Почему радиоволны могут огибать землю

Почему радиоволны могут огибать Землю?

Когда Маркони решил осуществить радиопередачу через Атлантический океан, все специалисты дружно отговаривали его от «безнадежного предприятия», мотивируя это тем, что радиоволны, подобно световым волнам, распространяются прямолинейно и поэтому не смогут обогнуть Землю.

Однако Маркони решил, что «кто не рискует, тот не выигрывает», и… первая радиопередача через океан состоялась!

Успех Маркони объясняется тем, что радиоволны отражаются ионосферой — слоем земной атмосферы, расположенным на высоте 50-100 км и содержащим большое количество ионов и свободных электронов (рис. 18.8).

Особенно хорошо от ионосферы отражаются радиоволны с длиной волны в несколько десятков метров (так называемые «короткие волны»), поэтому радиостанции, вещающие на большие расстояния, работают обычно на таких волнах.

Распространение радиоволн

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН — процесс передачи эл. магн. колебаний радиодиапазона (см. РАДИОВОЛНЫ) в пространстве от одного места к другому, в частности от передатчика к приёмнику. В естеств. условиях Р. р. происходит в разл. средах, напр. в атмосфере, космической плазме, в… … Физическая энциклопедия

Распространение радиоволн — Распространение радиоволн, явление переноса энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот (см. Радиоизлучение). Разные аспекты этого явления изучаются различными техническими дисциплинами, являющимися разделами радиотехники. Наиболее … Википедия

распространение радиоволн — radijo bangų sklidimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. radio wave propagation vok. Funkwellenausbreitung, f rus. распространение радиоволн, n pranc. propagation des ondes hertziennes, f; propagation des ondes radioélectriques, f … Fizikos terminų žodynas

распространение (радиоволн) за счет тропосферного рассеяния — Cм. tropospheric propagation. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002] Тематики электросвязь, основные понятия EN troposcatter propagation … Справочник технического переводчика

ЗАГОРИЗОНТНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН — распространение радиоволн на расстояния, превышающие расстояние прямой видимости. Расстояние прямой видимости R ПВ определяется как расстояние между точками А и В (пункты передачи и приёма радиоволн), при к ром соединяющая их линия (линия… … Физическая энциклопедия

СВЕРХДАЛЬНЕЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН — распространениерадиоволн на расстояния, существенно превышающие протяжённость стандартныхлиний радиосвязи ( 10тыс. км). Реализуется при благоприятном пространственном распределенииэлектронной концентрации Ne н эфф. частоты соударенийv над землёй… … Физическая энциклопедия

волноводное распространение радиоволн в тропосфере — волноводное распространение радиоволн Ндп. захваченный вид тропосферного распространения радиоволн Тропосферное распространение радиоволн в пределах тропосферного радиоволновода. [ГОСТ 24375 80] Недопустимые, нерекомендуемые захваченный вид… … Справочник технического переводчика

многолучевое распространение радиоволн — многолучевое распространение Распространение радиоволн от передающей к приемной антенне по нескольким траекториям. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины распространение радиоволн Синонимы многолучевое распространение … Справочник технического переводчика

Волноводное распространение радиоволн в тропосфере — 228. Волноводное распространение радиоволн в тропосфере Волноводное распространение радиоволн Ндп. Захваченный вид тропосферного распространения радиоволн Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

дальнее тропосферное распространение радиоволн — Распространение радиоволн в тропосфере на расстояния, превышающие расстояние прямой видимости, вследствие их отражения и рассеяния, обусловленных неоднородностями коэффициента преломления воздуха. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие… … Справочник технического переводчика

Как устроена радиосвязь

В ИТ многое завязано на радиоволны и связь по воздуху: Wi-Fi, Bluetooth и сети 4G — всё это работает на радиоволнах. Но Wi-Fi раздаёт интернет на 10–20 метров, а вышка 4G — на несколько километров. Посмотрим, как это работает и от чего зависит дальность и качество связи.

Эта статья для тех, кому интересно, как физически устроена беспроводная передача данных. Здесь ничего нет про код и алгоритмы, поэтому, если нужно что-то по программированию, — почитайте наши проекты про вычисление логарифма или про слайдер с jQuery на странице.

Электромагнитное поле

Основа любой связи — радиоволны. Радиоволну можно представить как обычную волну на поверхности пруда, когда кидаешь в него камень. Разница в том, что волна распространяется не в воде, а в невидимом глазу электромагнитном поле.

Электромагнитное поле можно представить как океан, в который погружена Вселенная. Оно повсюду, мы его не замечаем, но как только мы начинаем трясти электронами, двигать магниты, светить лазерами и совершать любые другие манипуляции с энергией, эти манипуляции возбуждают электромагнитное поле. По нему начинают расходиться эти самые волны.

Всё движение в электромагнитном поле происходит с фиксированной скоростью — почти 300 тысяч километров в секунду. Мы называем ее «скоростью света», но на самом деле это скорость передачи любых взаимодействий в полях, и свет ей тоже подчиняется.

Любая волна — следствие того, что полю сообщили энергию. Условно говоря, если мы бросаем в озеро камень, мы «сообщаем» озеру кинетическую энергию этого камня. Эта энергия начинает распределяться во все стороны, толкая ближайшие молекулы воды. Эти молекулы толкают соседей, те — соседей. Так получается волна.

Похожим образом учёные представляют электромагнитное поле. Сообщил ему дополнительную энергию, и она пошла возмущать поле во всех направлениях, передавая себя со скоростью света. По дороге наша энергия встречается с другими энергиями — например, энергией стен, антенн, решёток, гор и т. д. По мере столкновения с такими препятствиями энергия угасает.

Длина и частота волны

У каждой волны есть три важные характеристики: длина волны, частота и амплитуда. От них зависит качество связи и дальность приёма сигнала:

Сейчас нас больше всего интересует длина волны — это расстояние между двумя соседними гребнями. От длины волны зависит то, на какое расстояние она может передать сигнал и как волна реагирует на препятствия — огибает их, отражается или поглощается и дальше не идёт.

Например, если волна очень длинная, она может проникать через большие земляные и водяные массы, огибать горы и в целом плевать на любые препятствия. Но зато у неё будет низкая частота, то есть данных можно передать мало. А если волна сверхкороткая, то её может задержать любое, даже незначительное препятствие. Зато короткими волнами можно передавать очень много данных очень быстро.

В зависимости от длины волны делятся на разные категории. Вот картинка, чтобы было проще понять, о чём мы будем говорить.

Как устроена радиосвязь

Сверхдлинные волны — дальняя и подводная связь

Длина одной сверхдлинной волны от 10 до 100 километров. Такая большая длина получается из-за очень низкой частоты: от 3 до 40 килогерц. Благодаря своей длине эти волны могут отражаться от ионосферы — это верхний слой атмосферы, который облучается космическими лучами. Так эти волны распространяются по всей Земле

А ещё они хорошо проникают в воду, поэтому связь с подлодками обычно происходит именно на этих частотах.

Длинные волны — телевидение и навигация

Длинные волны живут на частоте 150—500 килогерц. Их длина — от 600 метров до 2 километров. Эти волны могут огибать простые препятствия (например, горы), но проникающая способность у них небольшая, поэтому в помещении поймать ничего не получится — нужна улица и длинная антенна.

Длинные волны используют для телевещания, связи с объектами на большой площади и радионавигации. Кстати, старые большие телевизионные антенны на крышах ловили как раз длинные волны.

Средние и короткие волны — международная и местная связь

У средних и коротких волн с длиной волны от 500 до 10 метров похожая физика распространения — они хорошо отражаются от ионосферы, огибают Землю и не требуют для этого передатчиков большой мощности. Этим пользуются радиолюбители, чтобы пообщаться друг с другом с разных концов света без интернета. Частота таких волн — от 500 килогерц до 30 мегагерц.

А ещё коротковолновую связь можно иногда увидеть на машинах: если стоит длинная трёхметровая антенна, то это значит, что внутри будет коротковолновая рация для связи на частоте 27 мегагерц. Это разрешённая для использования частота, доступная без лицензии.

Как устроена радиосвязь Антенна для связи на средней частоте. Фото — Драйв2

Метровые волны — местная связь, радио и телевидение

Сюда относятся волны с частотой от 30 до 300 мегагерц и с длиной волны от 1 до 10 метров. На этих волнах работают радиостанции (FM-диапазон тоже сюда входит), принимаются телесигналы и можно установить связь на расстояние до 2000 километров. Огибать большие препятствия эти волны не могут (но могут отражаться), а всё, что меньше 10 метров в ширину или длину, они пройдут без проблем.

Сейчас на «двухметровом» диапазоне работает связь у городских служб — МЧС, скорая и других служб быстрого реагирования. А всё потому, что на этих частотах можно установить надёжную голосовую связь даже в условиях плотной застройки.

Дециметровые волны — вайфай, блютус и мобильная связь

Самый популярный диапазон в IT — от 300 мегагерц до 3 гигагерц. Сюда попадает вайфай, блютус, протоколы умного дома, охранные брелки и прочие подобные вещи, включая микроволновки. Все современные стандарты мобильной связи тоже попадают в этот диапазон, поэтому иногда связь пропадает, на первый взгляд, просто так, а на самом деле ей может мешать работающая рядом микроволновка.

Чем выше частота, тем большую плотность передачи сигнала можно в ней закодировать, поэтому операторы сотовой связи взяли себе самые высокие из доступных частот. По этой же причине вайфай использует эти же частоты — чтобы передавать данные по воздуху как можно быстрее. О том, как устроено кодирование сигнала в зависимости от частоты, мы расскажем в следующей статье.

Сантиметровые волны — 5G и связь со спутниками

Если поднять частоту ещё выше, от 3 до 50 гигагерц, то получим уже сантиметровые волны. Они легко проникают через ионосферу, поэтому на этих частотах работает спутниковая связь и управление в космосе. При этом из-за размера они слабо проникают сквозь препятствия, но могут отражаться от них, чтобы достичь нужной точки.

А ещё на этих частотах планируется развернуть скоростную часть связи 5G, чтобы получить скорость интернета 10 гигабит в секунду и скачать любой фильм за пару секунд.

Важно: все компьютерные беспроводные дела — это одно и то же радио

Блютус, вайфай, все сотовые стандарты, NFC и другие беспроводные протоколы — это всё радио. Это всё возмущения в одном и том же электромагнитном поле — только с разной частотой, скоростью и способами кодирования. Прямо сейчас, когда вы это читаете, вы сидите в центре огромного электромагнитного шторма от всех электромагнитных излучателей вокруг вас. Если вы сейчас достанете антенну и послушаете это излучение, вы услышите всё, что происходит в «эфире» электромагнитного поля. Другое дело, что вы не сможете это дешифровать, но это детали. Представьте, что мы все сидим в одном озере и пускаем волны по его поверхности. Вот в этом хаосе волн и приходится работать всем нашим роутерам и мобильникам.

И ещё пикантная деталь: все наши радиоволны, которые прошли сквозь ионосферу и улетели в космос, продолжают бесконечный полёт по электромагнитному полю со скоростью 300 тысяч км/с, лишь изредка сталкиваясь с пылью и шальными звёздами. Если где-то на другом конце галактики инопланетяне тоже изобретут радио, с большой вероятностью они поймают наши сигналы (когда эти сигналы долетят).

Что дальше

Теперь у нас достаточно знаний, чтобы разобраться в двух вещах — как всё-таки кодируются данные, которые передаются по радиосвязи, и почему связь 5G даст такой огромный прирост скорости и возможностей.

Радиоволны, обегающие вокруг земного шара.

В настоящее время радио-инженеры озабочены тем, чтобы не допускать радиоволнам «кружиться» вокруг земного шара. В недавнее еще время задачей было услышать радиосигналы с возможно более отдаленных пунктов. В настоящее же время техника передачи и приема сигналов настолько усовершенствована, что сигналы могут быть легко получены из любого пункта земной поверхности. При этом оказывается, что слышны сигналы, пришедшие не только по кратчайшему пути, но также и те, которые обогнули земной шар, пройдя гораздо более длинный путь, воспринимались, как эхо. Квек и Гелтов могли в Потсдаме воспринять сигналы из Рио-де-Жанейро, которые несколько раз обогнули земной шар и были слышны в форме многократного эхо. Каждое из последовательных эхо улавливалось ухом через одинаковые и определенные промежутки времени, составлявшие 1/7 сек. Так как радиоволны распространяются со скоростью света (300.000 км: в сек.), то в течение 1 i сек. они успевают как раз обежать один раз вокруг земли. Повторные же эхо, слышимые каждый раз также через 1/7 сек. обязаны повторным обеганиям волн вокруг земного шара.

Температура на поверхности луны.

До сих пор не имелось сколько-нибудь достоверных данных относительно температур тел на неосвещенной солнцем лунной поверхности. Американские ученые, Пти и Н и к е л ь с о н, произвели недавно при помощи термоэлемента измерения излучений с неосвещенной части лунного диска и вычислили отсюда температуру последнего. Они нашли, что температура на противолежащей солнцу стороне диска, т. е. го время лунной «полночи», оказалась равной-103° поЦельзию.

Читать:

50 60 гц какое напряжение

Попутно они нашли во время лунного затмения в Америке 15 июля 1927 г., что температура за первую половины фазы затмения изменилась с + 77° при начале затмения, до -123° при полном покрытии луны. То соображение, что температура на луне за сравнительно короткий период надвигания земной тени на луну опускается почти на такую же величину, как в течение семидневного излучения некоторой части лункой поверхности после захода солнца (на I луне) и до наступления лунной полуночи, приводит к вероятному заключению, что теплота, имеющаяся еще на поверхности ! луны во время полуночи, обязна собственному внутреннему теплу, сохранившемуся еще в недрах луны с того отдаленного времени, когда она, оторвавшись от земли, представляла раскаленный шар.

Рис. к заметке «Испытание пианистов».

Испытание пианистов. Любопытное испытание пианистов недавно было проведено одним из специальных институтов в Америке. Пианиста заставляли играть тот или другой этюд не только на рояле но одновременно одной рукой на весах, регистрирующих силу удара.

В среднем, во время исполнения этюда Рахманинова на минуту падало 540 аккордов, на один аккорд приходится от 2.5 до 3.5 фунтов. Общий итог за весь этюд превысил 9.720 фунтов, или 4 тонны.

Искусственный радий. Д-ру Маринеану, бывшей сотруднице г. Кюри, ныне ассистентке проф. Деландра в Медопской обсерватории, в Париже, после многолетних трудов удалось доказать, что под влиянием солнечных лучей многие металлы становятся радиоактивными. Не только радиоактивность урана под влиянием лучей солнца претерпевает заметные изменения, но и продажное олово, лишенное радиоактивности, приобретает радиоактивные свойства, которые сохраняются в течение целых месяцев. Пластинка олова, подвергнутая кратковременному действию солнечных лучей, влияет затем в темноте на фотографическую пластинку в течение многих часов и даже дней; особенно действительны в этом отношении полуденные лучи солнца. Па поверхности, покрытой слоем фосфоресцирующего вещества, например, сернистого цинка, оловянная пластинка оставляет блестящее мерцание, которое можно в темноте обнаружить посредством линзы; но близости от электроскопа этот заряд медленно исчезает. Что дело здесь именно в воздействии солнечных лучей, доказывается тем, что не подвергнутая действию лучей оловянная пла|стинка подобных явлений не обнаруживает. При толщине пластинки в 2 миллим, поверхность ее, не подвергшаяся облучению, не показывает радиоактивности, поверхность же освещенная лучами, становится радиоактивной.

Маринеану в течение ряда лет производила свои опыты на старой оловянной крыше Парижской обсерватории. Для опытов применялись также пластины цинковые и медные; получалась ясно выраженная радиоактивность, хотя и более слабая, чем у олова. В частности, при работах с цинком радиоактивность обнаруживала даже неосвещенная сторона металла. Напротив, у железа даже при продолжительном действии солнечных лучей, никаких следов радиоактивности найти не удалось.

Указанное действие солнечных лучей резко колеблется в своих размерах и иногда даже равно нулю. Зависят ли эти колебания от условий опыта, или же от самого солнца (солнечные пятна и т.д.), пока еще сказать трудно. Но во всяком случае утверждает Марицеану — все металлические поверхности радиоактивны, если они находились достаточно долгое время под влиянием солнечных лучей. Особенно сильно влияние солнца на олово и полоний.

Открытие Марицеану имеет исключительно важное значение и с научной, и с чисто практической стороны, поскольку оно дает возможность превращать олово и ряд других металлов в вещества радиоактивные.

Рис. к заметке «Фотографирование под водой»

Фотографирование под водой.

Американские ученые W. Н. Longley и Charls Martin в глубинах Мексиканского залива удачно поставили опыт фотографирования явлений подводной жизни.

Фотографирующий, в водолазном костюме, располагается на дне моря, как на суше, с треножником, на котором помещается фотографическая камера, заключенная в металлический футляр со стеклянным окном против линзы.

На поверхности воды плавает плот с укрепленным на нем рефлектором. На плоту этом помещается порох или магний для одной вспышки, в количестве одного фунта, и сухая электрическая батарея. Плот контролируется водолазом-фотографом. В момент, когда фотограф, при помощи имеющегося при аппарате зеркала иод острым углом, схватит наилучшее положение плавающих в воде рыб, он приводит в действие батарею, которая дает искру, поджигающую порох. Вспышка пороха освещает рефлектор, от которого лучи света проникают в глубину моря, на поле фотографических операций. Свет, получаемый таким образом на небольших глубинах моря, настолько силен, что, при действии фотографического аппарата, не требуется особо-чувствительных пластинок.

Рис. к заметке «Военная маскировка».

Военная маскировка.

При военных действиях громадное значение имеет маскировка, умение приспособиться к местности, сделаться незаметным. За последнее десятилетие военная техника далеко шагнула вперед. Защитная окраска орудий, военно-морских и воздушных судов, покровительственная форма, зимой белая, летом серая, зеленая или пестрая, не удовлетворяет военных специалистов. Современная маскировка достигла исключительных результатов. Различить орудия или пулеметы, устроенные в искусственных деревьях или искусственных, хорошо замаскированных холмах, почти невозможно. На кашей фотографии изображены маскировочные приспособления, которые были применены при последних английских маневрах: искусственные деревья, маскирующие гнезда пулеметов, помещающиеся в стволах, и сплошные дымовые завесы, охватывающие площадь в несколько кв. километров.

Рис к заметке «Сколько весит аэроплан».

Сколько весит аэроплан.

Современные аэропланы, построенные из дюралюминия, обладают исключительной легкостью. На фотографии видно, как один человек поднимает корпус большого пассажирского аэроплана, вмещающего семь человек.

Охота на китов с дирижаблей и аэропланов.

Количество китов значительно сократилось, и компании, эксплоатирующие китовые промыслы, должны прибегать к целому ряду ухищрений для того, чтобы не потерпеть крах. Последней новинкой, которой, повидимому, удастся на некоторое время искусственно поднять промысел — является авио-разведка и охота. Американские акционерные общества для охоты на китов строят теперь специальные гидропланы и небольшие дирижабли. Аэропланы и дирижабли снабжены гарпунными пушками, которые стреляют при помощи сжатого воздуха. Заметив добычу, воздушный охотник снижается и стреляет гарпуном; к концу длинной веревки, прикрепленной к гарпуну, подвязан специальный, не тонущий шар. Моторный бот, сопровождающий воздушные экспедиции, находит по плавающему шару и подбирает пойманных китов.

Рис. к заметке «Охота на китов с дирижабля»

Как узнать во время ночной стрельбы, правильно ли взят прицел? Вопрос долгое время оставался открытым. В настоящее время его удалось разрешить американцам. На последних маневрах, во время ночной стрельбы американскими войсками применялись светящиеся пули. Такая пуля или снаряд, пролетая, оставляет световой след, значительно облегчающий пристрелку. Новый способ «нащупывания» врага, по-видимому, найдет широкое применение в войне будущего.

Рис. к заметке «Водолазная маска».

Водолазная маска. Сложное снарчжение водолаза затрудняет движения, делая его неповоротливым. На нашей фотографии показана новая водалазная маска. Она закрывает только нос и рот водолаза. Такие маски получили широкое распространение во время водолазных работ на реке Гудзон, около Нью-Иорка и в восточных штатах Америки.

Тепло-электрическая тяга на Канадских ж. дорогах.

На Канадских железных дорогах на столько удались опыты по использованию тепловозов с электрической передачей энергии, что на них пущено в ход пять новых тепловозов по 300 л. сил, снабженных дизелями с соответствующим электрическим оборудованием. Многие из тепловозов, работающих в 1926 г, числят за собой пробег 160.000 километров, не нуждаясь в ремонте. В среднем, каждый тепловоз пробегал в день 375 килом., затрачивая 68 литров горючего и 3,7 литра смазочных масел на каждые 100 километров пробега, что обходилось при современных ценах около 7 копеек на километр. Вся же эксплоатация обходилась в 40 коп. на километр. Таким образом, тепловозная тяга понемногу прививается на некоторых железных дорогах. Подобные же опыты имеют место и в СССР, где еще продолжаются давно начатые опыты с тепловозом проф. Гакеля.

Предохранение хлебов от действия морозов с помощью искусственных туманов. Разработанный в Норвегии способ производства искусственных туманов для военных целей нашел себе применение в Норвегии в мирное время для защиты хлебных злаков от мороза. Пар образует оболочку, окутывающую деревья, виноградники и другие растения, предохраняя их от губительного действия мороза.

Извержение подводного вулкана.

Из Батавии (о.Ява) сообщают, что туда вернулась геологическая экспедиция, ездившая для исследования подводного вулкана. Экспедиция установила, что вулкан, ныне находящийся под водой, вновь начал действовать, выбрасывая лаву и пепел. На поверхности моря стоит столб пара в 550 футов высоты.

Вулкан этот находится у маленького острова в Зондском проливе, между Суматрой и Явой.

Рис. к заметке Светящиеся пули.

Почему радиоволны могут огибать землю