In Physik-Lehrbüchern werden zum Thema Reichweite von Funkwellen abstruse Formeln angegeben, die teilweise auch von Personen mit besonderer Ausbildung und Berufserfahrung nicht vollständig verstanden werden. In dem Artikel werden wir versuchen, die Essenz zu verstehen, ohne auf Schwierigkeiten zurückzugreifen. Die erste Person, die Radiowellen entdeckte, war Nikola Tesla. Zu seiner Zeit, als es noch keine Hightech-Ausrüstung gab, verstand Tesla nicht ganz, um was für ein Phänomen es sich handelte, das er später Äther nannte. Ein Wechselstromleiter ist der Anfang einer Funkwelle.
Funkwellenquellen
Natürliche Quellen von Radiowellen sind astronomische Objekte und Blitze. Ein künstlicher Sender von Funkwellen ist ein elektrischer Leiter, in dem sich ein elektrischer Wechselstrom bewegt. Die Schwingungsenergie des Hochfrequenzgenerators wird über eine Funkantenne in den umgebenden Raum verteilt. Die erste funktionierende Quelle von Radiowellen warPopovs Funksender-Empfänger. Die Funktion eines Hochfrequenzgenerators übernimmt bei diesem Gerät ein mit einer Antenne verbundener Hochspannungsspeicher – ein Hertz-Vibrator. Künstlich erzeugte Funkwellen werden für stationäre und mobile Radar-, Rundfunk-, Funkkommunikation, Kommunikationssatelliten, Navigations- und Computersysteme verwendet.
Radiowellenband
Die in der Funkkommunikation verwendeten Wellen liegen im Frequenzbereich von 30 kHz - 3000 GHz. Basierend auf der Wellenlänge und Frequenz der Welle, den Ausbreitungsmerkmalen, wird der Funkwellenbereich in 10 Unterbänder unterteilt:
- SDV - extra lang.
- LW - lang.
- NE - Durchschnitt.
- SW - kurz.
- UKW - ultrakurz.
- MV - Meter.
- UHF - Dezimeter.
- SMV - Zentimeter.
- MMV - mm.
- SMMW - Submillimeter
Funkfrequenzbereich
Das Spektrum der Funkwellen ist bedingt in Abschnitte unterteilt. Je nach Frequenz und Länge der Funkwelle werden sie in 12 Teilbänder eingeteilt. Der Frequenzbereich von Funkwellen hängt von der Frequenz des Wechselstromsignals ab. Die Frequenzbereiche von Funkwellen in den internationalen Funkvorschriften werden durch 12 Namen repräsentiert:
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Funkwellen Ausbreitung von Funkwellen ELF - extrem niedrig.
- VLF - extrem niedrig.
- INCH - Infra-Low.
- VLF - sehr niedrig.
- LF - niedrige Frequenzen.
- mittlere - mittlere Frequenzen.
- HF− hohe Frequenzen.
- VHF - sehr hoch.
- UHF - ultrahoch.
- Mikrowelle - ultrahoch.
- EHF - extrem hoch.
- HHF - hyperhoch.
Mit zunehmender Frequenz der Funkwelle nimmt ihre Länge ab, mit abnehmender Frequenz der Funkwelle nimmt sie zu. Die Ausbreitung in Abhängigkeit von ihrer Länge ist die wichtigste Eigenschaft einer Funkwelle.
Die Ausbreitung von Funkwellen 300 MHz - 300 GHz wird aufgrund ihrer relativ hohen Frequenz als Ultrahochwellen bezeichnet. Auch die Teilbänder sind sehr umfangreich, so dass sie wiederum in Intervalle unterteilt werden, die bestimmte Bereiche für Fernsehen und Hörfunk, für See- und Weltraumkommunikation, Land- und Luftfahrt, für Radar- und Funknavigation, für medizinische Datenübertragung und so weiter umfassen an. Trotz der Tatsache, dass der gesamte Bereich der Funkwellen in Regionen unterteilt ist, sind die angegebenen Grenzen zwischen ihnen bedingt. Die Abschnitte folgen kontinuierlich aufeinander, gehen ineinander über und überschneiden sich teilweise.
Merkmale der Funkwellenausbreitung
Die Ausbreitung von Radiowellen ist die Übertragung von Energie durch ein elektromagnetisches Wechselfeld von einem Teil des Weltraums zu einem anderen. Im Vakuum breitet sich eine Radiowelle mit Lichtgeschwindigkeit aus. Funkwellen können sich nur schwer ausbreiten, wenn sie der Umgebung ausgesetzt sind. Dies äußert sich in einer Signalverzerrung, einer Änderung der Ausbreitungsrichtung und einer Verlangsamung der Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten.
Jeder der Wellentypenauf unterschiedliche Weise angewendet. Lange sind besser in der Lage, Hindernisse zu umgehen. Das bedeutet, dass sich die Reichweite von Funkwellen entlang der Ebene von Land und Wasser ausbreiten kann. Die Verwendung von langen Wellen ist in U-Booten und Wasserfahrzeugen weit verbreitet, was es Ihnen ermöglicht, an jedem Ort auf See in Kontakt zu bleiben. Die Empfänger aller Baken und Rettungsstationen sind auf eine Wellenlänge von sechshundert Metern mit einer Frequenz von fünfhundert Kilohertz abgestimmt.
Die Ausbreitung von Funkwellen in verschiedenen Bereichen hängt von ihrer Frequenz ab. Je kürzer die Länge und je höher die Frequenz, desto gerader ist der Weg der Welle. Je niedriger seine Frequenz und je größer die Länge, desto besser kann er sich um Hindernisse herumbiegen. Jeder Bereich von Funkwellenlängen hat seine eigenen Ausbreitungseigenschaften, aber es gibt keine scharfe Änderung der Unterscheidungsmerkmale an der Grenze benachbarter Bereiche.
Ausbreitungscharakteristik
Ultralange und lange Wellen biegen sich um die Oberfläche des Planeten und breiten sich durch Oberflächenstrahlen über Tausende von Kilometern aus.
Mittelwellen unterliegen einer stärkeren Absorption, sodass sie nur eine Distanz von 500-1500 Kilometern zurücklegen können. Wenn die Ionosphäre in diesem Bereich dicht ist, ist es möglich, ein Signal durch einen Weltraumstrahl zu übertragen, der eine Kommunikation über mehrere tausend Kilometer ermöglicht.
Kurze Wellen breiten sich aufgrund der Absorption ihrer Energie durch die Planetenoberfläche nur über kurze Distanzen aus. Räumliche können wiederholt von der Erdoberfläche und der Ionosphäre reflektieren, große Entfernungen überwinden,durch Übermittlung von Informationen.
Ultrakurz sind in der Lage, eine große Menge an Informationen zu übertragen. Funkwellen dieser Reichweite dringen durch die Ionosphäre in den Weltraum und sind daher für die terrestrische Kommunikation praktisch ungeeignet. Oberflächenwellen dieser Bereiche werden geradlinig abgestrahlt, ohne sich um die Erdoberfläche zu krümmen.
Riesige Informationsmengen können in optischen Bändern übertragen werden. Am häufigsten wird der dritte Bereich optischer Wellen für die Kommunikation verwendet. In der Erdatmosphäre unterliegen sie einer Dämpfung, sodass sie in Wirklichkeit ein Signal in einer Entfernung von bis zu 5 km senden. Aber die Verwendung solcher Kommunikationssysteme beseitigt die Notwendigkeit, eine Genehmigung von den Telekommunikationsinspektionen einzuholen.
Modulationsprinzip
Um Informationen zu übertragen, muss eine Funkwelle mit einem Signal moduliert werden. Der Sender sendet modulierte Funkwellen aus, das heißt modifiziert. Kurz-, Mittel- und Langwellen sind amplitudenmoduliert, daher werden sie als AM bezeichnet. Vor der Modulation bewegt sich die Trägerwelle mit konstanter Amplitude. Die Amplitudenmodulation für die Übertragung ändert die Amplitude entsprechend der Spannung des Signals. Die Amplitude der Funkwelle ändert sich direkt proportional zur Signalspannung. Ultrakurzwellen sind frequenzmoduliert, daher werden sie als FM bezeichnet. Die Frequenzmodulation erlegt eine zusätzliche Frequenz auf, die Informationen trägt. Um ein Signal über eine Distanz zu übertragen, muss es mit einem höherfrequenten Signal moduliert werden. Um ein Signal zu empfangen, müssen Sie es von der Hilfsträgerwelle trennen. Mit der Frequenzmodulation entstehen weniger Störungen, aber der Radiosender wird gezwungenauf UKW ausgestrahlt.
Faktoren, die die Qualität und Effizienz von Funkwellen beeinflussen
Die Qualität und Effizienz des Funkwellenempfangs wird durch die Methode der gerichteten Strahlung beeinflusst. Ein Beispiel wäre eine Satellitenschüssel, die Strahlung an den Ort eines installierten Empfangssensors sendet. Diese Methode ermöglichte bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Radioastronomie und machte viele Entdeckungen in der Wissenschaft. Er eröffnete die Möglichkeit, Satellitenrundfunk, drahtlose Datenübertragung und vieles mehr zu schaffen. Es stellte sich heraus, dass Radiowellen die Sonne, viele Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sowie Weltraumnebel und einige Sterne aussenden können. Es wird angenommen, dass es außerhalb unserer Galaxie Objekte mit starken Radioemissionen gibt.
Die Reichweite der Funkwelle, die Ausbreitung von Funkwellen wird nicht nur durch Sonneneinstrahlung, sondern auch durch Wetterbedingungen beeinflusst. Meterwellen hängen also tatsächlich nicht von den Wetterbedingungen ab. Und die Ausbreitungsreichweite von Zentimetern hängt stark von den Wetterbedingungen ab. Dies liegt daran, dass bei Regen oder erhöhter Luftfeuchtigkeit Kurzwellen von der aquatischen Umwelt gestreut bzw. absorbiert werden.
Außerdem wird ihre Qualität durch Hindernisse auf dem Weg beeinträchtigt. In solchen Momenten verblasst das Signal und die Hörbarkeit verschlechtert sich erheblich oder verschwindet für einige Momente oder länger ganz. Ein Beispiel wäre die Reaktion des Fernsehers auf ein überfliegendes Flugzeug, wenn das Bild flackert und weiße Balken erscheinen. Dies geschieht aufgrund vondie Tatsache, dass die Welle vom Flugzeug reflektiert wird und an der Fernsehantenne vorbeigeht. Solche Phänomene bei Fernseh- und Radiosendern treten eher in Städten auf, da die Reichweite von Funkwellen an Gebäuden und Hochhaustürmen reflektiert wird und den Weg der Welle vergrößert.
