История возникновения коротковолновой радиосвязи

Содержание Введение 1. Научно-технические предпосылки зарождения радиотехники 2. Существование электромагнитного поля 2.1 Теоретическое обоснование существования электромагнитного поля 2.2 Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн 3. Зарождение радиосвязи 4. Изобретение радиоприемника и создание первой линии радиосвязи 5. История КВ радиосвязи 31 Заключение 41 Литература 42 ВведениеСуществование ионосферы играет ключевую роль при распространении радиоволн.

Радиоволны излучаются антенной 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. 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 1 . 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 30км. Волны короче 100метров 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. Рис. 1 Распространение длинных и коротких волн 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 см. Рис. 1 . 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 25-30МГц. Для более коротких волн ионосфера прозрачна.

Волны пронизывают ее насквозь и уходят в космическое пространство.

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 1 . Степень ионизации также зависит от солнечной активности, которая меняется в течение года и из года в год по семилетнему циклу.

Рис. 2 Распространение коротких и ультракоротких волн 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 см. Рис. 2 . Свойства радиоволн диапазонов ДЦВ и 800МГц 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 2 . 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. Таким образом, волны радиодиапазона обладают различными свойствами распространения, и каждый участок этого диапазона применяется там, где лучше всего могут быть использованы его преимущества 1 . Важной задачей является повышение надежности оперативной коротковолновой КВ радиосвязи в ионосферном канале.

Электронная плотность ионосферы меняется в зависимости от времени суток и времени года. Это изменение связано с изменениями ключевых параметров солнечного ветра СВ и межпланетного магнитного поля ММП , определяющих последовательность развития магнитосферно-ионосферных возмущений.

В свою очередь изменение электронной концентрации приводит к изменению границы рабочего диапазона и необходимости изменения рабочей частоты. В связи с этим, необходимо оперативное прогнозирование ионосферных параметров на интервалы от 30 мин до нескольких часов.

При решении этой задачи выясняется, что совершенствование используемых физических моделей часто не приводит к желаемому результату. Это происходит из-за того, что полная физическая картина ионосферных процессов крайне разнообразна, имеет много факторов и параметров - в этих условиях усложнение аналитической модели не приводит к улучшению прогноза. Кроме того, существенно ионосферно-магнитосферное взаимодействие, обусловленное особенностями солнечно- земных связей.

Практически это означает, что учет такого большого числа факторов становится невозможным при разработке аналитического описания физических моделей. Существует, однако, альтернативный подход для решения подобных задач - метод, основанный на использовании математического моделирования искусственного интеллекта 1,2 . Это метод искусственных нейронных сетей ИНС . Он сочетает корреляционную обработку с нелинейным преобразованием изучаемой многофакторной последовательности.

В первые десятилетия существования радио считалось, что волны короче 250 м малопригодны для практических целей. Поэтому весь КВ диапазон был предоставлен в распоряжение любителей-энтузиастов для экспериментов. Первым законодательным актом, регламентировавшим любительскую радиосвязь, был Закон о радио, принятый Конгрессом США в 1912 г. По мере совершенствования техники радиосвязи выяснилось, что при определенных условиях на КВ возможна связь на дальние расстояния даже при минимальной мощности передатчика.

В настоящее время для любительской связи на КВ выделены строго определённые диапазоны частот, которые несколько отличаются для разных стран мира 1,2 . Так, в Российской Федерации Инструкция по регистрации и эксплуатации любительских радиостанций устанавливает для любительской службы следующие диапазоны 1. 1810-2000 кГц 160 м, условно считается коротковолновым 2. 3500 - 3650 кГц 3. 3650 - 3800 кГц 4. 7000 - 7100 кГц 5. 7100 - 7200 кГц 6. 10100 - 10150 кГц 7. 14000 - 14350 кГц 8. 21000 - 21450 кГц 9. 24890 - 25140 кГц 10. 28000 - 29700 кГц Гражданский диапазон 1.

Научно-технические предпосылки зарождения радиотехники

Поповым - первого юбилея радио в России и СССР, инициатива праздновани... К. Вологдин, Л. Было обращено внимание исследователей на освещение проблемы развития р... Коваленко и А.

Существование электромагнитного поля

Существование электромагнитного поля. В 1820 г. рис. рис. 4 Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическим взаимо...

Теоретическое обоснование существования электромагнитного поля

Фарадеем электромагнитной индукции и выявление роли среды в этом явлен... Фарадея и исходя из предположения о неразрывности тока, теоретически д... Максвелл вывел уравнения, характеризующие электромагнитную волну и свя... Эти, носящие его имя, уравнения выражают также закон индукции электрич... Теория Максвелла была чрезвычайно смелым шагом в науке. Она носила нас...

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн

Только через девять лет после смерти Дж. Максвелла существование электромагнитных волн было экспериментально до... . Если длина проволоки и искровой промежуток резонатора соответствовали ... Герцем. В 1888 году Герц доложил Берлинской академии наук результаты с...

Зарождение радиосвязи

Н. Боргмана, О. Лебедева и, конечно, А. В статье не только высказывалась мысль о применении электромагнитных к... Статья не была опубликована 6,7 .

Изобретение радиоприемника и создание первой линии радиосвязи

С. Четко понимая роль достигнутого автоматизма действия прибора, А. С. Роза. Попова перед научной об щественностью России неограниченным кругом лиц...

История КВ радиосвязи

История КВ радиосвязи. Освоение техники коротких волн и использование их для радиосвязи на бо... Предложение было принято, и в короткое время была организована опытная... публикует первый метод расчета напряженности поля в диапазоне коротких... Например, за тысячи километров можно определять место атомного взрыва.

Заключение

Заключение Коротковолновая связь с помощью ионосферного канала широко используется в течение многих лет и она обладает целым рядом несомненных достоинств. Одним из основных преимуществ КВ-радиосвязи является возможность поддерживать связь на расстояниях от нуля до нескольких тысяч километров без использования промежуточной базовой аппаратуры за счет особенностей распространения радиоволн в данном диапазоне. Кроме того, к неоспоримым достоинствам КВ-радиосвязи можно отнести полную автономность на больших расстояниях и низкую стоимость оборудования по сравнению с любыми другими видами связи, обеспечивающими такую же дальность передачи.

Сегодня возможности КВ аппаратуры таковы, что для многих применений ее можно рекомендовать как реальную альтернативу спутниковым сетям связи 17, 18 . Но есть у нее и серьезные недостатки, снижающие её значимость - а именно низкая скорость и недостаточная помехоустойчивость передачи информации. Эти недостатки обусловлены физическими свойствами канала связи - анизотропией ионосферы 16,18 . Именно структура ионосферы Земли и сложность законов распространения в ней электромагнитных волн не позволяет пока найти исчерпывающие научно-технические решения, обеспечивающие достижение потенциальных возможностей в скорости и помехоустойчивости передачи информации по ионосферному каналу связи.

В связи с этим особенно важным является изучение причинно-следственной связи изменений критической частоты слоя F2 ионосферы с ключевыми солнечно-магнитосферными параметрами.

Литература

Литература 1. Брюнелли Б. Е Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М Наука , 1988 2. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. М Связь , 1965 3. М. Лауэ История физики М 1956 4. Ф.Розенберг История физики в древности и в средние века М 1934 5. Б.И.Спасский История физики М Высшая школа , 1977 6. А.А.Глушенко Место и роль радиосвязи в модернизации России 1900-1917 гг. СПб ВМИРЭ , 2005 7. П.С.Кудрявцев История физики М 1956 8. Римбет Г Гарриот О. Введение в физику ионосферы.

Л Гидрометеоиздат, 1975. 9. Мизун Ю. Г. Распространение радиоволн в высоких широтах. М Радио и связь , 1986 10. Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. М Высшая школа , 1967 11. Иванов-Холодный Г. С Никольский Г. М. Солнце и ионосфера. М Наука , 1969 12. Брюнелли Б. Е Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М Наука , 1988 13. Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. М Высшая школа , 1967 14. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. М Связь , 1965 15. Иванов-Холодный Г. С Никольский Г. М. Солнце и ионосфера.

М Наука , 1969 16. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л Наука 1978 17. Мизун Ю. Г. Полярная ионосфера. Л Наука , 1980 18. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. М Наука , 1978.