Радио — диапазоны

Электромагнитные волны разной частоты имеют разные свойства. Мы не будем сейчас рассматривать отличия гамма-излучения от радиоволн, нас интересуют исключительно последние.

А они, кроме разных свойств, зависящих от длины волны, еще и распространяются не в вакууме и это накладывает еще ограничений…

Радиоволна распространяется через атмосферу над поверхностью Земли. Рассмотрим сначала первую часть.

Итак, распространение в атмосфере.
Атмосфера имеет разную плотность по высоте и что хуже — разную электрическую проводимость. При этом проводимость зависит от времени суток. Объясняется это ионизацией воздуха солнечными лучами. Чем выше над землей — тем выше ионизация, при этом верхние слои атмосферы ионизованы всегда. Эти слои называются слоем Хевисайда. Ночью он расположен на высоте в районе 200 км, а днем атмосфера ионизируется сильнее и слой Хевисайда «опускается» до 50 км.

Ионизированная атмосфера радиоволны поглощает и отклоняет.
Если первое вредно, то второе — полезно (если, конечно, попаданец не затеет строить станцию космической связи, тогда приходится переходить на очень короткую длину волны).

Поглощение радиоволн зависит от частоты. Длинные волны поглощаются ионизацией атмосферы очень активно, поэтому длинноволновые передатчики должны иметь недетскую мощность. И естественно, ночью дальность передачи всегда больше. Также ионизация атмосферы разная в разные времена года. Зимой дальность связи больше.
Короткие волны в этом отношении много лучше — они проходят почти без потерь. Но «почти» — это не «совсем». На короткие волны влияние оказывает влажность атмосферы, в тумане мощность КВ-станции заметно гасится.
При этом УКВ отлично работают не только в туман, но и при грозе, атмосферные помехи фактически полностью отсутствуют.

Но тут вступает другой фактор — отклонение.
Радиоволны отражаютя от слоя Хевисайда и это очень удобная штука.
Вообще, для длинных и средних волн отклонение не суть важно — из-за дифракции они огибают земную поверхность. Это явление было обнаружено одним из первых и поэтому государством были застолблены именно длинные и средние волны. Считалось, что короткие волны никуда не годные, потому что могут использоваться только в пределах прямой видимости.

Оказалось что все не так — короткие волны отлично отражаются от слоя Хевисайда, при этом не поглощаясь. Бывали случаи, когда устанавливали телеграфную связь через Атлантический океан приемниками мощностью в 2 — 3 Вт. Конечно, это случалось не каждый день. Точнее, не каждую ночь, потому что днем на это надеяться было нельзя.

Особенно весело на рассвете и на закате, когда меняются свойства атмосферы и связь нарушается.

Но и с отражениями коротких волн тоже не все так просто.

Во-первых, обнаружилась «мертвая зона», которая расположена за пределами прямой видимости. То есть на близком расстоянии короткие волны отлично работают, чуть потом — не работают вообще, а потом начинают работать опять. Именно это явление не позволило сразу обнаружить переотражение коротких волн слоем Хевисайда.

Но и за пределами мертвой зоны тоже все сложно.
Другие неприятные явления у коротких волн — когда отличная слышимость начинает слабеть вплоть до нуля и требуется сменить волну, тогда слышимость опять восстанавливается. В течении суток такое может происходить до 5-8 раз. Поэтому КВ на длительное расстояние — то еще развлечение. Приходится подбирать волну для времени суток и времени года. Можете полюбоваться на табличку, где собраны примерные расстояния, на которых можно вести КВ-связь в зависимости от условий:

Из таблички видно, что на длина волны 75 метров летним днем мы сможем связаться на 300 км, а зимней ночью — на 3000 км.
Прочерки же внизу таблички означают, что волна пробила слой Хевисайда и ушла в космос, то есть принять ее на другой станции у нас не получится. Кстати, то же самое происходит с УКВ диапазоном, он вылетает в космос без переотражения.

А чего стоит эффект «замирания», когда одна волна проходит разными путями, сама с собой интерферирует и гасится! Доходило до того, что устанавливали два приемника на расстоянии четверти длины волны друг от друга, располагая их на направлении связи обеих станций и электрически соединяя между собой. «Электрически» — это когда один наушник подключали к обоим станциям одновременно и когда на одной станции сигнал замирал, то вторая выдавала полную мощность. Но на длине волны 75 м «четверть волны» — это около 20 метров, интересно бы посмотреть на эти провода для наушников…

При таком раскладе всякие мелочи типа эхо-эффекта, «дальнего эха» или «электромагнитной тени» даже упоминать как-то стыдно.
И это мы еще не рассмотрели вторую часть — то есть вопросы поглощения и отражения волн земной поверхностью.
Надеюсь, вас уже не удивляет, что опять из-за разной частоты волны поглощаются по-разному?

В общем случае поглощение радиоволны зависит от проводимости почвы, диэлектрических ее свойств и влажности. И, конечно, длины волны. Длинные волны поглощаются почвой меньше, чем короткие. При этом лучше всего поглощают сигнал горные породы и песок. А вот морская вода — проводник и для всех длин волн дает наименьшие потери. Как результат — радио на морских судах появилось одним из первых.

Но и это еще не все.
Когда начали переходить с телеграфной связи на голосовую связь, то выяснилось, что для нее требуется определенная полоса пропускания. А так как частоты длинных волн ниже, то на весь диапазон ДВ можно уложить порядка 13 вещательных станций, а на УКВ — тысячи. Эта самая мелочь и предопределила использование диапазонов волн. Сейчас длинные волны почти не используют — и виноваты в этом не большая мощность, требуемая для передатчика, а именно эта «узость» диапазона. И именно поэтому сейчас так любят УКВ, хотя тут любовь еще и подогревается малыми мощностями передатчиков.

После всего вышесказанного становится понятно, что радиосвязь — это все же ближе к искусству.
Свести в одну таблицу этот весь «зоопарк» не получится, а еще зависимость от времени суток и метеоусловий…

Эти все сведения могут оказаться элементарными для сегодняшнего человека. Но для того, чтобы их накопить и с ними разобраться, потребовалось не одно десятилетие.