О Радиосвязи.

[mouse]

СХЕМА
Общая схема радиосвязи довольно проста: в радиопередатчике специальным генератором формируются электрические колебания высокой частоты, которые затем смешиваются с полезным сигналом (модулируются) и при поступлении в антенну, преобразуются в электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве. Достигнув антенны приемника, электромагнитные волны наводят в ней переменный ток, который усиливается, демодулируется и поступает на устройство воспроизведения.
За кажущейся простотой этой схемы скрыты десятилетия упорных исследований и экспериментов нескольких поколений ученых. И хотя основным принципам передачи и приема электромагнитных волн более 100 лет, до сих пор ученые бьются над повышением и понижением, увеличением и уменьшением, удешевлением и… Но реальность далека от идеала – увеличение в одном месте зачастую приводит к уменьшению в другом. И нет конца процессу усовершенствования.
ПЕРЕДАТЧИК
Принцип работы передатчика можно понять из простого опыта. Для его проведения понадобятся батарейка, пара отрезков провода, фабричный или самодельный компас.
Примитивный компас сделать очень просто: потрите магнитом обычную стальную швейную иголку, проткните ею кусочек пенопласта или другого легкого изоляционного материала и поместите конструкцию в чашку или блюдце с водой. Стрелка импровизированного компаса обязательно должна повернуться на север.
Теперь все готово к построению передатчика.
Если вы проложите провод возле стрелки компаса на расстоянии 3–5 см и затем перемкнете им полюса батарейки, то в момент подключения вы сможете заметить небольшое отклонение или движение стрелки. Это говорит о том, что вы получили магнитное поле из электрического тока (поля). Заметьте, что отклонение стрелки происходит только в момент замыкания и размыкания провода. Это говорит о том, что магнитное поле возникает только при изменении направления тока, в нашем случае в начале и прекращении.
Более научно: движение электронов создает электрическое поле в проводнике, изменения которого создают вокруг проводника магнитное поле и это поле влияет на стрелку.
Просто и понятно. Мы открыли явление электромагнитной индукции, которое независимо от нас еще в 1831 сделал Майкл Фарадей. Так что лавры первооткрывателя, к сожалению, принадлежат не нам.

Опыт Фарадея
Давайте усложним опыт. Возьмем два провода и разместим их параллельно на расстоянии примерно 3–5 см друг от друга. В цепь второго провода подключим чувствительный вольтметр (тестер или микроамперметр).
Теперь при подключении первого провода к батарейке, прибор должен фиксировать возникновение тока во втором проводе. Ток конечно очень мал и вашему прибору может не хватить чувствительности, чтобы его зафиксировать. Но поверьте, он есть. Мы передали энергию на небольшое расстояние. Кстати это также сделал независимо от нас Генрих Герц в 1889.

Подведем итоги:
• Напряжение батарейки создает поток электронов в первом проводе;
• Движущиеся электроны создают магнитное поле вокруг провода;
• Магнитное поле влияет на второй провод и вызывает в нем движение электронов или электрическое поле;
• Электрическое поле во втором проводе появляется только тогда, когда изменяется магнитное поле, то есть в момент включения или выключения.
Мы пришли к важному выводу, что при изменении электрического поля изменяется магнитное поле, и его энергия может передаваться без проводов. Для того чтобы магнитное поле могло распространиться на большое расстояние, нашему передатчику не хватит мощности. Для дальней радиопередачи нужен мощный генератор переменного тока – устройство, которое бы самостоятельно «включало и выключало» ток или изменяло его полярность. Причем частота колебаний генератора должна быть довольно высокой (например, для средних волн не менее 300 кГц). Чем выше частота генератора, тем меньше энергии будет затрачиваться на передачу и потребуются антенны меньших размеров. Но повышение частоты предъявляет более жесткие требования к элементам радиопередатчика. Нужны более высокочастотные (читай – дорогие) элементы и более стабильный генератор.
Сложность изготовления и настройки элементов и узлов передатчика (и приемника тоже) напрямую зависит от частоты. Больше частота – сложней изготовление и выше стоимость. В свою очередь, отклонение частоты влияет на согласованную работу передатчика и приемника. Например, отклонение частоты средневолнового (300 кГц) передатчика на 1% вызовет изменение частоты на ±3 кГц, что в принципе допустимо. А отклонение на 1% передатчика, работающего на частоте 450 МГц, даст отклонение частоты на ±4.5 МГц. А это по ширине больше длинноволнового, средневолнового и частично коротковолнового диапазонов вместе взятых!
В качестве генератора высокочастотных колебаний на заре радиотехники применялся искровые генераторы, в которых между контактами проскальзывала мощная искра, создающая магнитное поле. В качестве примера подобного устройства можно привести свечу в автомобильном двигателе, которая создает электромагнитное поле при работе, но, к сожалению, эти «радиоволны» не доставляют радости ни владельцам автомобилей, ни владельцам радиоприемников, расположенных поблизости.
Затем в передатчиках стали применять электрическую дугу – непрерывную «искру». «Бытовым» примером которой является электрический сварочный аппарат.
Позднее появились так называемые машинные генераторы, в которых магнитное поле создавалось электродвигателем.
Технология развивалась, и в наши дни полупроводниковые приборы вытеснили искру, генераторы, вакуумные лампы и многое из того, что считалось классическим для своего времени. Но, несмотря на достижения электроники, в современных передатчиках используются те же принципы, что и на заре радио.
Первые радиопередатчики работали в телеграфном режиме, т.е. сообщения передавались точками и тире кода Морзе. Для таких систем было не важно качество сигнала, а было важно его наличие. Довольно просто отличить точку от тире при любом качестве передачи. Все начало усложнятся с появлением голосовой связи. Понадобились новые открытия, и они не замедлили появиться.
Допустим, мы построили генератор высокочастотных колебаний. Что же дальше? Как заставить электромагнитные волны «нести» полезную информацию, в частности наш голос? Еще в 1900 американский инженер Реджинальд Фессенден предложил использовать для этих целей модуляцию.
Давайте рассмотрим этот процесс подробней.
Полезный звуковой сигнал, например голос, представляет собой акустические колебания или звуковые волны. Очевидно, что эти колебания должны быть преобразованы в электрический вид. Мы не будем подробно останавливаться на этом процессе, так как он должен быть всем хорошо известен из школьного курса физики. Для тех, кто забыл, напомним, что преобразование обычно осуществляется с помощью микрофона.
Допустим, мы имеем электрический сигнал звуковой частоты и имеем высокочастотную электромагнитную волну – несущую. То есть у нас есть информация и несущая для ее транспортировки. Как же «нагрузить» электромагнитную волну звуком? Для этого и применяется модуляция.
Модуляция это процесс объединения информационного, в нашем случае звукового сигнала, с частотой генератора. Модуляция определенным образом изменяет форму ВЧ колебаний и бывает нескольких видов. В радиосвязи чаще всего используют амплитудную (АМ) и частотную модуляцию (ЧМ).

image002.gif (3.51 Кб) Просмотров: 1297

Принцип модуляции.
Как видите все очень просто. Модулирующий сигнал изменяет либо амплитуду несущей, либо ее частоту. И в том, и в другом случае несущая нагружается полезным сигналом.
Мы заставили электромагнитную волну нести наш голос и в результате получили радиопередатчик.

Упрощенная структурная схема радиопередатчика.
Конечно на практике все намного сложней, ведь еще необходимо усилить сигнал, отфильтровать шумы и помехи, обеспечить возможность перестройки на разные частоты и т.д. А сколько различных сервисных функций в обычной портативной радиостанции или в сотовом телефоне? Это и вызовы конкретных абонентов, и контроль канала или частоты, и индикация режимов работы и т.д. и т.п. Но принцип работы от этого не меняется. Кстати, в современных радиопередатчиках основные режимы управления обычно возложены на одну единственную микросхему – микропроцессор, который заведует функционированием устройства и взаимодействием всех блоков.
Теперь мы можем послать наш голос в окружающее пространство. Что же дальше? Кто оценит наше ораторское искусство? Настала пора позаботиться о слушателях.
ПРИЕМНИК
Все мы пользуемся устройствами приема электромагнитных волн, но редко задумываемся о принципах их работы. В опыте, описанном выше, мы могли убедиться, что для приема радиосигналов достаточно обычного куска провода. Но провод позволяет только обнаружить сигнал. Чтобы его можно было выделить из множества других и услышать потребуется уже более сложное оборудование.
В первых приемниках созданных Поповым и Маркони для передачи информации использовался телеграф (точки и тире кода Морзе). В то время не особенно беспокоились над приемом сигналов конкретной радиостанции. Эфир был относительно чист. Кроме того, при приеме телеграфных сигналов можно было не задумываться о его качестве. Код Морзе можно было передавать хоть тоном, хоть треском, хоть скрипом. Главное – это отличить точку от тире. Дальность связи в основном определялась мощностью передатчика и эффективностью (габаритами) антенн.
В качестве регистратора сигналов в то время использовалось специальное устройство – когерер. Когерер представлял собой стеклянную трубку, заполненную металлическими опилками. При прохождении электрического сигнала опилки спекались и становились проводником тока.

Когерер. Для наглядности металлические пластины показаны раздвинутыми
При включении когерера в цепь, состоящую из источника питания (батареи) и сигнального устройства (например, звонка или самописца) можно было фиксировать принятые точки и тире. При всей простоте способа, когерер не позволял принимать голос, для этого требовались более совершенные приборы.
Радио развивалось. На смену когереру пришли более чувствительные устройства, такие как кристаллические детекторы, жидкостные бареттеры, магнитные детекторы и т.п. Большим достижением стало появление электронных ламп и полупроводниковых приборов.
НАСТРОЙКА НА ВОЛНУ
Для работы в эфире множества радиопередатчиков без помех друг другу, каждому из них выделяется строго определенная частота. В свою очередь радиоприемник должен быть также настроен на эту частоту.
Во всех радиоприемных устройствах для этого используется колебательный контур – специальное устройство, представляющее собой замкнутую цепь, состоящую из катушки индуктивности и конденсатора. Катушка (ее иногда называют просто индуктивностью) – это свитый в спираль провод, а конденсатор – близко расположенные металлические пластины, которые позволяют накапливать заряд (электрическую энергию).

Колебательный контур.
Если присоединить батарею к пластинкам (более технично – обкладкам) конденсатора, на нем появится электрический заряд. Нетрудно догадаться, что пластина, соединенная с отрицательным полюсом батареи, зарядится отрицательно, а соединенная с положительным – положительно. На пластинах появится электрическое напряжение, которое будет возрастать до тех пор, пока конденсатор не зарядится до предела, соответствующего его электрической емкости. Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд «войдет» в него при данном напряжении, тем больше электрической энергии сосредоточится в электрическом поле между пластинами.
Запасенная энергия останется в конденсаторе и после отключения батареи. Если заряженный конденсатор подсоединить к катушке индуктивности, то накопившийся заряд вызовет протекание электрического тока через катушку. А мы уже знаем, что вокруг любого проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Электрическая энергия конденсатора превратится в катушке в магнитную энергию, которая создаст магнитное поле.
Энергия, запасенная магнитным полем, разумеется, не может исчезнуть бесследно, она должна куда-то деться (перейти в другой вид энергии). Как это ни парадоксально, но магнитная энергия вызовет возникновение в породившей его катушке электрическое поле. В катушке возникнет ток, напряжение которого начнет заряжать конденсатор.
ИТОГИ:
Внешнее воздействие
• Внешнее напряжение заряжает конденсатор;
• После заряда конденсатора до максимума, напряжение отключается.
Автономная работа
• Конденсатор разряжается через катушку;
• В катушке – электрическое поле;
• Электрическое поле создает вокруг катушки магнитное поле;
• После окончания разряда конденсатора магнитное поле достигает максимума (тока в цепи нет);
• Магнитное поле начинает «возвращаться» в катушку;
• Влияние магнитного поля вызывает в катушке электрическое поле (возникает ток);
• На обкладках конденсатора появляется напряжение;
• Напряжение заряжает конденсатор;
• Заряд достигает максимума, магнитное поле минимума;
• Конденсатор начинает разряжаться через катушку;
• Через катушку течет ток, создавая электрическое поле… и т.д.
Следует отметить, что каждый цикл перехода энергии между электрическим и магнитным полем вызывает изменение направления тока в цепи и, следовательно, заряд на пластинах конденсатора меняется с положительного на отрицательный и наоборот.
Полный цикл процессов происходящих в контуре называется колебанием, из-за чего контур и получил название колебательного.
Напрашивается идея «создания вечного двигателя» на основе колебательного контура. К сожалению «ничто не вечно под луной» и со временем колебания тока в контуре прекратятся подобно тому, как постепенно затухают колебания маятника. Ведь проводники, из которых сделан контур, обладают электрическим сопротивлением, из-за чего часть энергии затрачивается на его преодоление и превращается в тепло. Это основная причина энергетических потерь в контуре.
Колебания в электрическом контуре совершаются с очень большой частотой – тысячи и миллионы раз в секунду, т.е. тысячи и миллионы герц. Это частота определяется емкостью конденсатора и индуктивностью катушки. Чем больше число витков в катушке, тем меньше ее индуктивность (тем быстрее изменяется сила тока в контуре). Чем меньше емкость конденсатора, тем меньше времени нужно на его заряд и разряд. Меняя величину емкости или индуктивности, легко настроить контур на любую частоту.
ПОРА ОГЛЯНУТЬСЯ
Теперь мы можем более конкретно объяснить, как же работает передатчик.
Электромагнитное поле возникает при электрических колебаниях и в контуре, т. е. в замкнутой цепи, содержащей конденсатор и катушку индуктивности. При каждом изменении направления электрического тока в контуре, вокруг него возникает изменяющееся магнитное поле, а оно (согласно теории Максвелла и из практики), обязательно рождает и электрическое поле. Замкнутые силовые линии полей как бы отрываются от пластин конденсатора и отправляются путешествовать в пространство.
К ЧЕМУ ВСЕ ЭТО?
Могут спросить нетерпеливые читатели. К чему столько сложностей, ведь мы говорим о радиосвязи? Дело в том, что на колебательном контуре базируется вся наука передачи и приема радиосигналов (и не только она).
При воздействии на контур внешней энергией, например, переменным электрическим током, в нем возникают так называемые вынужденные колебания.
Если частота сигналов совпадет с частотой колебаний контура, возникнет явление резонанса – амплитуда колебаний достигает наибольшей величины. При этом не надо увеличивать амплитуду подводимого колебания, нужно только, чтобы частота этих колебаний равнялась частоте настройки контура. Именно это явление и позволяет настраивать приемник на определенную частоту и выделять нужную станцию среди множества других.
Физическую сущность этого явления можно продемонстрировать на примере качелей. Для того чтобы они не остановились необходимо их подталкивать в такт с собственными колебаниями. Даже если каждый толчок очень слаб, он передаст качелям небольшую порцию энергии и постепенно их можно раскачать достаточно сильно.
Так же можно «раскачать» и электрический контур, если подавать в него энергию в такт его собственным колебаниям. Из электрических колебаний различных частот контур выделит только ту, которая вызовет явление резонанса. Из слабых «подталкиваний» контур постепенно накопит значительную энергию. Конечно, контур не сможет собирать «толчки» и увеличивать амплитуду колебаний беспредельно. Чем больше амплитуда напряжения на контуре, тем через него течет больший ток и, естественно, тем больше потери (больше энергии рассеивается в виде тепла).

Колебательного контур «пропускает» только резонансную частоту.
Чтобы настроить контур в резонанс, необходимо менять его частоту. Как уже было сказано, это достигается изменением параметров индуктивности или емкости. Технологически менять емкость проще, чем индуктивность, поэтому в основном применяют именно изменение емкости. Классическим элемент, позволяющим изменять емкость, является конденсатор переменной емкости (КПЕ). Обычно с его помощью и осуществляется настройка на нужную частоту (т.е. настройка контура на частоту резонанса).



Схематичное устройство КПЕ (слева) и его внешний вид (справа).
Раньше механический КПЕ был единственным устройством настройки, но в процессе развития радио появились более удобные и надежные элементы. Например, варикап – полупроводниковый элемент, у которого емкость меняется изменением управляющего напряжения. Или так называемый электронный эквивалент конденсатора, который представляет собой не традиционное устройство с двумя пластинами, а интегральную схему, функционально выполняющую те же задачи.
Теперь мы знаем, как выделить из эфирного хаоса нужную частоту. Что же дальше? Ведь полученные таким образом сигналы являются высокочастотными, а наш голос – низкочастотный звуковой сигнал.
ЗАБЕГАЯ НАЗАД
Давайте сделаем небольшое отступление – настала пора вспомнить об антеннах. Эти устройства и позволяют улавливать (и передавать) электромагнитные волны. Может быть у кого-то вызовет недоумение, почему речь о них заводится не в начале повествования. Это не ошибка. Мы преднамеренно подняли вопрос об антеннах после описания колебательного контура, так как антенна, по сути, тоже колебательный контур, но со слабо выраженными резонансными свойствами.
Обычно антенну рассматривают как катушку индуктивности, а емкостью будет… она же, выступающая в роли одной из обкладок конденсатора, второй же обкладкой будет поверхность земли. Становится очевидным, что параметры антенны также влияют на способность приемника принимать определенную радиостанцию.
Индуктивность и емкость антенны, определяется ее геометрическими размерами, конструкцией, материалом и т.п. Рассчитать антенну гораздо сложнее, чем обычный колебательный контур, состоящий из катушки и конденсатора. Со времен изобретения радио ученые бьются над созданием идеальной антенны, эффективность которой была бы максимальной, а размеры минимальны. Но, к сожалению, идеальность недостижима.
Мы не будем усложнять и без того не простой рассказ. Антеннам посвящена масса всевозможных публикаций в различных источниках. Кого это интересует, могут посетить близлежащую книжную лавку, библиотеку или «порыться» в Интернете.
ВЫВОДЫ:
Антенна – колебательная система и для достижения максимальной эффективности ее необходимо настроить в резонанс с принимаемой (как, впрочем, и в передатчике с передающей) частотой.
Антенна способна принимать сигналы всех радиочастот, но из-за своих колебательных свойств будет более эффективно работать в пределах определенного диапазона, на который она рассчитана.
В самом простом варианте антенна это кусок провода. В радиостанциях и высококачественных приемниках антенна представляет собой довольно сложную конструкцию, от которой в большой степени зависит способность приемника принимать слабые сигналы.
А ТЕПЕРЬ ПЕРЕХОДИМ НА ПРИЕМ
В общем случае процесс приема сигнала выглядит следующим образом:
• Электромагнитные волны наводят в антенне токи высокой частоты;
• Эти токи поступают на входной контур;
• Контур выделяет из множества частот только узкую полосу, на которую он настроен;
• Из высокочастотного сигнала необходимо выделить скрытый в нем сигнал звуковой частоты (звуковую информацию);
• Электрический сигнал звуковой частоты надо преобразовать в акустический сигнал, который можно прослушать.
ДЕТЕКТОРНЫЙ ПРИЕМНИК
Процесс выделения звука (или другой полезной информации) из высокочастотного сигнала называется демодуляцией (процесс обратный модуляции) или иначе – детектированием. А осуществляется демодуляция детектором.
За долгую историю радио в качестве детектора использовались различные устройства. Вначале это были кристаллические, жидкостные или магнитные детекторы, затем появились вакуумные диоды (электронные лампы) и, наконец, в качестве детектора стали применяться полупроводниковые элементы.
Задача амплитудного детектора – преобразование переменного тока в постоянный (выпрямление).



Выпрямление электрического тока диодом. Выпрямление электрического тока (шутка)
Проще всего процесс обработки высокочастотного сигнала можно рассмотреть на примере детекторного радиоприемника – прадедушки современных систем связи.

Схема детекторного приемника и форма сигналов в различных точках. 1 – ВЧ сигнал, выделенный колебательным
контуром; 2 – сигнал после выпрямления детектором; 3 – НЧ сигнал, поступающий на наушники
Из принятых антенной ВЧ сигналов выделяется тот, в резонанс с которым настроен колебательный контур. Форма сигнала в точке (1) представляет собой высокочастотный сигнал, модулированный по амплитуде. Задача детектора состоит в том, чтобы «вырезать» положительную полуволну (2), которая также содержит полезную информацию в виде изменения амплитуды – так называемую огибающую (на рисунке показана пунктирной линией). Но высокочастотный сигнал нельзя прослушать на наушники – нужна звуковая частота. Для удаления ВЧ составляющей в схему после диода включен конденсатор. Емкость конденсатора выбрана таким образом, чтобы он пропускал только высокочастотную составляющую сигнала – на радиотехническом сленге обычно говорят «замыкал на землю». Теперь мы имеем сигнал (3) эквивалентный переданному радиопередатчиком.
Конечно, детекторные приемники не используются для серьезных задач и представляют скорей академический интерес, но на его примере можно проследить процессы, протекающие в более сложных радиоприемных устройствах.
К недостаткам детекторных приемников следует отнести: низкую чувствительность и избирательность (возможность принимать конкретную станцию без помех со стороны других станций с близкой частотой), слабый уровень воспроизводимого сигнала.
Как видно из схемы, в детекторном радиоприемнике нет даже источника питания – он работает на энергии радиоволны. А как было отмечено выше, уровень этой энергии очень мал и для громкоговорящего приема должен усиливаться. Сигнал детекторного приемника настолько слаб, что позволяет прослушивать сигналы только мощных близлежащих радиостанций и только на наушники. Для повышения уровня принимаемого сигнала используются различные виды усиления, а это уже довольно сложные схемы, содержащие десятки, а то и сотни элементов.
Еще немаловажным является то, что детекторный приемник позволяет принимать только амплитудно-модулированные сигналы, которые в настоящее время используются в основном только в радиовещании. Системы подвижной связи обычно применяют либо частотную модуляцию, либо подвид амплитудной – так называемую однополосную модуляцию.
Несмотря на указанные недостатки, детекторный приемник радовал слушателей в течение примерно двух десятилетий с начала XX века. Его усовершенствовали и улучшали, украшали и дорабатывали. Для многих изготовление детекторных приемников было увлечением, для кого-то профессией. Да и сейчас для некоторых путь в электронику начинается с изготовления детекторного приемника. При всей его архаичности не стоит забывать, что для многих наших пра- или прапрадедушек и бабушек он был единственным окном в информационный мир радио.
СУПЕРГЕТЕРОДИН
Революция произошла в 1913 году (не путать с 1917), когда гениальный американский изобретатель Эдвин Армстронг предложил схему супергетеродинного приемника. Схема оказалась настолько удачной, что до настоящего времени девять из десяти приемников работают на этом принципе.
Смысл загадочного слова супергетеродин заключается в том, что выделенный входным контуром высокочастотный сигнал сначала преобразуется в другую частоту, постоянную для данного типа приемника, а затем на этой, так называемой промежуточной частоте, производится усиление основного сигнала и ослабление мешающих.

Классическая блок-схема супергетеродинного приемника.
Благодаря постоянству промежуточной частоты в супергетеродине удается сравнительно простыми средствами получить высокую чувствительность и избирательность приемника.
В чем же прелести супергетеродина и почему он завоевал такую популярность?
Как видно из схемы, настройка на радиостанцию осуществляется таким же колебательным контуром, как и в детекторном приемнике. Но дальше начинается самое интересное.
Диковинное слово гетеродин – это маломощный перестраиваемый генератор (кстати, давший название принципу). «Но это же не передатчик – спросите вы, – зачем в приемнике генератор?». И будете совершенно… не правы. Оказывается, генератор применяется во всех современных приемниках, но его функции отличаются от функций выполняемых в радиопередатчиках.
В приемнике генератор вырабатывает колебания, которые в дальнейшем складываются с радиочастотой. Причем, как видно из схемы, частота гетеродина синхронно изменяется вместе с настройкой входного контура (с помощью многосекционного КПЕ). Это нужно для того, чтобы частота сигнала, полученная после сложения, всегда оставалась постоянной. Это будет промежуточная частота (ПЧ). Она не зависит от выбранного диапазона настройки и от частоты принимаемой радиостанции.
Постоянство ПЧ, получаемой на выходе смесителя, позволяет гораздо эффективней отфильтровать нежелательные сигналы (радиочастоты соседних радиопередатчиков, эфирные помехи и т.п.). Это связано с тем, что конструктивно легче создать качественный фильтр на постоянную частоту, нежели на меняющуюся. Промежуточная частота выбирается таким образом, чтобы ее значение не попадало в область частот передающих радиостанций (обычно 465 кГц в отечественной аппаратуре и 455 кГц – в импортной). Кроме того, относительно низкая ПЧ не так требовательна к качеству применяемых элементов (транзисторов, микросхем, фильтров, конденсаторов). Они могут быть низкочастотными и, следовательно, более дешевыми.
Кроме выделения сигнала входным колебательным контуром, сигнал проходит еще через один настраиваемый контур (после усилителя ВЧ, см. схему). Это позволяет еще в большей степени избавиться от нежелательных входных сигналов. В ламповую эпоху развития радио супергетеродинные приемники оснащались несколькими резонансными каскадами, каждый из которых подстраивался своей секцией КПЕ, управляемой общей ручкой. Появление качественных полупроводниковых приборов позволило упростить механическую часть схемы, а в дальнейшем и вовсе отказаться от механических КПЕ. В современных радиоприемных устройствах практически не встречаются механические конденсаторы переменной емкости.
«СУПЕР» СУПЕРГЕТЕРОДИН ИЛИ СУПЕРГЕТЕРОДИН С ДВОЙНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ
В приемной части современных радиостанций в большинстве случаев применяется более сложный вид супергетеродинной схемы. Так называемый супергетеродин с двойным преобразованием частоты. От обычного супергетеродина он отличается наличием второго преобразователя и второй промежуточной частоты. Это позволяет обеспечить еще большую чувствительность, избирательность и помехозащищенность. Схема супергетеродина с двойным преобразованием похожа на схему обычного супергетеродина, но с добавлением еще одного гетеродина, смесителя, а также соответствующих каскадов усиления и фильтрации. Первая промежуточная частота обычно более высокая (10.7, 17, 21, 45… МГц), а вторая более низкая (455 кГц).

Блок-схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты.
Большинство приемников современных радиостанций и другого радиосвязного оборудования собираются по схеме супергетеродина с двойным преобразованием. В некоторых случаях, в частности в высококлассных любительских приемниках и в специальной технике, применяются супергетеродинные схемы с тройным преобразованием. Для вас принцип их работы уже должен быть очевиден из названия.

РАДИОВОЛНЫ И ЧАСТОТЫ

ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ
Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.).
Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.
Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны (в метрах) рассчитывается по формуле:

или примерно

где ƒ - частота электромагнитного излучения в МГц.
Из формулы видно, что, например, частоте 1 МГц соответствует длина волны ок. 300 м. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением – догадайтесь сами.
В дальнейшем мы убедимся, что знание длины волны очень важно при выборе антенны для радиосистемы, так как от нее напрямую зависит длина антенны.
Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волны встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток. Но не вся энергия волны поглощается проводником, часть ее отражается от поверхности. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации.
Еще одним полезным свойством электромагнитных волн (впрочем, как и всяких других волн) является их способность огибать тела на своем пути. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры тела меньше, чем длина волны, или сравнимы с ней. Например, чтобы обнаружить самолет, длина радиоволны локатора должна быть меньше его геометрических размеров (менее 10 м). Если же тело больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Но может и не отразить – вспомните американский самолет-невидимку «Stealth».
Энергия, которую несут электромагнитные волны, зависит от мощности генератора (излучателя) и расстояния до него. По научному это звучит так: поток энергии, приходящийся на единицу площади, прямо пропорционален мощности излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от мощности передатчика, но в гораздо большей степени от расстояния до него.
Например, поток энергии электромагнитного излучения Солнца на поверхность Земли достигает 1 килоВатта на квадратный метр, а поток энергии средневолновой вещательной радиостанции – всего тысячные и даже миллионные доли Ватта на квадратный метр.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА
Радиоволны (радиочастоты), используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами (по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой.
Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются.
Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:
Диапазон
частот Наименование диапазона
(сокращенное наименование) Наименование
диапазона волн Длина волны
3–30 кГц Очень низкие частоты (ОНЧ) Мириаметровые 100–10 км
30–300 кГц Низкие частоты (НЧ) Километровые 10–1 км
300–3000 кГц Средние частоты (СЧ) Гектометровые 1–0.1 км
3–30 МГц Высокие частоты (ВЧ) Декаметровые 100–10 м
30–300 МГц Очень высокие частоты (ОВЧ) Метровые 10–1 м
300–3000 МГц Ультра высокие частоты (УВЧ) Дециметровые 1–0.1 м
3–30 ГГц Сверхвысокие частоты (СВЧ) Сантиметровые 10–1 см
30–300 ГГц Крайне высокие частоты (КВЧ) Миллиметровые 10–1 мм
300–3000 ГГц Гипервысокие частоты (ГВЧ) Децимиллиметровые 1–0.1 мм
Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.

Пример распределения спектра между различными службами [1]
Эта разбивка довольно запутана, поэтому многие службы используют свою «внутреннюю» терминологию. Обычно при обозначении диапазонов выделенных для наземной подвижной связи используются следующие названия:
Термин Диапазон частот Пояснения
Коротковолновый диапазон (КВ) 2–30 МГц Из-за особенностей распространения в основном применяется для дальней связи.
«Си-Би» 25.6–30.1 МГц Гражданский диапазон, в котором могут пользоваться связью частные лица. В разных странах на этом участке выделено от 40 до 80 фиксированных частот (каналов).
«Low Band» 33–50 МГц Диапазон подвижной наземной связи. Непонятно почему, но в русском языке не нашлось термина, определяющего данный диапазон.
УКВ 136–174 МГц Наиболее распространенный диапазон подвижной наземной связи.
ДЦВ 400–512 МГц Диапазон подвижной наземной связи. Иногда не выделяют этот участок в отдельный диапазон, а говорят УКВ, подразумевая полосу частот от 136 до 512 МГц.
«800 МГц» 806–825 и 851–870 МГц Традиционный «американский» диапазон; широко используется подвижной связью в США. У нас не получил особого распространения.
Не надо путать официальные наименования диапазонов частот с названиями участков, выделенных для различных служб. Стоит отметить, что основные мировые производители оборудования для подвижной наземной связи выпускают модели, рассчитанные на работу в пределах именно этих участков.
В дальнейшем мы будем говорить о свойствах радиоволн применительно к их использованию в наземной подвижной радиосвязи.
КАК РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ РАДИОВОЛНЫ
Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.
Земля для радиоволн представляет проводник электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над поверхностью земли, радиоволны постепенно ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные волны возбуждают в поверхности земли электротоки, на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия поглощается землей, причем тем больше, чем короче длина волна (выше частота).
Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому, что излучение распространяется во все стороны пространства и, следовательно, чем дальше от передатчика находится приемник, тем меньшее количество энергии приходится на единицу площади и тем меньше ее попадает в антенну.
Передачи длинноволновых вещательных станций можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч километров, причем уровень сигнала уменьшается плавно, без скачков. Средневолновые станции слышны в пределах тысячи километров. Что же касается коротких волн, то их энергия резко убывает по мере удаления от передатчика. Этим объясняется тот факт, что на заре развития радио для связи в основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны короче 100 метров вообще считались непригодными для дальней связи.
Однако дальнейшие исследования коротких и ультракоротких волн показали, что они быстро затухают, когда идут у поверхности Земли. При направлении излучения вверх, короткие волны возвращаются обратно.
Еще в 1902 английский математик Оливер Хевисайд (Oliver Heaviside) и американский инженер-электрик Артур Эдвин Кеннелли (Arthur Edwin Kennelly) практически одновременно предсказали, что над Землей существует ионизированный слой воздуха – естественное зеркало, отражающее электромагнитные волны. Этот слой был назван ионосферой.
Ионосфера Земли должна была позволить увеличить дальность распространения радиоволн на расстояния, превышающие прямую видимость. Экспериментально это предположение было доказано в 1923. Радиочастотные импульсы передавались вертикально вверх и принимались вернувшиеся сигналы. Измерения времени между посылкой и приемом импульсов позволили определить высоту и количество слоев отражения.

Распространение длинных и коротких волн [2].
Отразившись от ионосферы, короткие волны возвращаются к Земле, оставив под собой сотни километров «мертвой зоны». Пропутешествовав к ионосфере и обратно, волна не «успокаивается», а отражается от поверхности Земли и вновь устремляется к ионосфере, где опять отражается и т. д. Так, многократно отражаясь, радиоволна может несколько раз обогнуть земной шар.
Установлено, что высота отражения зависит в первую очередь от длины волны. Чем короче волна, тем на большей высоте происходит ее отражение и, следовательно, больше «мертвая зона». Эта зависимость верна лишь для коротковолновой части спектра (примерно до 25–30 МГц). Для более коротких волн ионосфера прозрачна. Волны пронизывают ее насквозь и уходят в космическое пространство.
Из рисунка видно, что отражение зависит не только от частоты, но и от времени суток. Это связано с тем, что ионосфера ионизируется солнечным излучением и с наступлением темноты постепенно теряет свою отражательную способность. Степень ионизации также зависит от солнечной активности, которая меняется в течение года и из года в год по семилетнему циклу.

Отражательные слои ионосферы и распространение коротких волн
в зависимости от частоты и времени суток [1].

Распространение коротких и ультракоротких волн [2].
Радиоволны УКВ диапазона по свойствам в большей степени напоминают световые лучи. Они практически не отражаются от ионосферы, очень незначительно огибают земную поверхность и распространяются в пределах прямой видимости. Поэтому дальность действия ультракоротких волн невелика. Но в этом есть определенное преимущество для радиосвязи. Поскольку в диапазоне УКВ волны распространяются в пределах прямой видимости, то можно располагать радиостанции на расстоянии 150–200 км друг от друга без взаимного влияния. А это позволяет многократно использовать одну и ту же частоту соседним станциям.
Свойства радиоволн диапазонов ДЦВ и 800 МГц еще более близки к световым лучам и потому обладают еще одним интересным и важным свойством. Вспомним, как устроен фонарик. Свет от лампочки, расположенной в фокусе рефлектора, собирается в узкий пучок лучей, который можно послать в любом направлении. Примерно то же самое можно проделать и с высокочастотными радиоволнами. Можно их собирать зеркалами-антеннами и посылать узкими пучками. Для низкочастотных волн такую антенну построить невозможно, так как слишком велики были бы ее размеры (диаметр зеркала должен быть намного больше, чем длина волны).
Возможность направленного излучения волн позволяет повысить эффективность системы связи. Связано это с тем, что узкий луч обеспечивает меньшее рассеивание энергии в побочных направлениях, что позволяет применять менее мощные передатчики для достижения заданной дальности связи. Направленное излучение создает меньше помех другим системам связи, находящихся не в створе луча.
При приеме радиоволн также могут использоваться достоинства направленного излучения. Например, многие знакомы с параболическими спутниковыми антеннами, фокусирующими излучение спутникового передатчика в точку, где установлен приемный датчик. Применение направленных приемных антенн в радиоастрономии позволило сделать множество фундаментальных научных открытий. Возможность фокусирования высокочастотных радиоволн обеспечила их широкое применение в радиолокации, радиорелейной связи, спутниковом вещании, беспроводной передаче данных и т.п.

Параболические направленные антенны [1].
Необходимо отметить, что с уменьшением длины волны возрастает их затухание и поглощение в атмосфере. В частности на распространение волн короче 1 см начинают влиять такие явления как туман, дождь, облака, которые могут стать серьезной помехой, сильно ограничивающей дальность связи.
Мы выяснили, что волны радиодиапазона обладают различными свойствами распространения, и каждый участок этого диапазона применяется там, где лучше всего могут быть использованы его преимущества.

[mouse]

ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТ

2–25 МГЦ
Коротковолновый диапазон (КВ) позволяет организовывать связь на большие расстояния (вплоть до трансконтинентальной). Короткие волны широко использовались в период 40–60-х годов для организации дальней связи. По фильмам и книгам многие знают, как происходил обмен сообщениями во время II Мировой войны, в период освоения Севера и Антарктиды, при работе геологических партий и спасательных экспедиций. С начала 80-х годов новые технологии коммуникаций (проводная, сотовая, спутниковая связь) постепенно вытеснили довольно капризную КВ радиосвязь из традиционного сектора дальней связи. Короткие волны стали незаслуженно отодвигаться на второй план. Но преобразования, происходящие в странах с бывшей плановой экономикой заставили начать поиск недорогих и независимых методов дальней связи. Вновь стал проявляться интерес к «забытому» КВ диапазону.
Обычно с КВ радиосвязью ассоциируется блиндаж в темном заснеженном лесу и отважный радист выстукивающий замерзшими пальцами очередное донесение в Центр. Или бородатый геолог, пытающийся сквозь треск помех вызвать вертолет к больному товарищу. В современной КВ связи «романтика» обычно сводится только к правильной установке антенн, а остальное, как говориться – дело техники.
Современные коротковолновые радиостанции позволяют создавать системы связи по возможностям приближенные к довольно сложным системам в УКВ диапазонах. Здесь и селективный вызов, и автоматический выбор наилучшей частоты связи, и возможность передачи факсимильных сообщений, и шифрация речи и многое другое. Существуют компактные модели для установки на транспортные средства, и даже переносные радиостанции, с возможностями, не особо уступающими стационарным. Выпускающиеся в настоящее время КВ радиостанции обладают высокой чувствительностью и избирательностью, выходной мощность до 100 и более Ватт. Современные цифровые и микропроцессорные технологии проникли и в этот вид техники, предоставив пользователям массу дополнительных функций облегчающих жизнь радиста. Язык не поворачивается назвать «радистом», например, управляющего горнодобывающего комбината, который из своего кабинета управляет работой десятков объектов расположенных в сотнях, а то и тысячах километрах от управления.
К недостаткам КВ диапазона можно отнести сложности с миниатюризацией радиостанций, большие размеры антенн (десятки метров), низкую помехозащищенность (в дни хорошего прохождения сигнала можно услышать на выбранной частоте передачу с противоположной стороны Земли). К достоинствам – полную автономность на больших расстояниях, низкую стоимость оборудования по сравнению с любыми другими видами связи, обеспечивающими такую же дальность.
В основном применяется для связи:
• между удаленными точками на большие расстояния вплоть до трансконтинентальной связи;
• в труднодоступных районах (леса, пустыни) и районах со сложным рельефом местности (холмы, горы);
• с транспортными средствами на больших расстояниях сотни и тысячи километров;
• с портативными радиостанциями на больших расстояниях (десятки и сотни километров) и районах со сложным рельефом местности (холмы, горы);
• низкоскоростной передачи цифровых данных (файлы, электронная почта, факсы);
• для обмена телеметрическими данными с удаленными и труднодоступными объектами (метеостанции, шлюзы, насосные станции и т.п.).
25.6–30 МГЦ
«Гражданский» диапазон – «Си-Би», или как его часто называют – «27 МГц». Единственный диапазон, в котором радиосвязное оборудование может без ограничений использоваться частными лицами.
Высокая дальность связи в условиях равнинной сельской местности и низкая стоимость абонентского оборудования делает этот диапазон весьма привлекательным для самых разных категорий пользователей от фермеров, рыболовов и пастухов, до крупных строительных, добывающих и транспортных организаций.
И хотя наибольшая эффективность диапазона будет в равнинной сельской местности, практика использования «Си-Би» показала, что при грамотной организации системы и оптимальном расположении антенн базовых станций можно добиться качественной и уверенной радиосвязи на большие расстояния даже в условиях индустриальных городских помех и высотной застройки. В качестве примера можно привести активное развитие частных служб такси в г.Ташкенте, использующих «Си-Би» радиосвязь.
В данном диапазоне распространение радиоволн происходит, кроме прямолинейного, еще и посредством отражения от ионосферы Земли поэтому дальность прохождения радиосигнала и его качество будет в высокой степени зависеть от состояния ионосферы и солнечной активности, и может сильно изменяться в разные дни и в течение суток.
Ионосферное прохождение радиоволн, может увеличивать дальность связи до нескольких тысяч километров. Это бывает в основном в летнее время года и в периоды солнечной активности. Во время таких прохождений можно запросто поболтать с Москвой или Самарой, попрактиковаться в знании иностранных языков, связавшись с дальним зарубежьем. Для некоторых установление дальних связей на «Си-Би» стало определенного вида спортом.
Среди недостатков «гражданской» связи следует отметить высокую чувствительность к помехам, перегруженность каналов в дни благоприятного распространения радиоволн (могут быть слышны передатчики, удаленные на тысячи километров), низкую эффективность носимых радиостанций из-за коротких антенн, большую длину антенн мобильных радиостанций (около 1.5 м).
Несмотря на указанные недостатки, «Си-Би» связь остается наиболее популярным средством коммуникаций в мире. Благодаря невысокой стоимости оборудования и упрощенной процедуре регистрации ее используют сельскохозяйственные организации, водители транспортных средств, любители активного отдыха и многочисленная армия обычных людей, для которых радиосвязь является просто любимым времяпровождением. Не будет преувеличением утверждение, что в «Си-Би» диапазоне работает больше радиостанций, чем на всех других частотах вместе взятых.
Наиболее предпочтителен для радиосвязи:
• между стационарными и автомобильными радиостанциями при использовании эффективных базовых антенн;
• между транспортными средствами при движении по трассе, за городом, в колонне или на небольшом расстоянии друг от друга (5–15 км);
• между сельскохозяйственной техникой (комбайны, сеялки, хлопкоуборочные машины и т.д.) и между техникой и диспетчерскими пунктами (весовой, приемной, заправочной и т.п.) в равнинной или холмистой местности при использовании эффективных базовых антенн;
• в городской черте между мобильными и стационарными объектами через диспетчерские радиостанции с эффективными антеннами, установленными на достаточной высоте.
33–50 МГЦ
Диапазон 33–50 МГц, обычно называемый «Low Band», из-за отсутствия в русском языке подходящего термина. Широко использовался в бывшем СССР, оставаясь чуть ли не единственным служебным диапазоном на который можно было приобрести оборудование производства стран СЭВ. Многие предприятия и организации использовали радиостанции, в частности «Лен» и «Гранит» для решения нужд оперативной радиосвязи, а некоторые используют до сих пор. Но экономические преобразования последних лет заставили пересмотреть взгляды на выбор коммуникационного оборудования. Новейшие западные разработки хлынули на наш рынок и «Low Band» стал вытесняться более высокочастотными диапазонами.
В настоящее время в продаже можно встретить радиостанции на 33–50 МГц производства Vertex, Motorola, Alan, Roger и др. Это позволяет организациям и ведомствам заменять парк устаревшего и вышедшего из строя оборудования и использовать уже имеющиеся радиочастоты. Имеется ряд моделей в портативном исполнении. К сожалению, цены на подобную технику несколько выше, чем на аналогичные модели более высоких частот.
По физическим свойствам занимает промежуточное положение между КВ и УКВ диапазонами, из-за чего обладает свойствами и того, и другого. При определенных обстоятельствах позволяет осуществлять связь за пределы радиогоризонта (отраженной волной). Но в основном связь возможна в пределах прямой видимости. Характеризуется небольшим затуханием, меньшим отражением. Наибольшая дальность достигается в сельских районах с низкой застройкой и в равнинной местности.
136–174, 400–512 МГЦ
Высокая помехозащищенность и хорошее прохождение сигнала позволяет активно использовать данные диапазоны для организации практически любых систем служебной радиосвязи. Нижняя часть диапазона (УКВ) более эффективна в условиях сельской местности, мало- (до 3-х этажей) и среднеэтажной (до 5-ти этажей) городской застройки. Верхняя часть (ДЦВ) предпочтительна в условиях индустриальных центров и многоэтажной застройки.
Во многих странах данные диапазоны используются для организации пейджинговой (УКВ) и сотовой (ДЦВ) радиосвязи. Хотя наблюдается тенденция к переходу на более высокие частотные участки (900, 1800 МГц)
Связь возможна только в пределах прямой видимости, из-за чего в большинстве случаев используются системы с ретрансляцией.
806–825, 851–870 МГЦ
Используется для организации систем радиосвязи в городах с высотной застройкой и в зонах с высоким уровнем индустриальных помех. Очень высокая помехозащищенность и хорошее прохождение сигнала сквозь различные преграды (вплоть до металлических сеток), позволяет использовать данный диапазон там, где распространение радиоволн с более низкими частотами невозможно или сопряжено с большими затратами (размещение промежуточных ретрансляторов, большая высота антенн и т.п.). Во многих странах мира используется для организации сотовой радиосвязи. В частности, сотовая связь в Узбекистане организована именно в этом диапазоне. Традиционный диапазон подвижной наземной связи США.
Связь возможна только в пределах радиогоризонта. Диапазон характеризует высокая степень отражения радиоволн от зданий, сооружений и других естественных и искусственных преград, за счет чего возможна радиосвязь в условиях промышленных районов и индустриальных центров с высотной застройкой. В некоторых случаях это можно рассматривать как благо (меньшее количество «мертвых зон» из-за отражений), а иногда может оказаться большой проблемой (интерференция).
По физическим свойствам характеризуется большим затуханием радиоволн, вследствие чего дальность связи в сельской местности будет меньше, чем на низких частотах.
К недостаткам следует отнести относительно высокую стоимость оборудования по сравнению с оборудованием на более низкие частоты и сложности с созданием мощных радиопередатчиков носимых станций. Частично это связано с увеличением энергии передаваемого сигнала на высоких частотах, а это, в свою очередь требует источников питания (аккумуляторов) большой емкости, габариты которых, при современном уровне развития технологии, с трудом поддаются миниатюризации.


МЕТОДЫ, СПОСОБЫ, ВИДЫ РАДИОСВЯЗИ

Перед тем, как приступить к обсуждению принципов организации систем связи, следует определиться с терминами, которые мы будем использовать при обозначении того или иного действия. К сожалению, в этой области не существует конкретных названий, однозначно характеризующих «методы», «способы» и «виды». Поэтому мы оставляем за читателем право выбора предпочтительного слова.
________________________________________
Примечание: Если не оговорено иное, то приведенные ниже соображения относятся к подвижной наземной связи, организуемой в диапазонах УКВ и ДЦВ (с некоторыми допущениями – «Low Band»).
________________________________________
СИМПЛЕКС, ДУПЛЕКС И НЕЧТО СРЕДНЕЕ
Симплекс
Для связи используется одна частота, как для приема, так и для передачи. Экономично, просто, понятно.
Дуплекс
Радиосвязь осуществляется одновременно на двух частотах. На одной прием, на другой передача. На этом принципе работают телефонные системы. Неэкономично, сложно и, в подвижной связи, непонятно зачем.
Полудуплекс (двухчастотный симплекс)
Радиосвязь осуществляется с использованием двух частот: приемной и передающей, но, по сравнению с дуплексом, не одновременно, а поочередно. Сигнал принимается на одной частоте, а передается на другой. В один момент времени абонент может находиться либо в режиме «прием» либо «передача». Неэкономично, но в большинстве случаев – необходимо.
ЧТО, КОГДА И КАК
Обычно первичной задачей любой системы связи является обеспечение требуемой (очень большой) дальности связи. Но дальность, к сожалению, ограничена физикой. Как утверждают очевидцы, наша планета представляет собой шар, кривизна поверхности которого не позволяет осуществлять связь за пределы горизонта. А это значит, что между портативными радиостанциями, находящимися в руках у стоящих вертикально людей на открытой равнинной местности, связь возможна на расстоянии ок. 5 км. Если надо больше (99.9% случаев), то применяют ретрансляторы.
Ретрансляторы
Ретранслятор это устройство, принимающее радиосигнал и передающее его в эфир. Зачем же нужна подобная «перепередача»? Дело в том, что для увеличения дальности связи необходимо преодолеть шарообразность Земли, а это достигается подъемом приемника и/или передатчика. Если все абоненты «рождены ползать», тогда единственным выходом станет применение отдельного устройства установленного на достаточной высоте, которое будет принимать и с высоты передавать сообщения, «раздвигая горизонты». Наибольшую зону охвата будет иметь ретранслятор, установленный на… искусственном спутнике Земли в космосе. Если же опуститься на Землю, то для обеспечения заданного охвата наиболее простым вариантом будет установка ретранслятора на искусственном или естественном высотном сооружении (здание, мачта, холм).
Практически ни одна современная система связи не обходится без ретранслятора. Среди редких исключений можно упомянуть магазины, строительные площадки, стадионы и т.п. В остальных случаях требуется зона охвата, превышающая возможности прямой связи.
Теперь можно выяснить в каких случаях применяется симплекс и полудуплекс.
Принцип ретрансляции

Из рисунка видно зачем (почему) нужен полудуплекс (двухчастотный симплекс). Так как ретранслятор непрерывно передает принятые сигналы (дуплекс), то он не может делать это на одной и той же частоте (сигналы передатчика будут тут же приниматься приемником – замкнутый круг). Поэтому дуплексный ретранслятор работает на разных частотах, номиналы которых должны отличатся на определенную величину (зависит от оборудования, системы и др.). Соответственно в абонентских радиостанциях должны использоваться те же частоты, но в «перевернутом» виде (приемная частота ретранслятора должна соответствовать передающей у радиостанций и наоборот). Так как у всех абонентских радиостанций одинаковы передающие и приемные частоты, то прямая связь между ними невозможна.
Получается, что ретранслятор непрерывно излучает принимаемый сигнал, а в абонентских радиостанциях режим прием/передача должен переключаться. В один момент времени или говорю или слушаю. Чем выше чувствительность и мощность ретранслятора и выше установлены антенны, тем большую зону можно охватить устойчивой радиосвязью.
Но если не хватает частот, денег или того и другого (наиболее распространенный случай), то можно обойтись симплексом. В таком случае абонентское оборудование остается тем же, только в нем программируются одинаковые приемные и передающие частоты. А вот в качестве ретранслятора можно использовать… обычную абонентскую радиостанцию. Но она не может принимать и передавать одновременно, что, кстати, и не требуется (да и нельзя, как мы уже рассмотрели).
Для работы такого ретранслятора (его, кстати, обычно называют симплексным) требуется специальное устройство – контроллер симплексного ретранслятора. Устройство представляет собой так называемый цифровой магнитофон, который записывает принимаемое сообщение до тех пор, пока оно присутствует в эфире (или пока не кончится «пленка»). После пропадания сигнала, контроллер переключает радиостанцию в режим передачи, и записанное сообщение воспроизводится в эфире. Получается, что достаточно одной частоты и одной (не дуплексной) радиостанции.
При всей простоте и относительной дешевизне метода, у него есть серьезный недостаток: абонент должен тратить время на проговаривание сообщения, и затем ждать, пока оно воспроизведется в эфире. Таким образом, на радиопереговоры при использовании симплексного ретранслятора потребуется в два раза больше времени, чем при использовании дуплексного. Если количество денег и радиочастот являются определяющими факторами и можно смириться с потерей оперативности, то применение симплексных ретрансляторов (как их еще называют «симплексеры», «эхо-репитеры», «кукушки» или «попугаи» – воистину безгранична человеческая фантазия и русский язык) может оказаться наиболее рациональным путем решения задачи.
Подведем итоги
1. Дуплекс применяют при непрерывной ретрансляции.
2. Симплекс – в случаях прямой связи (без ретрансляторов) или в случае симплексной ретрансляции.
Несколько слов о полном дуплексе
При полном дуплексе (как и при полудуплексе) используются две частоты, но абонентские радиостанции в один момент времени находятся одновременно и в режиме приема, и передачи, т.е. аналогично телефону. Бесспорно, это повышает удобство переговоров, так как они ведутся в привычной для человека манере. Но использование дуплекса существенно усложняет и, следовательно, удорожает оборудование, т.к. абонентская станция должна содержать два независимых тракта – приемник и передатчик (в симплексных станциях основную часть электрической схемы обычно объединяют). Кроме того, в большинстве систем дуплексная связь невозможна между радиоабонентами, а осуществима только при соединениях с телефонной сетью. Но даже при этом в серьезных системах связи (например, в транковых системах МРТ 1327), при проведении дуплексной связи выделяются два дуплексных канала (4 радиочастоты!). Это повышает нагрузку на систему и требует увеличения каналов, а это, в свою очередь, ведет к усложнению и, следовательно, удорожанию системы. Существует варианты дуплекса в разных частотных диапазонах, например: прием в 138–174 МГц, а передача в 400–470 МГц. Но такой подход также сопряжен с рядом сложностей: выделение частот в разных диапазонах, усложнение системы, повышенные требования к настройке. Вряд ли вам удастся найти на рынке, оборудование серьезных производителей рассчитанное на работу в междиапазонном дуплексе (обычно называют «кросс-диапазонный» дуплекс). По нашим сведениям такое оборудование выпускает небезызвестная японская компания «Alinco».
Аналоговые транковые системы на основе протоколов MPT 1327 и LTR позволяют применять дуплекс в одном частотном диапазоне, но дуплексные радиостанции в этих системах обладают низкой мощностью, что подразумевает многозоновую конфигурацию, как в сотовых сетях.
На рынке представлены десятки производителей радиосвязного оборудования и среди всего множества предложений только единицы являются дуплексными образцами. Практически все дуплексные системы предназначены для работы в диапазоне 800 МГц. Связано это с тем, что на низких частотах невозможно создать дуплексный фильтр (устройство, позволяющее приемнику и передатчику одновременно использовать одну антенну) таких размеров, чтобы он уместился в корпусе портативной радиостанции.
Намного проще реализовать дуплекс в цифровых системах связи (TETRA, Tetrapol, APCO-25, GSM). Но в них понятие дуплекса несколько отличается от принятого в аналоговой связи. Дуплекс в цифровом виде – это не одновременные прием и передача, а прием и передача, разделенные во времени. То есть в каждый момент времени радиостанция находится либо в режиме приема, либо передачи. Переключение происходит настолько часто, что абонент его просто не слышит (например, в TETRA 18 раз в секунду). Следовательно, отпадает необходимость во включении в конструкцию радиостанций относительно габаритного дуплексного фильтра.
Дуплексная радиосвязь не получила широкого распространения среди систем подвижной связи еще и потому, что в оперативных условиях нет необходимости вести пространные беседы о погоде или справляться о здоровье. Служебная связь призвана решать задачи производства, управления, безопасности. А в этих сферах обычно отдаются команды и распоряжения и принимаются отчеты о проделанной работе.
АЛЕ! КТО ЭТО?
Допустим, мы обеспечили требуемую зону покрытия, и теперь можем приступить к реализации сервисных функций. Т.е. того, что собственно и характеризует систему связи. Обычно под уровнем сервиса понимают возможности связи с конкретными абонентами, групповую связь, соединение с телефонной сетью, передачу цифровых данных и т.п.
Пожалуй основной задачей (после обеспечения требуемой зоны охвата) является адресация вызова конкретному абоненту без возможности прослушивания другими.
Если не принять определенных мер, то при работе в эфире любой радиостанции, остальные, настроенные на эту же частоту будут слышать сообщения. В некоторых случаях с этим можно мириться (охрана небольшого объекта, строительная площадка, стадион), а иногда это даже нужно (вызов свободного такси, ближайшей патрульной машины милиции и т.п.). Но в остальных случаях сообщения должны направляться конкретному абоненту (группе), а остальным переговоры слышать не нужно или нельзя.
Процесс направления вызова конкретному абоненту (абонентам) обычно называют идентификацией. Существует несколько основных способов идентификации, которые мы и рассмотрим ниже.
При построении систем связи для идентификации абонентов и групп чаще всего используются специальные устройства кодировки/декодирования, так называемые шумоподавители. Наибольшее распространение получили тональные (CTCSS), цифровые (DCS) и кодовые (DTMF) шумоподавители или их комбинации.
Тональный шумоподавитель (CTCSS)
Принцип идентификации с помощью CTCSS заключается в том, что к полезному сигналу «примешивается» тон определенной звуковой частоты, так называемый субтон (более по-русски – пилот тон). Приемник радиостанции будет активизироваться («открываться») только в том случае, если в принимаемом сигнале присутствует субтон, на который радиостанция настроена. Пример связи с использованием тонального шумоподавителя показан на рисунке.

Как видно из рисунка, связь с использованием CTCSS возможна только между абонентами, у которых совпадают частотный канал (частота) и субтон тонального шумоподавителя.
Подобные системы требуют наличия в радиостанции устройства, формирующего и анализирующего CTCSS тоны. Это устройство может быть оформлено в виде независимого модуля, встраиваемого в радиостанцию, либо являться частью схемы. Обычно CTCSS модуль может формировать 38–50 тонов в каждом частотном канале радиостанции. Использование CTCSS позволяет организовывать достаточно развитые системы радиосвязи с групповыми (реже индивидуальными) вызовами. В некоторых случаях (особенно в районах со сложной электромагнитной обстановкой), будет нелишне встроить (активизировать) CTCSS даже в простых симплексных системах связи без идентификации. Это позволит частично защитить систему от помех и в некоторой степени от нелегальных абонентов. Например, ретранслятор системы не будет «открываться» на сигналы, не содержащие требуемого CTCSS тона.
Частоты пилот-тонов лежат в диапазоне ниже 300 Гц (обычно 67–250 Гц) и при приеме не слышны в громкоговорителе радиостанции, так как вырезаются специальными фильтрами.
Следует учитывать, что использование пилот-тонов не позволяет расширить емкость системы (количество абонентов). Все равно в один момент времени, на одном частотном канале может проводиться только один сеанс связи (абонент–абонент, абонент–группа, группа–группа). Это связано с тем, что радиостанция не может одновременно принимать два сигнала, с одинаковой частотой, даже если у них разные тоны (увы, физические принципы радиосвязи фундаментальны). Поэтому емкость системы не зависит от метода и сложности идентификации, а ограничена пропускной способностью системы. Одна частота (дуплексная пара частот) – один сеанс связи (неопровержимая догма в аналоговых сетях). Это характерно для любых систем связи, вне зависимости от методов организации доступа и идентификации.
Цифровой шумоподавитель (DCS)
Для идентификации абонента или группы абонентов используется специальная цифровая посылка перед началом сообщения. При передаче (нажатии клавиши PTT), радиостанция автоматически формирует цифровую посылку на рабочей частоте, соответствующую абоненту (группе абонентов), которому адресовано сообщение. Приемник активизируется только в том случае, если он настроен на прием данного кода, остальные приемники, работающие на той же частоте, будут неактивны. Организация идентификации практически аналогична использованию CTCSS, со всеми достоинствами и недостатками последней.
Возможное количество цифровых комбинаций теоретически бесконечно, хотя стандартными являются 104 кода.
Кодовый шумоподавитель (DTMF)
Для идентификации абонента или группы абонентов используется специальная тональная посылка перед началом сообщения, так называемая DTMF последовательность. Каждому символу на клавиатуре радиостанции соответствует звуковой тон определенной частоты (по принципу тонального набора в современных телефонных сетях). Когда вы нажимаете клавишу на клавиатуре радиостанции, формируется звуковой тон, который затем передается в эфир на частоте передачи. Приемник активизируется только в том случае, если он настроен на включение при приеме данного кода, остальные приемники, работающие на той же частоте, будут неактивны. Для организации связи с помощью DTMF радиостанция должна быть оснащена клавиатурой и модулем DTMF.
Наиболее распространенный метод идентификации. В частности без DTMF невозможна организация телефонных вызовов. Чаще всего используется совместно с CTCSS и DCS. Кроме идентификации абонентов, применяется для доступа к внешним устройствам, подключенным к системе связи. Например, телефонные интерфейсы, устройства дистанционного управления, контроллеры и т.п.
Другие
При всем разнообразии методов идентификации (DQT, PL, Select 5, CCIR, EEA, EIA, ZVEI и пр.), практически все они сводятся к трем основным форматам CTCSS, DCS и DTMF, отличающиеся длительностью посылок, их частотой, формой сигналов и т.п.
Итоги
Прямая связь Непрямая связь
Увеличение дальности Диспетчерская радиостанция
(симплекс или полудуплекс) Ретранслятор
(симплекс или полудуплекс)
Идентификация*
Разбивка на группы внутри системы связи CTCSS или/и DCS
Индивидуальный вызов DTMF (+ CTCSS или/и DCS)
Вызов группы DTMF (+ CTCSS или/и DCS)
Вызов в телефонную сеть DTMF (+ CTCSS или/и DCS)
Доступ к устройствам управления** DTMF (+ CTCSS или/и DCS)
________________________________________
* Методы идентификации могут использоваться в сочетаниях друг с другом. Например, доступ в телефон осуществляется DTMF последовательностью, но для дополнительной защиты можно установить проверку CTCSS и/или DCS тона.
** К устройствам управления относятся ретрансляторы, контроллеры, механизмы и приборы, управляемые по радиоканалу (телеметрия).
________________________________________
РЕАЛИЗАЦИИ
«Прямая» связь
Самый простой метод построения системы связи. Характерны – ограниченный радиус действия, простота организации, минимум затрат.
Наиболее часто такие радиосети используют строители, службы охраны локальных объектов, группы телеоператоров, организаторы массовых мероприятий и т.п. В таких радиосетях не используются ретрансляторы, поэтому они имеют небольшую зону действия и, как правило, применяются на небольших площадках, в здании или группе близкорасположенных зданий, небольшом поселке. То есть там, где требования по дальности минимальны и ограничены радиусом действия радиостанций.
Для работы системы необходимо одна частота. В зависимости от типа применяемых станций возможны две разновидности сетей:
• радиосети без индивидуального вызова, работающие по принципу «один говорит – все слышат»
• радиосети с индивидуальным и групповым вызовом, в которых возможна работа на одной частоте нескольких групп пользователей с использованием CTCSS, DCS или DTMF.
Диспетчерские системы
Слово «диспетчерские» в начальном смысле слова, предполагает наличие человека (диспетчера) при организации переговоров. Абонент с мобильной, носимой, либо стационарной радиостанции осуществляет вызов диспетчерского пункта на определенной частоте, затем диспетчер передает сообщение другому абоненту на той же или на другой частоте. Задача диспетчера заключается в том, чтобы «ретранслировать» сигнал и/или перераспределять вызовы по частотным каналам.
Например: одна группа абонентов работает на частоте 1 (первый канал), а другая группа на частоте 2 (второй канал). В данном случае, если возникает надобность в передачи сообщения между абонентами разных групп, связь невозможна. При использовании диспетчерской (многоканальной) радиостанции, прием информации от 1-й группы осуществляется на одном канале, затем диспетчер переключается на частотный канал 2-й группы и передает сообщение в эфир.

При такой системе связи можно использовать простые радиостанции с минимумом каналов и одну многоканальную для диспетчера.
Если диспетчер требуется только для увеличения дальности связи (без функции управления), то будет логичней использовать ретранслятор.
Системы с использованием диспетчерского пункта наиболее часто используются милицией, пожарной охраной, службой скорой помощи, где на диспетчера возложены еще и функции управления.
Системы связи с ретрансляторами
Кроме своей основной функции (увеличения дальности), ретрансляторы позволяют создавать сложные системы связи. Хотя сам по себе ретранслятор обычно только принимает и передает сигнал, но как раз это и открывает огромные возможности управления. Получается, что с помощью ретранслятора сигналы всех абонентских радиостанций «собираются» в одном месте. Это значит, что их можно анализировать после приема и изменять перед передачей. Это достигается с помощью специальных контроллеров, подключаемых к ретранслятору.
Контроллеры – довольно сложные электронные устройства, выполняющие большинство функций по идентификации абонентов, ограничению доступа к системе, объединению в рамках единой сети нескольких систем, стыковку с телефонной сетью и многое другое.
Обычно создание сети с конкретными задачами заключается в подборе необходимого контроллера. В настоящее время выпускаются контроллеры для решения всех мыслимых (и немыслимых) задач в радиосвязи. Кстати, организация сетей с автоматическим выбором свободного канала (модное слово транк!) также сводится к подключению к ретрансляторам специальных транковых контроллеров.
Подключение к телефонной сети
Часто (если не всегда) при построении систем связи существует необходимость (читай, желание) соединения с телефонной сетью, городской или ведомственной. Одним из методов решения этой задачи может быть применение телефонных интерфейсов.
Принцип работы интерфейса заключается в том, что между телефонной линией и радиостанцией (как правило, стационарной) подключается устройство, преобразующее сигналы телефонной линии в понятный для радиостанции вид. А сигналы радиостанции в вид и форму необходимую для осуществления вызовов абонентов телефонной сети. Таким образом, владельцу абонентской радиостанции достаточно набрать код доступа к интерфейсу (DTMF набором), а затем нужный телефонный номер. Для того чтобы вызвать радиоабонента с телефонного аппарата, нужно набрать телефонный номер, к которому подключен интерфейс и затем донабрать номер требуемой радиостанции.
К достоинствам данного метода стыковки с телефонной линией, следует отнести относительную дешевизну реализации, простоту подключения, возможность использования практически в любых системах радиосвязи с любым радиооборудованием. К недостаткам – легкий доступ к системе. Любая радиостанция, оборудованная DTMF-клавиатурой, может выйти на телефонный интерфейс. Подслушать и расшифровать пароль доступа при определенных навыках и наличии соответствующего оборудования – довольно простое дело.
Наиболее распространенные модели телефонных интерфейсов позволяют при одном базовом устройстве вызывать донабором одной цифры (от 0 до 9) до десяти удаленных абонентов, а удаленный (мобильный) аппарат – до 10 базовых. Существуют и более сложные устройства, поддерживающие до 100 и более пользователей.
В большинстве контроллеров ретрансляторов доступ к телефонной сети является стандартной функцией.
Системы с охватом больших территорий (многозоновые системы)
Применение ретрансляторов, установленных в одном месте, не всегда позволяет решить проблему охвата больших территорий. В таких случаях создают многозоновые системы связи.
Подобную организацию можно рассматривать как совокупность однозоновых систем, объединенных в одну общую сеть. С помощью специальных контроллеров (опять контроллеры!) обеспечивается работа абонентов в разных зонах. Разрешаются частотные конфликты (когда абонент находится в зоне действия двух и более ретрансляторов), обеспечивается идентификация, соединение с телефонной сетью и т.п.

Наибольшее распространение получили транковые многозоновые системы связи на основе протоколов MPT 1327 и TETRA. Они предоставляют абонентам высокий уровень сервиса (индивидуальный вызов, динамические группы, телефония, очереди вызовов, передача данных по радиоканалам), но сложны в построении, дороги и становятся рентабельными при большом количестве абонентов (от нескольких сотен до нескольких тысяч).
В случаях, когда число абонентов невелико (от десятков до сотен) и они территориально рассредоточены, а также нет надобности в высоком уровне сервиса (промышленные предприятия, горные разработки, газо- и нефтепроводы, железные дороги, объекты водоснабжения и т.п.) можно использовать «обычные» системы связи в многозоновом построении.
К достоинствам таких систем следует отнести возможность использования практически любых радиостанций, оснащенных CTCSS или DCS. Это позволяет включать в сеть как уже имеющееся оборудование на данный частотный диапазон, так и легко расширять систему в дальнейшем. В многозоновых системах обычно решена проблема перемещения абонентов между зонами (роуминг), вызов радиостанций находящихся в разных зонах, разделение абонентов на группы, соединение с другими сетями связи, в том числе телефонной.
Например, контроллеры М47МR, производства американской компании Zetron, позволяют создавать вытянутые в линию многопользовательские системы связи с возможностью соединения с телефонной сетью. Контроллер подключается к ретранслятору и управляет его работой. Все контроллеры соединяются последовательно с использованием 4-х проводных выделенных линий или других аналоговых каналов связи (радиочастотные, проводные, радиорелейные). В каждой зоне через ретранслятор могут работать несколько групп пользователей. Радиостанции каждой группы программируются своим тоном CTCSS. Возможно соединение радиостанций с другими зонами, для чего на DTMF клавиатуре радиостанции набирается номер вызываемой зоны. С помощью DTMF также возможен индивидуальный вызов конкретной радиостанции.
И все же
Создание в рамках общей сети независимых групп абонентов, вызов конкретного абонента или группы абонентов (идентификация), защита от посторонних пользователей, управление абонентами из центральной диспетчерской, ретрансляция для расширения зоны охвата, передача в рамках сети цифровых данных – это далеко не полный перечень вопросов, с которыми приходится сталкиваться при построении систем связи. А если добавить сюда еще дефицит радиочастот, сложную электромагнитную обстановку, ограниченность средств – то можно будет представить, насколько сложно воплотить в реальность желание обладать качественной и надежной связью.
Трудно, а порой невозможно выдать какие-либо универсальные «рецепты» по решению той или иной задачи. Обычно каждая задача уникальна, и, следовательно, решается уникальным способом.

О ДАЛЬНОСТИ

Нередко в рекламных объявлениях можно встретить сообщения о предлагаемом на рынке радиооборудовании, как правило, радиотелефонов повышенной мощности с фантастическим радиусом действия (до 150 и более километров). Случается, что наивный покупатель поддается таким заманчивым предложениям и в результате оказывается у «разбитого корыта». Чтобы в последствии «не было мучительно больно» давайте разберемся, какова может быть реальная дальность связи и от чего она зависит.
Основным фактором, влияющим на дальность связи, является длина волны (или, иначе, частота) на которой ведется передача. Наверняка многие видели, как волны на поверхности воды легко перекатываются через прибрежные камни, но не могут обогнуть большую скалу – за скалой образуется своеобразная «тень», там волн практически нет. Для длинных радиоволн Земля – это небольшой камушек, и они сравнительно легко огибают земную поверхность. А вот для коротких и особенно ультракоротких радиоволн Земля слишком большое препятствие. Эти волны почти не огибают земной поверхности и практически не уходят за линию горизонта.
Но, несмотря на это, средние, а особенно короткие волны – это диапазоны дальнего действия. На коротких волнах огромные расстояния перекрывают отраженным радиолучом, используя зеркало, которое «навесила» над Землей сама природа. Это зеркало – расположенные на высоте от 50 до 500 км слои ионизированных газов, так называемая ионосфера.
Ионизированный газ – проводник тока, и ионосфера, подобно металлическим листам, отражает радиоволны. Правда, свойства ионосферы не для всех длин волн одинаковы. Средние волны отражаются только ночью и дальние средневолновые станции днем не слышны. В разное время года и в разное время суток по-разному проходят короткие волны. А волны диапазона УКВ и более короткие практически не отражаются вообще.
На рисунке показано распространение радиоволн в зависимости от длины волны: 1–земной луч; 2–отраженный луч; 3–ионосфера.

РАДИОСВЯЗЬ НА КОРОТКИХ ВОЛНАХ
Как видно из рисунка, радиосвязь в диапазоне КВ осуществляется как прямым распространением, так и посредством радиоволн отраженных от ионосферы. Несомненно, основной интерес представляет именно отраженные волны. Отражение волн позволяет осуществлять связь на расстояния, намного превышающие прямую видимость.
Очень важным при связи на КВ оказывается тип используемых антенн, а также их правильная ориентация. Например, для связи на расстояния до 500 километров можно установить антенну на высоте около 10 метров, а если нужно передать сигналы на 5000 километров, то необходим подъем антенны на высоту не менее 50 метров. Следует также отметить высокую зависимость дальности распространения коротких волн от состояния ионосферы и конкретных частотных номиналов в пределах диапазона.
РАДИОСВЯЗЬ НА УКВ ДИАПАЗОНАХ
Радиосвязь на частотах свыше 30 МГц возможна, в основном, только в пределах радиогоризонта, т.е. расстояния прямого прохождения радиоволн с учетом шарообразности земной поверхности, так называемой прямой или оптической видимости. В этом случае дальность связи будет зависеть от высоты подъема антенн.

РАСЧЕТ РАДИУСА РАДИОГОРИЗОНТА
Расчет расстояние до радиогоризонта позволяет оценить дальность связи при выбранной высоте установки антенны. Конечно, нельзя всецело полагаться на полученные результаты, так как при расчете не учитываются неровности рельефа, застройка, электромагнитные помех и т.п. Но, несмотря на это, полученные результаты позволят оценить возможную дальность связи и более трезво отнестись к рекламным заявлениям.
Теоретический радиус радиогоризонта (в км) вычисляется по формуле:

, где H – высота расположения антенны в метрах.
Для тех, у кого калькулятор не вычисляет квадратный корень, ниже приведена диаграмма зависимости радиогоризонта от высоты установки антенны.

Подразумевается, что антенна второй радиостанции или приемника расположена на уровне земли (без подъема антенны). Если же антенна второй радиостанции или приемника тоже подняты над землей, то необходимо учитывать высоты обеих антенн и полученные дальности сложить.


ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДАЛЬНОСТЬ СВЯЗИ И НЕ ТОЛЬКО НА НЕЕ
К факторам, уменьшающим дальность связи и снижающим ее качество можно отнести возникновение «радиотени», затухание и рассеянье сигналов, интерференцию.
«Радиотень» возникает в случаях, когда на пути распространения сигнала существует (или периодически появляется) какая-либо естественная или искусственная преграда: здания, сооружения, возвышенности, деревья, линии электропередачи, тоннели и т.п. В такие места сигнал либо не доходит вообще, либо доходит сильно ослабленным. К сожалению, бороться с проблемой экранирования весьма сложно. Пожалуй, единственным методом решения проблемы будет создание сложных систем связи с большим количеством зон ретрансляции. Но даже в многозоновых системах связи не всегда удается обеспечить стопроцентное покрытие заданной территории. Примером тому могут служить «дыры» в зоне покрытия систем сотовой телефонии в Ташкенте (некоторые районы с плотной застройкой, тоннели, подземные переходы, метро).
Затухание – ослабление сигнала по мере удаления от передатчика. В основном зависит от частоты сигнала – чем выше частота, тем больше затухание. Затухание можно скомпенсировать повышением мощности передатчиков и чувствительности приемников, а также использованием антенн с большим коэффициентом усиления. В некоторых случаях целесообразно использовать направленные антенны.
Рассеянье это неизбежное следствие распространения энергии из одной точки.
Вспомните, как работает обычный электрический фонарик. Если сфокусировать отражатель фонаря таким образом, чтобы он светил тонким лучом, то можно будет осветить предметы на довольно большом расстоянии. Если же расфокусировать луч, то рассеянного света будет недостаточно, чтобы рассмотреть объекты уже на расстоянии нескольких метров.
Принцип распространения радиоволн аналогичен распространению света. Чтобы получить большую зону охвата необходимо направлять излучение во все стороны. В то же время с увеличением расстояния от передатчика, энергия, попадающая на единицу площади, будет уменьшаться обратно пропорционально квадрату расстояния. Рассеяние нельзя уменьшить (физика!), но можно компенсировать. Например, применив направленные антенны, фокусирующие радиолуч в одном направлении (но тогда сузится зона покрытия). Другим путем компенсации будет повышение мощности передатчика.
Интерференция – сложение двух или более волн, при котором амплитуда результирующей волны зависит от разности фаз исходных волн в данной точке пространства. Если складываются волны с одинаковой фазой, то амплитуда результирующей волны будет увеличиваться, а если с противоположными фазами, то уменьшаться (вплоть до 0). В реальных условиях из-за отражения волн от различных преград, в точке приема могут приниматься множество волн со смещенными друг относительно друга фазами и, следовательно, результирующий сигнал может измениться случайным образом.
Интерференция относится к наиболее сложному виду помех, влияющих на дальность связи. Она возникает, когда в точку приема приходит как прямой, так и отраженный от какого-либо препятствия сигнал с уже смещенной фазой. А если на приемную антенну попадают еще и гармоники (сдвинутые по частоте сигналы) основного передатчика плюс близкие по частоте сигналы и гармоники других передатчиков (как прямые, так и отраженные) плюс вообще весь электромагнитный «мусор» порожденный современной цивилизацией… Очевидно, что интерференция практически не поддается анализу и прогнозированию. Борьба с невидимым врагом всегда сложнее открытой битвы.
Это только часть проблем, возникающих при проектировании и эксплуатации систем связи. Но при всей их «ужасности» радиосвязь была, есть и будет выполнять возложенные на нее задачи. Ну а чтобы радиосистема действительно дарила удовлетворение, а не разочарование доверьте ее построение профессионалам.