распространения сигнала в ночное время из-за исчезновения ионосферы во время сильных штормов | Полеты в ночное время над океаном и удаленными районами (например,g., в западном направлении над Северной Атлантикой) не может связываться за горизонт с помощью ВЧ-систем. Для смягчения последствий используйте коммуникационные технологии, которые не требуют присутствия ионосферы, например, спутниковая связь |
| Сильное искажение сигналов из-за сцинтилляции | Полеты над океаном и удаленными районами не могут осуществлять связь за горизонтом с использованием высокочастотных систем. Смягчение с помощью технологий связи, на которые не влияет сцинтилляция, например, на загруженных маршрутах используйте цепочку каналов связи ОВЧ между самолетами до дальних самолетов с наземным контактом в диапазоне УКВ | ||
| Поглощение ВЧ радиоизлучения из-за осадков SEP в полярных регионах | Полеты над высокой Арктикой не могут общаться за горизонтом с помощью ВЧ-систем.Отсутствуют текущие меры по снижению воздействия (спутниковая связь еще не доступна) | ||
| Поглощение ВЧ-радио из-за сильной солнечной вспышки | Дневные полеты над океаном и удаленными районами (например, в восточном направлении над Северной Атлантикой) не могут поддерживать связь за горизонтом с использованием ВЧ-систем. Смягчить с помощью коммуникационных технологий, которые не требуют присутствия ионосферы, например, спутниковой связи | ||
| Автоматическая система идентификации: телеметрия для идентификации, местоположения, курса и скорости судов в море | ~ 160 МГц | Потеря сигналов AIS спутниками из-за сцинтилляции.AIS использует спутниковые каналы, когда корабли находятся вне поля зрения суши; его частота ОВЧ очень уязвима для сцинтилляций. | Потеря обширной информации о кораблях и движениях (особенно с загруженных маршрутов в северных широтах, таких как Северная Атлантика, Северное море, Северный морской путь и северная часть Тихого океана. Эта информация используется коммерческими организациями и правительственные органы. Нет сведений о смягчении последствий |
| Слежение за спутниками на низкой околоземной орбите с помощью наземных радаров | Широкий диапазон от 100 МГц до 20 ГГц | Корректировка ионосферной групповой задержки (важно для систем VHF и UHF) неточная из-за быстрые изменения и большие пространственные градиенты в TEC | Данные спутникового слежения менее точны, что приводит к проблемам в сопоставлении наблюдаемых траекторий с известными спутниками, плюс пониженная точность прогнозов орбиты и, следовательно, большая неопределенность в оценке риска столкновения и прогнозах возвращения в атмосферу |
| Радары с синтезированной апертурой для визуализации Земли | От 300 МГц до 30 ГГц | Большие вариации ТЕС вдоль спутниковой трассы добавляют вариации фазы сигнала, которые искажают изображения | Изображения, записанные во время экстремальных явлений, могут иметь ограниченное использование |
| Использование GNSS службами, которые точно синхронизируют время, например.g., сети связи, высокоскоростная финансовая торговля | 1,1–1,6 ГГц | Потеря сигнала GNSS в средних широтах из-за мерцания во время экстремальных явлений. Вероятно, будет прерывистым, поскольку доступно несколько спутников, и нам нужен сигнал только от одного, чтобы получить точное время | Сбои в обслуживании в течение нескольких дней на высоких и средних широтах, которые зависят от точного времени: легко устраняются за счет использования вспомогательных часов |
| Использование GNSS автомобильным транспортом для доставки услуг в незнакомые места, e.g., аварийные службы, такси, доставка продуктов на дом,… | 1,1–1,6 ГГц | Потеря сигнала GNSS в средних широтах из-за мерцания во время экстремальных явлений. Для определения местоположения требуются сигналы, по крайней мере, от трех или четырех спутников, поэтому они более подвержены риску, чем приложения для измерения времени. | Предоставление услуг сильно задерживается и прерывается из-за незнания маршрутов. Особенно критично для экстренных служб по обеспечению безопасности жизнедеятельности. Чтобы снизить риск, используйте карты там, где они есть, и там, где обучен персонал.Проблемы могут обостриться по мере того, как персонал устает после нескольких дней перебоев в работе |
| Услуги GNSS становятся неточными при быстрых изменениях в TEC. | |||
| Использование GNSS в судоходстве, особенно в замкнутых водах, например при входе в порты и выходе из них, вблизи известных препятствий, таких как камни и обломки | 1,1–1,6 ГГц | Потеря сигнала GNSS в средних широтах из-за мерцания во время экстремальных событий | Повышенный риск аварии (столкновения с препятствиями, заземление) с потенциальной опасностью для жизни , корабль и его груз.Смягчить с помощью наглядных пособий и хорошего мореплавания |
| Использование GNSS авиацией | 1,1–1,6 ГГц | Потеря сигнала GNSS в средних широтах из-за мерцания во время экстремальных событий | Пилоты должны использовать альтернативные навигационные системы на борту их летательные аппараты, например, инерционные навигационные системы. Воздушные суда без альтернативных систем должны быть заземлены. |
| Услуги дополнения GNSS, такие как EGNOS и WAAS, могут стать неточными при быстрых изменениях TEC.Операторы могут отказаться от использования услуги дополнения с помощью флагов целостности | |||
| Спутниковая мобильная связь | От 1 до 2 ГГц | Потеря сигнала в средних широтах из-за мерцания во время экстремальных явлений телефоны), включая самолеты, корабли и наземные системы в удаленных районах | |
| Линия вверх и вниз для управления спутниками | От 2 до 4 ГГц | Прерывание периодов контакта со спутником из-за мерцания во время экстремальных явлений, особенно при использовании более низких частот в этом диапазоне | Ограниченная возможность отслеживать статус спутника, загружать новые команды или загружать данные.Для завершения запланированной операции может потребоваться превышение времени контакта со спутником. |
Глядя на таблицу, мы можем увидеть окончательное влияние экстремальной космической погоды, а на самом деле, большей части космической погоды, в значительной степени зависит от системы, подверженной риску, и от того, как система применяется для предоставления пользователю ценных результатов. Например, мы разделили влияние космической погоды на GNSS на четыре разные категории пользователей, которые подчеркивают этот момент. (На практике мы могли бы разумно разделиться на более тонкие категории, но четырех здесь будет достаточно.Мы понимаем, что потеря сигнала является решающим эффектом для всех категорий, но групповая задержка имеет решающее значение только для некоторых категорий. Рассматривая сначала использование GNSS для точного времени, мы пренебрегли групповой задержкой; это вызвано предположением, что в настоящее время требуется только микросекундная точность синхронизации (например, в соответствии с текущими разработками в области высокоскоростной финансовой торговли (Aron, 2014; Stafford, 2016)). Но, рассматривая использование GNSS для дорожного транспорта, мы предполагаем, что требуется точность не менее десятков метров (например,g., чтобы быстро определить правильную дорогу / дом в густонаселенных районах) и, следовательно, корректировки групповой задержки важны. Обращаясь к использованию GNSS в авиации, мы знаем, что точность в несколько десятков метров имеет решающее значение для безопасности, и предполагаем, что этот уровень точности будет подкреплен системой функционального дополнения, ориентированной на авиационных пользователей (например, WAAS в США). Штаты и EGNOS в Европе). Таким образом, мы должны признать проблему, которую экстремальная космическая погода создает для целостности систем функционального дополнения большой площади, которые должны выполнять интерполяцию на больших расстояниях.Это может быть сложно, когда экстремальная космическая погода приводит к большим пространственным градиентам и высокой скорости изменений. Наконец, переходя к использованию GNSS в судоходстве, мы предполагаем, что точные поправки на групповую задержку будут обеспечиваться локальными системами дополнения вокруг портов (например, дифференциальным GPS), и что они будут гораздо менее подвержены проблемам космической погоды, поскольку они в основном используются на небольших расстояниях. .
Таким образом, воздействия экстремальной космической погоды на трансионосферное распространение радиоволн являются сложными, отражая (а) диапазон различных взаимодействий между радиоволнами и ионосферной плазмой, (б) сложную реакцию глобальной ионосферы на космическую погоду и (c) широкий круг пользователей, полагающихся на системы, которые рассылают радиоволны через ионосферу.Эти воздействия невозможно описать просто, особенно с точки зрения науки об ионосфере и космической погоде. В конечном итоге воздействия определяются на уровне радиосистем – в частности, как различные категории пользователей используют трансионосферные радиосистемы и как эффекты космической погоды мешают этому использованию. Таким образом, важно задать пользователям ряд вопросов, а затем выяснить, как эти вопросы связаны с наукой о космической погоде. Эти вопросы включают:
- •
Есть ли у вас резервная копия радиосистемы, подверженной риску из-за космической погоды, то есть альтернативная система связи, временные часы для отсчета времени, альтернативная система навигации? Отсутствие альтернативы, очевидно, приведет к выходу из строя во время экстремальной космической погоды.Высококачественные профессиональные услуги обычно должны иметь резервные копии для обеспечения устойчивости.
- •
Есть ли у вашей резервной копии другой режим отказа в экстремальной космической погоде? Резервная копия с тем же режимом отказа (например, использование Galileo в качестве резервной копии для GPS), по сути, является поддельной резервной копией. Для обеспечения устойчивости важно, чтобы резервные копии имели независимые режимы отказа.
- •
Может ли ваша независимая резервная копия потерпеть неудачу из-за какой-либо другой особенности явления суровой космической погоды, поскольку спутниковая связь и высокочастотная (ВЧ) связь могут выйти из строя на каком-то этапе серьезного явления космической погоды? Какова вероятность множественных сбоев? Гарантирует ли это предоставление второй резервной копии?
- •
Знают ли ваши операционные группы и конечные пользователи о риске перебоев в работе? Как бы вы предупредили их о прогнозировании / приближении экстремального события? Что они могут сделать, чтобы подготовиться к событию и отреагировать на него? Хотели бы они изменить график критических действий, чтобы избежать экстремального события, чтобы максимизировать вероятность успеха?
Как вы увидите из этого списка вопросов, любое предметное обсуждение воздействия экстремальной космической погоды на трансионосферное радио требует широкого взаимодействия как с инженерами, ответственными за эти радиосистемы, так и с пользователями этих систем.Самый большой риск – это неосведомленность этих инженеров и пользователей, фактор, который, скорее всего, вызовет серьезные социальные потрясения. Таким образом, наиболее важным смягчающим действием для экспертов по космической погоде является повышение осведомленности и постоянное повышение осведомленности новых инженеров и пользователей.
Что такое радиоволна?
Как указано в базовой модели коммуникации, для передачи информации кому-либо:
- Пользователь должен наложить узор,
- , который взаимодействует со средой в канале,
- , который декодируется на стороне получателя,
- и, наконец, получен в форме, понятной получателю.
Большинство этих взаимодействий между паттернами и средой канала лучше всего описываются волнами. Когда кто-то говорит, он использует волны давления, чтобы передать информацию кому-то другому. Эти волны давления представляют собой точки, в которых молекулы воздуха упаковываются ближе друг к другу, и точки, в которых они находятся дальше друг от друга.
Энергия закачивается в атмосферу для сжатия молекул. Высшая точка энергии, которая сближает молекулы, называется гребнем волны.Нижняя точка энергии, когда молекулы находятся далеко друг от друга, называется впадиной волны.
Число волн, проходящих за одну секунду, которое будет частотой. Частота – это просто количество волн, проходящих за секунду. Точно так же, как рябь на пруду после того, как в него был брошен камень, вся небольшая рябь, прошедшая через определенную точку, будет указывать на частоту. Радиочастота определяется как количество волн в секунду или циклов в секунду.Современный термин для этого – герц.
Волны также имеют длину волны – расстояние между одними и теми же позициями на двух волнах. В радио волны могут быть очень длинными. Одна волна может быть размером с человека.
Однако существуют гораздо более короткие длины волн, которые показаны в электромагнитном спектре, которые используются в радиосвязи.
Электромагнитный спектр простирается от гамма-лучей до низшей формы радиоволн.К ним относятся следующие:
- Гамма-излучение
- Рентген (как при медосмотре)
- Ультрафиолет
- Оптический спектр, который мы видим: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый.
- Инфракрасный свет
- СВЧ радар
- ТВ – FM Радио
- Коротковолновое радио
- AM Радио
- Подводная связь
Люди – не единственные пользователи различных частей электромагнитного спектра.Например, пчелы используют ультрафиолет, а моль – инфракрасный. Однако в радиочасти спектра люди, вероятно, единственные пользователи.
Из числа людей, использующих радиочастотный спектр, наибольшие пользователи – это военные. Они используют самое длинноволновое радио, чтобы подводные лодки могли общаться друг с другом, а также используют более высокие части спектра, потому что они могут проникать в здания и общаться с людьми внутри.
