С момента появления первого радио человечество шагнуло далеко вперед. Изучение радиоволны как явления не стояло и не стоит на месте, способы донести необходимую информацию до человека на другой стороне постоянно развиваются.

В частности одно из важнейших открытий в этой области состояло в том, что было выявлено: радиоволна ведет себя по разному в зависимости от своей длины.

Из курса физики нам известно, что длина радиоволны - величина обратно пропорциональная частоте радиовещания.

В чем же разница в "поведении" у радиоволн разных диапазонов? Как правило основными различиями являются:

1. Различные скорости передачи информации. У более высоких частот скорость передачи выше, чем у более низких;

2. Различная дальность и характер распространения радиоволн различных диапазонов;

3. Различные длины антенн, необходимые для передачи радиоволн того или иного диапазонов.

Сегодня рассмотрим радиоволны сверхдлинного диапазона (СДВ).

Для радиоволн СДВ-диапазона характерны следующие особенности:

1. Крайне низкая скорость передачи информации;

2. Возможность вести передачу сразу на территорию всего земного шара;

3. Необходимость установки антенны длинной в несколько километров.

Почему информация на данных частотах передается медленно? Все дело в так называемой информационной скорости, которая, если сильно упростить, по большей части зависит от величины частоты передачи, т.е. чем меньше частота, тем ниже скорость, а мы сейчас рассматриваем самый низкочастотный диапазон.

Тут стоит сделать отступление и внести ясность: информация в подавляющем большинстве случаев не передается на определенной конкретной частоте. Передача происходит в выделенной полосе частот. Тут прямая аналогия с человеческой речью. Если провести аналогию между радиоволной и звуковой волной. Когда мы произносим звук "а", мы создаем волну определенной длины, а когда звук "и" - другой. Чем больше символов мы хотим использовать при передаче, тем больше частот мы должны использовать. В радиоволнах производится бинарная передача, т.е. передача нулей и единиц, однако для увеличения скорости мы можем передавать их комбинации, например 00, 01, 10, 11 - четыре частоты (есть конечно и другие механизмы увеличения скорости передачи: применение различных видов модуляции, кодирования, различных стандартов сигналов и прочие, но мы упростим). Т.е. увеличение занимаемой сигналом полосы частот экспоненциально увеличивает скорость передачи.

Здесь мы не будем рассматривать такие механизмы как мультиплексирование, турбокодирование и прочие страшные слова, позволяющие так же увеличить скорость передачи. Я стараюсь донести информацию до людей, совершенно несведущих в данном аспекте. Для гуру электродинамики данная информация очевидна и, возможно, даже кажется бредом, но я стараюсь приводить банальные примеры, так сказать объясняю на пальцах.

Вернёмся к делу. Конечно существуют механизмы передачи на одной конкретной частоте, например сигналы с так называемой амплитудной модуляцией. Они передаются с использованием различных мощностей. Например: большая мощность передачи - это передается "1", сигнал стал слабее - передача "0".

Но вернёмся к нашим баранам. Чтобы передать голосовое сообщение необходимо использовать полосу частот, шириной минимум 300 кГц. Наилучшее качество речи достигается при ширине 3400 кГц.

При этом СДВ диапазон занимает всего полосу от 3 до 30 кГц. Естественно, что о передачи речи в данном диапазоне не может быть и речи.

СДВ диапазон используется и использовался исключительно для служебной связи. Оно и понятно, не каждый радиолюбитель может установить у себя во дворе антенну длинной в нескольких ко километров (в горизонтали), чтобы вещать свою волю на весь мир.

В данный момент СДВ диапазон используется военными РФ и США для осуществления связи с подводными лодками. СДВ диапазон - единственный диапазон волн, способный проникать под толщу воды и делает это на глубину до 20 м. США используют для этих целей самолеты E-6 Mercury, которые, находясь в воздухе, разворачивают из своей хвостовой части антенну СДВ-диапазона (самолет оборудован двумя антеннами - основная длинной почти 8 км и запасная - чуть более 1 км.

Самолет Boeing E-6 Mercury. На нижнем фото виден красный наконечник основной антенны самолета E-6B, который позволяет антенне "вытянуться" и находиться в положении, близкому к горизонтальному, когда самолет находится в воздухе.

Передача одного буквенного символа может занимать несколько минут, поэтому сеанс связи с лодкой может длиться несколько часов и производится только в одну сторону. Подлодки ничего не отвечают, потому что не обладают передающими антеннами, плюсом может так же выступать сокрытие собственного местоположения. А, поскольку, данная система используется для связи только со стратегическими ядерными силами - оно и понятно, насколько важно сокрыть местоположение своих ядерных ракет в море.

До появления спутников - СДВ диапазон использовали ВС США для создания системы глобальной навигации "Омега". Американцы установили 8 станций-передатчиков по всему миру, приемник, установленный на борту самолета или корабля принимал сигналы от них, определял направление на источник каждого из них и таким образом определял собственное местоположение. Погрешность составляла всего 4 мили, что является достаточно неплохим показателем для волн данной длины.

Радиоволна СДВ диапазона способна обогнуть весь земной шар столько раз, насколько хватит ее мощности. Ввиду этого необходимо принимать меры для защиты от интерференции, которая возникает, когда радиоволна как бы "догоняет" новоформируемую и на приемник поступает и "новая" и "старая" волна одновременно.

Но как же волна огибает земную поверхность? Для понимания нам необходимо будет ввести два понятия. Земная волна - волна распространяемая вдоль земной поверхности. Ионосферная волна - волна, которая распространяется путем многократного отражения от земной поверхности и ионосферы.

Для волн СДВ диапазона характерно наличие обоих видов волн.

Когда мы рассматриваем земную волну СДВ, то говорим о явлении дифракции, т.е. способностью волны огибать препятствия на своем пути. А, поскольку препятствием в данном случае является само искривление земной поверхности, то мы и получаем, что волна как бы огибает землю, следуя за земной корой до тех пор, пока энергетика ее не иссякнет.

Когда же мы говорим об ионосферных волнах, то надо представить луч света, попадающий меж двух зеркал. Так и волна СДВ диапазона в данном случае - сначала отражается от ионосферы, затем двигается по направлению к поверхности земли, отражается уже от нее, вновь движется вверх, вновь отражается от ионосферы и т.д.

Нетрудно понять, что волна, распространяющаяся земной волной прибудет до получателя быстрее, чем волна, распространяющаяся ионосферной. Таким образом если мы будем получателем, то мы сначала примем земную волну, затем некоторое время мы будем принимать своеобразное "эхо" от ионосфорной волны, затем "эхо" земной волны, которая уже обогнула Землю и вновь пришла к нам, а потом еще и "эхо" ионосферной волны, также обогнувшей Землю. И не факт, что это произойдет один, а не два или три а то и больше раз. Для решения данной проблемы и ликвидации "эха" применяется уже специальное оборудование, но о нем мы говорить не будем.

Уже было много сказано про жесткие требования к длине передающей антенны, но как обстоят дела с принимающей? Там все намного более щадяще: при наличии хороших усилителей, габариты антенны могут не превышать пары десятков сантиметров, что позволяет устанавливать принимающую СДВ аппаратуру на различные транспортные средства в т.ч. - самолеты.

На этом у меня всё - гуру электродинамики могут восполнить эту информацию или указать на неточности в комментариях, но, как я уже говорил - я старался для людей, максимально далеких от радио в целом.

Хороших вам выходных и изучайте окружающий вас мир, ему есть чем вас удивить.

Электродинамика с нуля: что она описывает и изучает. Откуда берётся электричество? Как и кто его изучал? Как работают магниты? Есть ли противоречия в электродинамике? Чем электрическое поле отличается от магнитного? Что такое свет? Какие есть законы электродинамики?

Об этом — в мини-лекции по физике Кирилла Половникова, физика, кандидата физико-математических наук, стипендиата фонда «Династия».