Радиосвязь

Возможность передачи электромагнитных волн открыл Герц (1887 год), наблюдая искру в промежутке знаменитого вибратора. Попов первым догадался заложить полезную информацию, упомянув знаменитого немецкого учёного первым земным посланием. Германия поныне уверена: изобретатель радиосвязи рождён страной Гёте.

Термины

Радиосвязь – вид электросвязи, использующий принцип передачи информации, минуя эфир, посредством электромагнитных волн частотой ниже 3000 ГГц.

Радиовещание – однонаправленная радиосвязь.

Рация (радиостанция) – приёмопередающее устройство радиосвязи.

Поляризация – термин, описывающий поведение вектора электрического поля волны. Различают линейную (занимает одну плоскость), круговую (вращается), эллиптическую (вращается, изменяя периодически амплитуду).

Английский термин прямо затрагивает двунаправленность процесса передачи информации – two-way radio. Ручные рации отделены ныне (2001 год) собственным названием – walkie-talkie. Ранее 40-х годов термины рация, радиостанция употреблялись синонимично. Современный обиход внёс коррективы. Полноценное общение подразумевает использование участниками индивидуального приёмника, передатчика.

История

Вещание шло параллельно развитию связи. Технические средства масс-медиа вполне позволяют общаться, однако передатчики лишены способности принимать информацию. Двустороннее общение предполагает наличие, использование абонентами раций – приёмопередающих устройств.

Спасите наши души

Попов использовал телеграф. Ценящим достоинства музыки требовалось инновационное открытие путей модернизации примитивного сооружения. Надежду подал Флеминг (1904 год), внедривший выпрямитель электрического тока, послуживший основой создания кристаллического выпрямителя «кошачьего уса». Коммерческий телеграф начал бороздить Атлантику в 1907 году.

Это интересно! Тонувший Титаник активно опрашивал окружающие корабли, умело применяя азбуку Морзе. Талант радистов настолько развеселил компанию часом ранее, что матросская братия сочла позывные SOS очередной удачной шуткой.

Полученный урок позволил усовершенствовать методы передачи информации. Начиная 1912 годом, военные, гражданские корабли непременно оборудовали средствами дальней беспроводной связи-телеграфами. Первая мировая война явилась временем создания спасательно-охранной службы SOLAS-14. Эксперты разработали ряд основополагающих норм:

1. Внедрение вахты на частоте 500 кГц (СВ).
2. Судно снабжается двумя радиоустановками: главная, аварийная.
3. Дальность передачи сигнала бедствия главного блока — минимум 100 (морских) миль.
4. Аварийное оборудование функционирует 6 часов автономно, предельное расстояние слышимости – 60..80 морских миль.

Война помешала планам моряков. Напряжённая обстановка заставляла мировое сообщество медлить. Вахту стал нести уже SOLAS-29. Система охватывала суда вместимостью свыше 1600 регистровых тонн. Послевоенный SOLAS-48 пополнил реестр требованием, касающимся маломерных кораблей (300..1600 тонн). «Малюткам» выделили частоту 2,182 МГц КВ-диапазона.

Спасательная служба продолжала развиваться. SOLAS-74 обязал поголовно суда нести вахту, прослушивая частоты 2,182; 156,8 МГц. Выбранные каналы покрывали максимум 100-150 миль. Конференция 1988 года отметила ряд инновационных технологий, способных исправить ситуацию:

• Спутниковые каналы передачи информации.
• Буквопечатающая радиосвязь УБПЧ.
• Цифровой избирательный вызов.

Вкупе технологии повышали предельную дистанцию посыла сигнала бедствия (система INMARSAT, включающая 4 геостационарных спутника, обслуживаемых наземными береговыми станциями), устраняли необходимость в дежурном. Современные SOS принимают специально предназначенные оказывать помощь центры. Берег затем оповещает окрестные плавучие суда. Тонущий корабль волен выбросить аварийный буй. Частота бедствия 1,6 ГГц улавливается спутником, стартует спасательная кампания.

Развитие вещания

Осуществлению чаяний меломанов, призирающих точку-тире, поспособствовал Роберт фон Либен, выпустивший первый газовый триод. Параллельно подсуетился Ли де Форест, американский изобретатель, запатентовавший Аудион. Конструкцию, повторяющую первый триод. Однако название выбрано поудачнее. Оба мало смыслили, подарив последователям право изобрести усилитель (1912 год).

Газовый триод

• Отдельные исследователи склонны считать первой попыткой радиовещания опыт Реджинальда Фессендена рождественским вечером 1906 года.
• Франк Конрад (Электрическая компания Вестингауза, давшая занятие Николе Тесла) в 1916 году стал использовать собственный гараж, передавая информацию, прикрываясь позывными 8XK. Задумка переродилась 2 ноября 1920 года, став коротковолновой станцией KDKA. Сегодня каждый радиолюбитель имеет собственные позывные, позволяя организовать радионаправление собеседникам.
• Калифорниец Чарльз Херрольд (1909 год) начал вещание, передав звук. 1919 год 6 ноября подарил Нидерландам первую коммерческую станцию.

Первая радиостанция

Начиная 1920-м, трели певчих заполнили мир. Первый однокорпусной приёмопередатчик-радиостанцию изобрёл австралиец, старший констебль Фредерик Вильям Дауни (1923 год, Виктория). Полиция – исторический родитель технологии. Громоздкие ящики заняли задние сиденья используемых Ланчий патрульных. Эстафету переняли военные лётчики: разведчик стал сообщать обстановку, пропуская этапы возврата, сбрасывания бумажного послания войскам союзников.

Мобильные рации

Мобильный приёмопередатчик изобрёл Дональд Хингс, снабдивший устройствами сотрудников компании CM&S (1937). Система напоминала солидный рюкзак. Вторая мировая война дала мощный толчок развитию технологии. Переносные радиостанции стали незаменимым другом ополчившихся сторон.

Секретные разработки R&D стартовали в 1940 году. Модель Хингса С-58 Handy-Talkie поступила военным (1942 год). Шестьдесят лет спустя изобретатель получил награду правительства. Историки отмечают заслуги разработчика партизанских систем Джоан-Элеонора (1938-1941 г.г.).

Параллельно работала американская компания Моторола. Первая переносная рация SCR-300 вышла в 1940 году. Появление компактных моделей сопутствовало становлению группы Битлз. Полупроводниковая элементная база помогла миниатюризации устройств.

Разновидности

Критериями деления могут являться:

1. Частота (ДВ, СВ, КВ, УКВ, СВЧ…).
2. Модуляция (амплитудная, фазовая, частотная, ШИМ, ВИМ…).
3. Тип сигнала (цифровой, аналоговый, дискретный…).
4. Поляризация (круговая, линейная, эллиптическая…).
5. Уровень подготовки абонентов (профессиональная, любительская…).
6. Назначение (рабочая, служебная, домашняя, технологическая, тестировочная…).
7. Местоположение абонентов, узлов (космическая, наземная…).
8. Степень подвижности приёмопередающих устройств (мобильная, стационарная, транспортная…).
9. Факт участия человека (автоматическая, автоматизированная, живая…).

Принцип действия

Перенос информации неизвестной субстанцией неимоверно сложно объяснить. Учёные, пытаясь сохранить лицо, отписываются трёхэтажными формулами, употребляя замысловатые термины. Корпускулярно-волновой дуализм продолжает настойчиво демонстрировать неполноценность современных научных взглядов.

Важный момент! Изначально технология изобретена радистами, выступала альтернативой проводной связи. Параллельно бурно развивается развлекательная отрасль – вещание.

Радиоволна

Схема возникновения электромагнитной волны доподлинно неизвестна. Экспериментально установлена структура, поясняемая иллюстрацией:

1. Вектор напряжённости электрического поля лежит в одной плоскости. Амплитуда изменяется, следуя синусоиде.
2. Вектор напряжённости магнитный занимает перпендикулярную плоскость. Форма аналогичная.
3. Волна распространяется вдоль траверсы, сохраняя параметры.

Направление вектора устанавливали путём действия на электрические заряды. Частотный диапазон определён экспертами:

1. Нижняя граница – 0,03 Гц (10 млн. км).
2. Верхняя граница – 3 ТГц (0,1 мм).

Мера поглощения энергии средой определена частотой. Любительской связи отдали наихудшие варианты, максимально плохо преодолевающие эфир.

Излучение-приём

Практиков мало интересует действительное положение вещей. Важно одно: волна переносит:

• Энергию.
• Момент.
• Угловой момент.

Природа неизвестна — вещь работает. Первопроходец Герц шёл следующим эмпирическим путём:

1. Получил электрические колебания LC-контура. Частоту заранее оценил, пользуясь уравнениями Максвелла.
2. Начал разворачивать витки индуктивности, сформировав два прямолинейных плеча вибратора.
3. Меж обкладками конденсатора расположенного поблизости аналогичного контура наблюдал искру.

Постепенно зародилась идея (Попов) передавать информацию беспроводным методом. Первые радиостанции сильно напоминали телеграф.

Поляризация

Герц быстро заметил: лучшую пару составляют приёмный и передающий вибраторы, расположенные параллельно. Понятие поляризации родилось много позже. Однако Попов знал результат эксперимента, использовав одинаковую ориентацию антенн. Избранное положение позволяло вести приём с любого азимута – необходимый критерий стабильности функционирования системы подвижных объектов (морских судов).

Вибратор Герца обладал линейной поляризацией. Параметр приёмной и передающей сторон обязан быть идентичен. Помимо линейной различают:

1. Круговую.
2. Эллиптическую.

Антенна

Нужную поляризацию обеспечивает конструкция антенны, организуя электромагнитную совместимость системы приёмник-передатчик. Попов использовал штырь-вибратор Герца. Получил линейную поляризацию. Спутниковые тарелки обеспечивают различные характеристики. Запад преимущественно рад линейной поляризации, некоторые каналы Российской Федерации – задают круговую. Дань наследию тяжёлого прошлого: спутники-шпионы, постоянно движущиеся, обеспечивают наилучшие показатели, задействовав принципы круговой поляризации.

Модуляция

Радио Попова использовало передачу амплитудно-модулированного двоичного сигнала «точка-тире». Основными типами назовём:

1. Амплитудная модуляция кодирует информацию изменением уровня сигнала несущей частоты. Приёмной стороне подойдёт кристаллический детектор, описанный выше, исторически явившийся первой ласточкой. Технология активно стала использоваться гражданскими диапазонами КВ. Сравнительно длинная волна легко огибает земную поверхность, покрывая тысячи миль.
2. Частотная модуляция изменяет частоту несущей предопределённым образом. Изобретена Эдвином Армстронгом (1933 год). Технология улучшает качество звучания, составляя базис развлекательных радиостанций. Факт использования УКВ-диапазона объясняет теорема Котельникова.

Дальняя связь капризна, лепту вносят солнечная активность, погодные условия. Частотная модуляция замечательно противостоит разрядам молнии. Факт доказан компанией Дженерал Электрик (1940 год).

Радио Попова

Выбор частот

Страны определили вещанию, связи полосы. Широким массам отданы диапазоны, демонстрирующие максимальные недостатки: значительное затухание, поглощение парами воды. Преимущества достались армии, спасателям, полиции.

1. Типичный диапазон УКВ (FM) вещания – 87,5..108 МГц.
2. СССР занимал вдобавок полосу 65,8..74 МГц.
3. Япония доныне довольствуется отрезком 76..95 МГц.

Обычно частоты даются с шагом 100 кГц. Южная Корея, США, Филиппины, Карибы задействуют лишь нечётные множители каналов. Европа, Греция, Африка поступают наоборот. И только Италия уменьшила шаг вдвое (50 кГц). Частоты каналов фазовой модуляции ниже УКВ сегодня устарели.

Любительские

Радиолюбителям страны выделяют ограниченные диапазоны:

• Длинные волны – 135,7..137,8 кГц.
• Средние волны – 472..479 кГц. Международная практика ограничивает излучение мощностью 1 Вт. Россия запрещает.
• Короткие волны предполагают использование передатчика мощностью максимум 1 кВт. Диапазоны: 1,8; 3,5; 7; 10; 14; 18; 21; 25; 28 МГц.
• УКВ (FM). 50; 70; 220 МГц запрещены российским законодательством. Разрешенные: 144..146; 430..440; 1260..1300 МГц; 2,4; 5,65; 10; 24; 47; 75,5; 122,25; 134; 241 ГГц.

Радиолюбитель обязан сдать экзамен государственной комиссии, получив позывной.

Гражданские

Частоты доступны гражданам, включая лишённых личных позывных (см. выше). История развития вопроса красноречиво иллюстрируется примером США, осваивающего грабли. Послевоенный бум заставил правительство пересмотреть ряд вопросов. Радиолюбителям вырезали скромный надел 460-470 МГц, одновременно ограничили мощность передатчиков (класс А – 60 Вт, класс В – 5 Вт), немедля вызвав критику профессионалов:

• Дороговизна оборудования.
• Невозможность связи горожан. Короткие волны гасятся любыми препятствиями.

27 МГц

Был найден компромисс – средняя область КВ-диапазона, задействованная медициной, промышленностью. США стали регистрировать радиолюбителей, аппаратура постепенно дешевела. Отчётность бесстрастно показала резкий рост желающих общаться средствами эфира: 500.000 официальных пользователей (январь 1977 года). СССР разрешили обывателям засорять 27 МГц 30 декабря 1988 года. Шизофреники скажут: вот, развалили Союз радиолюбители. Параноики добавят музыкантов, алкоголиков, тунеядцев, интеллигенцию, отдельных студентов…

Советские органы выделили передатчикам мощностью 0,5 Вт 10 полузасекреченных каналов, шагом 12,5 кГц. Промышленность выпустила радиостанции Урал-Фермер. Результат виден невооружённым глазом. Фермеры отказались наводнять Урал сельскохозяйственной продукцией. Радиостанции мощностью ниже 10 Вт не подлежат государственной регистрации. Соглашения постоянно меняются, уточняйте сведения, получая свежие цифры.

Сегодня диапазон 27 МГц международный, предъявляет единственное ограничение: мощность передатчика ниже 10 Вт. Широко используют дальнобойщики. Весомые преимущества коротких волн позволяют им огибать препятствия. Мировая практика предусматривает ряд соглашений, исполняемых производителями:

• Первый канал – 26,965 МГц.
• Шаг – 10 кГц.
• Присвоены номера каналов – 1..40.
• С9EF – 27,065 МГц – служба спасения. Использование местами прекращено, любителям общаться запрещено по-прежнему. С9Е (см. ниже) эксплуатировать разрешается. 21 декабря 2012 года канал начала отслеживать Гражданская Аварийная Связь. Часть территории РФ охвачено проектом бесплатного оказания экстренной помощи.

• Дальнобойщики зачастую наводняют C15EA, С15EF (27,135 МГц).
• 27,140 МГц традиционно занималась игрушечными станциями, управляемой детской техникой.
• С19EF, C19EA (27,185) отвели целям передачи сводок (погода, наличие пробок). Использование мешает работе частоты 27,19 МГц.
• 27,19 МГц общепринятый способ организации дальней связи волнами однополосной модуляции.
• Российский 20-й канал (частотная модуляция) был выделен обладателям усилителей. Мощность передатчиков достигает сотен Вт, помогая преодолеть волне гигантские расстояния.
• 27-й российский канал аналог предыдущего. Используют амплитудную модуляцию.

Загруженность эфира заставила искать способы впихнуть больше информации. Изобрели нулевой канал 26,96 МГц, сообразно ввели еще 40 каналов (шаг 10 кГц). Радиолюбители быстро разрубили путы, выдумав незамысловатую систему обозначений, учитывающую ералаш:

• С (можно опустить) означает набор 40 каналов.
• Номер (1..40).
• Тип сетки – первая буква кодового слова. Исходная «Еurope», либо добавленная «Poland». Вторая иногда именуется «Russia».
• Последние буковки указывают тип модуляции. Любители применяют частотную, амплитудную.

Особенности международных отношений вызывают периодически путаницу. Зарубежные производители неправильно заводят российскую сетку, изготавливая аппаратуру. Любители решают проблему, выбирая «Польшу».

ДМВ: 433,075..434,775 МГц

Максимальная выходная мощность нерегистрируемого передатчика ограничена цифрой 0,01 Вт. Более мощную аппаратуру настраивают. Международным сообществом частоты/устройства называются LPD433 (маломощная аппаратура 433 МГц). Используются:

1. Промышленностью.
2. Медициной.
3. Научными организациями.
4. Бытовые устройства: пульты управления, радиосигнализация, любительские радиостанции, не требующие регистрации.

Запрещается применять внешние, тем более направленные антенны. Диапазон 433,075..434,775 МГц вместил 69 каналов, шаг 25 кГц. Некоторые станции 8-канальные.

1. 433,075 (1).
2. 433,1 (2).
3. 433,2 (6).
4. 433,3 (10).
5. 433,35 (12).
6. 433,475 (17).
7. 433,625 (23).
8. 433,8 (30).

Существуют ограничения:

• Соответствие аппаратуры общепринятым характеристикам.
• Применение за пределами 350 км от центра Москвы.
• Запрещено использовать область 406..406,1 МГц.
• Получение разрешения Федерального агентства связи.
• Регистрация средств: стационарных – 60 Вт, мобильных – 20 Вт, ручных – 5 Вт.

Зарубежная практика пестрит необычными правилами:

• Любители США проходят регистрацию согласно лицензии FCC.
• Великобритания раздаёт лицензии диапазона 432..440 МГц заядлым радистам, допуская мощности 400 Вт. Каналы 1..14 считают выходными, 62..69 – входными.

ДМВ: 446, 00625..446,09375 МГц

Систему часто называют PMR446 (аналог FRS США), максимальная мощность передатчика – 0,5 Вт. Общепринятый вызывной, аварийный канал – 8; автомобильный (эквивалент 15 канала 27 МГц) – 2. Столь неровные цифры призваны уберечь от помех соседние диапазоны. Номера каналов-частоты:

Настройка частоты

1. 446,00625.
2. 446,01875.
3. 446,03125.
4. 446,04375.
5. 446,05625.
6. 446,06875.
7. 446,08125.
8. 446,09375.

Белорусы используют 16 каналов, прибавляя 8 сверху. Россия разрешила LPD в ноябре 2005 года. Европой зарегистрирован своеобразный рекорд: связь Великобритания-Нидерланды дальностью 535,8 км. Типовые значение существенно ниже.

Принципы построения каналов

Проектировщик решает последовательно круг задач:

1. Выбор частотного диапазона.
2. Обоснование метода модуляции.
3. Обеспечение электромагнитной совместимости путём указания соответствующих конструкций антенн.
4. Расчёт мощности, дальности.
5. Решение вопроса о необходимости применение кодирования информации, включая избыточность пакетов.
6. Определение конструкции устройств, возможности покупки готовых узлов системы.
7. Указание способов монтажа, транспортировки, хранения, использования.
8. Гарантийные условия.

Инженер обязан уметь найти необходимые сведения, преследуя специфические цели заказчика. Знать наизусть громадный объем не позволяют современные технологии обучения, переподготовки персонала. Перечень литературы зачастую пестрит иностранными изданиями. Важный пункт – знание английского языка, умение пользоваться мировой паутиной.

Процесс обмена информацией

Преимущества изобретения Попова доступны сторонам, выполнившим ряд условий:

• Единая частота.
• Одинаковая поляризация.
• Верный выбор пространственного направления.

Наличие единственной частоты обусловливает возможность однонаправленной передачи. Поэтому организации применяют наборы позывных, условных сигналов – регламент. Известные «первый, первый, я второй, приём». Условные знаки помогают абоненту захватить канал. Новое сообщение начинается словами, предусмотренными протоколом: «второй, второй, я первый, …текст сообщения… Приём!». Захвативший общение возвращает палку эстафеты инициировавшему общение.

Полнодуплескная схема

Принцип универсален. Корабли, самолёты, солдаты, полиция снабжены позывными. Организации сажают централизованных операторов, заправляющих общением. Радиолюбители равноправны.

Описанную схему называют полудуплексной. Означает наличие возможности взаимного общения, но поочерёдно. Полнодуплескная схема подразумевает использование двух частот, практически встречается редко.