Теория радиосвязи для чайников

Хочу как специалист в области радиосвязи описать основные принципы и результаты использования различного оборудования применительно к нашим задачам.

Первый вопрос который я всегда слышу — «На сколько бьёт?»

Так вот радиостанция или мобильник(который тоже радиостанция но цифровая и работающяя через ретранслятор) конечно никого не бьёт а имеет некую максимально возможную дальность проведения радиосвязи.

Основной принцип но имеющий несколько исключений это радиоволны распостроняются в пределах прямой видимости,прямолинейно, и не проходят через любые электропроводные предметы.

Если у вас в руках есть даже маломощная 1 ваттная радиостанция, то в принципе если ваш друг стоит на освещённой стороне Луны и вы эту луну видите, то вы с другом сможете поговорить. Можете попробовать сами. Не забудьте что скорость движения радиволн равна скорости света и радиоволнв несущие ваши слова в эфир достигнут луны не сразу

Вот тут и кроется основная сложность, не всем нужно говорить с лунным другом. Иногда надо и с друзьями на земле поговорить а они в 100 километрах. А вот это уже проблемма. Нет никакого простого способа установить радиосвязь на полторы сотни километров

Всё дело в том что земля круглая и радиоволны через землю не проходят.

Значит придётся поднимать антенну повыше что бы установить связь подальше. А на сколько? Останкинская башня в Москве имеет высоту примерно 500 метров и телевизоры принимают сигнал с неё максимум в 120 километрах. И это с учётом того что вторая антенна, в данном случае телевизионная расположена на высоте метров 10 от земли.

Значит максимальная дальность радиосвязи между автомобилем с антенной стоящей на крыше будет не более 50 километров если очень повезёт

А между пешеходами с ручными станциями что то около 8 километров.

Вот такие ограничения по дальности вне зависимости от частоты на которой работает радиостанция и от её мощности.

Но почему тогда нам предлагают купить «кирпич»(усилитель мощности) на 100-200 ватт к нашей Си-Би(27 мегагерц радиостанции)? И действительно с ним связь в городе лучше! Всё дело в очень большом уровне электромагнитных помех в городе. Просто рядом с вашей радиостанцией на приёме может работать сломанная микроволновка в палатке разогревать пирожки с таким выбросом радиомусора что без «кирпича» до вас никто не докричится. А в поле пользы от него не много. 100 ватт рассеявшись способны увеличить дальность за счёт слабого рассеивания радиоволн в атмосфере за горизонт на несколько процентов.

Это и есть первое исключение. Радиволна всё же проникает немного через элекропроводные предметы если есть достаточная мощность, и чем выше частота тем хуже она проникает.

Радиволны спокойно проходят через любые предметы меньшие по размеру длинны волны.

Формулы приводить не буду но то с чем мы обычно сталкиваемся имеет такие длинны волн:

КВ(короткие волны) от 160 до 10 метров

Си-Би(27 мегагерц) 10 метров(да это конец КВ диапазона)

144 мегагерца УКВ 2 метра

433 мегагерца УКВ распостранённые Воки-токи(болтушки)70 см

900 мегагерц GSM телефоны 30 см.

Вот несколько примеров, в лесу Си-Би работает дальше чем УКВ, деревья мешают(в них течёт сок и они тоже электропроводны), особенно на 433 мегагерца теряется и редкие ручные станции работают дальше чем на 1 км.

Си-Би станции не работают внутри железобетонных зданий а УКВ, особенно 433 мегагерца и мобильники работают — потому что волна на УКВ меньше размера стальной арматуры внутри бетона и проходит сквозь стены а для 27 мегагерц с длинной волны 10 метров сетка из арматуры как сплошной железный экран.

А в чистом поле никакой разници не будет.

И второе исключение — это отражение.

Все радиоволны спсобны отражатся от электропроводных предметов. И вот тут повезло КВ — они отражаются от неба ! Конечно не совсем от неба, а от йоносферы земли.

Но отражение КВ радиоволн от йоносферы не постоянно, а наоборот всё время меняется в течение суток, в зависимости от активности солнца и его наличия или отсутсвия на небосклоне. Ведь йоносферой земли управляет наше дневное святило.

Йоносфера-располженна на высоте около 70-100 км. и выше. Исходя из этого радиосвязь на КВ в случае благоприятствования йоносферы возможна на очень большие расстояния, иногда радиоволна способна обогнуть землю несколько раз и можно услышать эхо своего голоса. Это полезное явление люди изучили и научились использовать. Но трудностей много, днём отажение лучше на однй частоте, вечером и ночью на другой. Иногда отражение вообще проподает. Вообщем не надёжная вещь. И ещё один момент, после 50 км. прямой радиовидимости начинается зона с невозможной радиосвязью, ведь первые отражённые радиоволны вернутся на землю минимум через 500-1000 км. По этому сидя на берегу Ладожского озера мы слышим из нашей Си-Би(это ведь тоже КВ) голоса украинских таксистов которые обсуждают сколько гривен стоит поездка,и не слышим просьбы помощи своих друзей поломавших машину в 40 километрах.

Мобильники.

Мобилный телефон — цифровая радиостанция, приём и передача идёт одновременно на одной частоте, и если мы удалимся более чем на 22 км от базовой станции(вышки) то разговор станет не возможен из за наложения сигнала передачи на приём, хотя и «палочки» уровня сигнала могут информировать о его наличии. Это особенность цифровой связи GSM.

Антенны

«Антена лучший усилитель» радионародная мудрость

Для того что бы можно было установить радиосвязь между двумя радостанциями(приёмопередатчиками) нам нужна аннтена. Антенны бывают разные, но мы обычно используем только один тип — это линейные вибраторы

Это как бы камертон(такая металическая вилка которая даёт если по ней ударить чистый тон Ля-440 герц) настроенный на определённую длинну волны. Если камертон удлиннить то и тон будет ниже — длинна волны больше. Так вот в радиосвязи упрощённо работают два камертона, один на передаче, а другой на приёме. По одному ударили, а второй от этого тоже зазвенел когда волна дошла до него. А если камертоны будут настроенны на разную частоту то второй на приёме не сможет резонировать от первого по которому ударили. Это очень упрощённая схема, но для начального представления годится. Значит если ветка сбила антенну(вибратор), бесполезно пытатся приладить проволочку которая валяется на земле, резонанса не будет, длинна не соответствует резонансной.

Длина штыревой антенны которй мы обычно пользуемся равняется 1/4 длинны радиоволны. Почему так? Это на самом деле довольно сложно обьяснить но связанно с волновым сопротивлением коаксиального кабеля который соединяет антенну и радиостанцию.

Все доступные нам радиостанции имеют выходное и входное сопротивление 50 Ом. Это не значит что если мы попытаемся помериить тестером сопротивление в антенном разьёме мы получим 50 Ом, а это значит что все детальки в вашей любимой рации согласованны с нагрузкой 50 Ом. Зачем это сделанно? Для согласования с коаксиальным кабелем которым подключенна антенна. У кабеля используемого в радиосвязи внутреннее устройство таково что если к нему подключить два устройства с сопротивлением входа и выхода по 50 Ом то в кабеле не будет потерь, и весь электрический сигнал без потери при любой длинне кабеля(конечно речь не идёт о километре) дойдёт до антенны без потерь. Выходит и антенна должна иметь в месте где к ней подключается коаксиальный кабель тоже сопротивление 50 Ом. Что за бред скажите вы, как железка торчащяя одним концом в небо может иметь сопротивление, ещё и 50 чёртовых Ом?

Ан нет, эта железка точно так же как камертон резонирует. Полный размер антенны должен быть равен длинне волны которую передаёт в эфир наша станция, но такая железка во первых очень длинная, 11 метров на Си-Би, а во вторых есть проблемма с её питанием(подключением кабеля), и всё из за этих 50 Ом для согласования с передатчиком и кабелем. Долго мучались учёные, Поповы всякие с этой проблемкой пока не придумали что можно замутить с этим.

Оказалось что если отрезать половинку от полноразмерного(равного длинне волны) резонирующего вибратора то она тоже будет резонировать. А запитать её оказалось очень просто, разрезанная посредине половинка как раз и получилась 50 ом для радиоволны. Вот откуда взялась эта цифра 50. Такие антеннки из двух половинок только горизонтально расположенные можно наблюдать в любой деревне.Только помните что для телеприёмников используется кабель с волновым сопротивлением 75 Ом и для связной радиоаппаратуры он не подходит! А на машинах мы используем четвертушку длинны волны, кабель подключаем снизу штыря, оплётку к кузову(он выполняет роль второй половинки) и всё отлично работает!

Ура! Есть конечно некоторые проблеммы. Например размер даже 1/4 волны на Си-Би очень велик 2.25 метра, с такой антенной джип превратится в городе в тролейбус, т.к. достанет концом штыря до тролейбусных проводов. Какой выход? Оказалось антенну можно сделать короче чем надо а для правильного резонанса добавить катушку. И чем короче штырь тем больше витков должно быть в этой катушке. Вообщем автомобильная штыревая антенна для коротких волн в котрые попадает народный Си-Би это сплошные компромисы. Вот например что получилось для Си-Би диапазона 27 мегагерц: Сначала от 11 етров (резонансная длинна антенны на Си-Би) мы взяли половинку, получилось 5.5 метра и разрезали её пополам получилось 2.25 метра, выкинули три четверти антены, всё равно длинная. Отезали до максимально удобной длинны 2 метра и удлинили до резонанса катушкой. Потом этот обрубок поставили на задний бампер, а болтающийся хвост привязали к багажнику дугой чтоб не мешал. Конечно теперь без кирпича делать нечего. И с ним дальней связи не жди :-(

А кстати если на стоянке между двумя деревами натянуть 5.5 метра любой проволоки, разрезанной пополам и подключить там завалящий 50 Омный кабель то с помощью 5 ваттной ручной станции можно установить связь с другим континентом :-)

Так что не забываем — Антенна лучший усилитель.

Второй момент это поляризация радиоволны. В принципе если бы не переотражения то связь между двумя радиостанциями у одной из которых антенна стоит вертикально (как на машине) а у другой горизонтально (как в телевещании) связи быть не должно. Мы обычно испольуем вертикальную поляризацию, в автомобиле, и ручные станции тоже обычно держим в руках вертикально — значит всё должно работать правильно.

Ещё один момент: антенны даже штыри имеют имеют направленность излучения. Максимум излучения — перпендикулярно поверхности штыря. Минимум — торец. Там нет излучения. Вертикальный штырь излучает вокруг себя, а горизонтальный тоько вперёд и назад. Поэтому телевизионную антенну нужно поворачивать на телецентр, а автомобильный штырь — нет, он принимает и излучает во все стороны.

Выводы:

Антенна ЕДИНСТВЕННЫЙ резонансный, точно настроенный на ОДНУ ЕДИНСТВЕННУЮ частоту элемент радиосвязного оборудования.При изменении частоты нужно подстраивть антенну(не обязательно если частота меняется на 1-5 процентов)

Антенна с виду проста но её конструкция, расположение в пространстве, способ питания(подключение к кабелю)точно рассчитана, и любые измнения антенны(не кабеля или станции) приведут к рассоглосованию системы и возможно выходу из строя передатчика. Как минимум это будет понижение дальности связи, и точно не получится провести дальнюю связь :-(

На конце штыря при нажатой передаче очень высокое напряжение, несколько тысяч вольт, берегите себя и своих близких.

Практические аспекты мы обсудим отдельно.

Карбофоs

Вверх