Какие диапазоны электромагнитных волн используются для радиовещания. Диапазоны электромагнитных волн в радиовещании: от длинных до ультракоротких

Какие основные диапазоны радиоволн используются для радиовещания. Каковы особенности распространения радиоволн разных диапазонов. Как развивалось использование различных частот в истории радиовещания.

Основные диапазоны радиоволн для вещания

Для радиовещания используются несколько основных диапазонов электромагнитных волн:

• Длинные волны (ДВ) — 30-300 кГц
• Средние волны (СВ) — 300-3000 кГц
• Короткие волны (КВ) — 3-30 МГц
• Ультракороткие волны (УКВ) — 30-300 МГц

Каждый из этих диапазонов имеет свои особенности распространения и применения в радиовещании. Рассмотрим их подробнее.

Длинные волны: большая дальность и стабильный прием

Длинноволновый диапазон был одним из первых освоенных для радиовещания. Какие особенности характерны для длинных волн?

• Длина волны 1-10 км
• Частоты 30-300 кГц
• Очень большая дальность распространения
• Огибание земной поверхности
• Стабильный прием днем и ночью

Длинные волны способны распространяться на тысячи километров за счет дифракции и отражения от ионосферы. Это делает их удобными для дальней связи и вещания на обширные территории.

Средние волны: популярный диапазон AM-вещания

Средневолновый диапазон долгое время был основным для AM-радиовещания. Чем он характеризуется?

• Длина волны 100-1000 м
• Частоты 300-3000 кГц
• Дальность до нескольких сотен километров
• Распространение как поверхностной, так и пространственной волной
• Сильные помехи от электрических устройств

Средние волны обеспечивают уверенный прием в радиусе 100-200 км от передатчика днем и до 1000 км ночью. Это позволяет охватить вещанием большие территории.

Короткие волны: международное вещание

Коротковолновый диапазон сделал возможным глобальное радиовещание. Каковы его ключевые особенности?

• Длина волны 10-100 м
• Частоты 3-30 МГц
• Распространение на тысячи километров
• Отражение от ионосферы
• Зависимость от времени суток и солнечной активности

Короткие волны способны огибать Землю, отражаясь от ионосферы. Это позволяет вести вещание практически на любые расстояния, но с нестабильным качеством приема.

Ультракороткие волны: качественное FM-вещание

УКВ-диапазон обеспечил высококачественное стереофоническое радиовещание. Что характерно для этого диапазона?

• Длина волны 1-10 м
• Частоты 30-300 МГц
• Распространение в пределах прямой видимости
• Высокое качество звука
• Устойчивость к помехам

Ультракороткие волны распространяются прямолинейно, не огибая земную поверхность. Это ограничивает дальность вещания, но позволяет передавать высококачественный стереозвук.

Особенности распространения радиоволн разных диапазонов

Распространение радиоволн в пространстве существенно зависит от их длины. Какие основные механизмы распространения характерны для разных диапазонов?

Длинные и средние волны

Распространяются двумя путями:

1. Поверхностная волна — огибает земную поверхность
2. Пространственная волна — отражается от ионосферы

Днем преобладает поверхностная волна, ночью усиливается пространственная составляющая, увеличивая дальность приема.

Короткие волны

Распространяются преимущественно за счет многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли. Это обеспечивает возможность дальней связи, но с нестабильным качеством приема.

Ультракороткие волны

Распространяются прямолинейно в пределах прямой видимости. Дальность приема ограничена кривизной земной поверхности. Возможно незначительное огибание препятствий за счет дифракции.

Развитие использования частотных диапазонов в истории радиовещания

Освоение различных диапазонов для радиовещания происходило постепенно. Как менялось использование частот с развитием радиотехники?

Начало XX века

Первые радиовещательные передачи велись в длинноволновом и средневолновом диапазонах. Это было обусловлено простотой генерации и приема длинных волн на имевшейся элементной базе.

1920-1930-е годы

Активное освоение коротковолнового диапазона. Появление международного радиовещания. Развитие систем радиосвязи.

1930-1940-е годы

Начало экспериментального УКВ-вещания. Разработка частотной модуляции, обеспечившей высокое качество звука.

1950-1960-е годы

Массовое внедрение УКВ FM-вещания. Постепенный переход от AM к FM в локальном и региональном радиовещании.

Конец XX — начало XXI века

Развитие цифрового радиовещания в различных диапазонах. Постепенный отказ от аналогового AM-вещания в ряде стран.

Современное использование диапазонов в радиовещании

В настоящее время различные диапазоны радиоволн продолжают использоваться для радиовещания. Как распределяется их применение?

Длинные и средние волны

• Государственное радиовещание на обширные территории
• Вещание для автомобилистов
• Информационно-аварийное радиовещание

Короткие волны

• Международное радиовещание
• Любительская радиосвязь
• Специальные службы

Ультракороткие волны

• Местное и региональное FM-радиовещание
• Цифровое радиовещание DAB
• Служебная радиосвязь

Таким образом, каждый диапазон радиоволн находит свое применение в современных системах радиовещания и радиосвязи.

Перспективы развития радиовещания в различных диапазонах

Развитие технологий вносит изменения в использование частотных диапазонов для радиовещания. Какие тенденции наблюдаются сегодня?

Длинные и средние волны

Наблюдается постепенный отказ от аналогового AM-вещания в этих диапазонах. Однако рассматриваются варианты цифрового радиовещания DRM.

Короткие волны

Сокращается объем международного радиовещания, но сохраняется интерес к цифровому радио DRM для глобального покрытия.

Ультракороткие волны

Активно развивается цифровое радиовещание DAB+. Рассматривается возможность полного перехода от аналогового FM к цифровому радио.

Будущее радиовещания связано с развитием цифровых технологий, обеспечивающих более эффективное использование частотного спектра и новые возможности для слушателей.

помогите пожалуйста! длинные волны,средние волны,короткие волны,ультракороткие

Короткие волны:
1) диапазон радиоволн с частотой от 3 МГц (длина волны 100 м) до 30 МГц (длина волны 10 м).
2) явление переноса энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот
3) Короткие волны используются для радиовещания, а также для любительской и профессиональной радиосвязи. Качество приёма при этом зависит от различных процессов в ионосфере, связанных с уровнем солнечной активности, временем года и временем суток. Так днём лучше распространяются волны меньшей длины, а ночью — большей. Для связи между наземными станциями и космическими аппаратами они непригодны, так как не проходят сквозь ионосферу.

Средние и длинные волны:
1) у средних 

диапазон радиоволн с частотой от 300 кГц (длина волны 1000 м) до 3 МГц (длина волны 100 м).

У длинных диапазон радиоволн с частотой от 30 кГц (длина волны 10 км) до 300 кГц (длина волны 1 км).

2) Средние волны способны распространяться на довольно большие расстояния — сотни и тысячи километров — благодаря огибанию земной поверхности, а также (преимущественно в ночное время) отражаясь от ионосферы. 

Длинные волны распространяются на расстояния до 1—2 тысяч км за счёт дифракции на сферической поверхности Земли. Затем их распространение происходит за счёт направляющего действия сферического волновода, не отражаясь.

3) У коротких волну диапазон 160 м (1,8…2,0 МГц) выделен для любительской радиосвязи.

У длинных диапазон используется для радиовещания, для радиотелеграфной связи, радионавигационных служб и для связи с подводными лодками.

Ультракороткие волны:
1) Ультракороткие волны могут иметь длину от 10 м до 0,1 мм — это соответствует частотам от 30 МГц до 3000 ГГц
2) Диапазон ультракоротких волн  используется в радиовещании с частотной модуляцией или цифровым кодированием, в телевидении, в мобильной, любительской и профессиональной радиосвязи, в радиорелейной связи, радиолокации, для связи с космическими объектами (спутниковая связь, космическая радиосвязь) и для множества других применений.
3) Радиоволны УКВ диапазона, не отражаясь от ионосферы, уходят в космическое пространство. Однако, поскольку в пределах прямой видимости может быть небесное тело (Луна или ближайшие планеты), волны УКВ диапазона могут отразиться от него и вернуться на Землю.

Основы радиолокации — Диапазоны частот и длин волн

Диапазоны частот и длин волн

Спектр электромагнитных полн простирается до частот выше 10²⁴

 Гц. Этот очень широкий сложный диапазон делится на поддиапазоны с различными физическими свойствами.

Разделение частот по поддиапазонам ранее выполнялось в соответствии с исторически сложившимися критериями и в настоящее время устарело. Это привело к возникновению современной классификации диапазонов частот, которая в настоящее время используется на международном уровне. Однако в литературе все еще можно встретить традиционно сложившиеся названия диапазонов частот.

На Рисунке 1 изображен диапазон частот, занятый электромагнитными волнами, и показано его деление на поддиапазоны.

Рисунок 1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации

Рисунок 1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации

Рисунок 1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации

В верхней части рисунка показано деление спектра электромагнитных волн, сложившееся исторически и официально принятое Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineer, IEEE). В нижней части рисунка показана современная классификация диапазонов частот, принятая для использования в структурах НАТО. Видно, что границы частотных диапазонов в этих двух классификациях не всегда совпадают.

Диапазоны и поддиапазоны частот называют заглавными буквами. Такой подход возник еще на заре радиолокации, когда точное значение рабочей частоты радиолокационного средства старались держать в тайне.

Рисунок 2. Некоторые радиолокаторы и их диапазоны частот

Рисунок 2. Некоторые радиолокаторы и их диапазоны частот

Сканеры
персонального
досмотра

Автомобильные
радиолокаторы

Бортовой
радио-
локатор

РЛС разведки
поля боя

Радиолокатор обзора
воздушного пространства

Загоризонтный радиолокатор

SMR

PAR

ASR

Трассовый
радио-
локатор

GPR

Рисунок 2. Некоторые радиолокаторы и их диапазоны частот

Радиолокационные системы работают в широком диапазоне излучаемых частот. Чем выше рабочая частота радиолокатора, тем сильнее влияют на распространение электромагнитных волн атмосферные явления, такие как дождь или облака. Но одновременно с этим на более высоких частотах достигается лучшая точность работы радиолокационного средства. На Рисунке 2 показаны диапазоны частот электромагнитных волн, используемые радиолокационными средствами.

А- и В-диапазоны (ВЧ и ОВЧ)

В русскоязычной литературе эти диапазоны называют диапазоном высоких частот (ВЧ) и диапазоном очень высоких частот (ОВЧ, иногда — метровым диапазоном), в англоязычной — диапазоном HF (High Frequency) и диапазоном VHF (Very High Frequency).

Эти радиолокационные диапазоны ниже 300 МГц имеют давнюю историю применения, поскольку именно в этих диапазонах активно развивались радиотехнологии в годы Второй мировой войны. В настоящее время эти частоты используются в радиолокаторах раннего обнаружения и так называемых загоризонтных радиолокаторах (Over The Horizon, OTH). Для таких низких частот легче строить высокомощные передатчики. Затухание электромагнитных волн на таких частотах меньше, чем при использовании более высоких частот. С другой стороны, точность таких радиолокаторов ограничена, поскольку низкие частоты требуют антенн с очень большими физическими размерами, что определяет точность измерения и разрешающую способность по угловым координатам. Кроме того, эти диапазоны частот используются и другими службами, связью и радиовещанием, поэтому полоса частот для радиолокаторов ограничена (что, опять же влияет на точность и разрешающую способность).

Однако, в последнее время, интерес к использованию этих диапазонов частот в радиолокации возвращается, поскольку на этих частотах технологии снижения радиолокационной заметности Stealth не обеспечивают требуемого эффекта.

С-диапазон (УВЧ)

Этот диапазон называется диапазоном ультравысоких частот (УВЧ) или дециметровым диапазоном. В англоязычной литературе — Ultra High Frequency (UHF).

Существует не так много радиолокационных систем, разработанных для этого частотного диапазона (от 300 МГц до 1 ГГц). Эти частоты хорошо подходят для радиолокационного обнаружения и сопровождения спутников и баллистических ракет на больших расстояниях. Радиолокаторы, работающие в этом диапазоне частот, используются для раннего обнаружения и предупреждения о целях как, например, обзорный радиолокатор в системе противовоздушной обороны средней дальности MEADS (Medium Extended Air Defense System). Некоторые метеорологические радиолокационные системы, например, предназначенные для построения профиля ветра, работают в этом диапазоне, поскольку распространение электромагнитных волн на таких частотах слабо зависит от облаков и дождя.

Новые технологии сверхширокополосной радиолокации (Ultrawideband, UWB) используют все частоты от А- до С-диапазона. Сверхширокополосные радиолокаторы излучают очень короткие импульсы на всех частотах одновременно. Они используются для неразрушающего контроля материалов и объектов, а также как радиолокаторы подповерхностного зондирования (Ground Penetrating Radar, GPR), например, для археологических исследований.

D-диапазон (L-диапазон)

Этот частотный диапазон (от 1 до 2 ГГц) является предпочтительным для работы радиолокаторов дальнего обнаружения с дальностью действия до 250  морских миль (около 400 километров). Они излучают импульсы высокой мощности с широким спектром и, зачастую, с внутриимпульсной модуляцией. Вследствие кривизны земной поверхности максимальная дальность обнаружения ограничена для целей, находящихся на малых высотах. Такие цели, по мере увеличения дальности, очень быстро исчезают за радиогоризонтом.

В этом диапазоне частот работают радиолокаторы дальнего обнаружения в системе управления воздушным движением, такие как трассовый обзорный радиолокатор (Air Route Surveillance Radar, ARSR). При объединении с моноимпульсным вторичным обзорным радиолокатором (Monopulse Secondary Surveillance Radar, MSSR) они используют относительно большую медленно вращающуюся антенну.

Если букву L подразумевать как первую в слове Large (большой), то обозначение L-диапазон является хорошей мнемонической рифмой для большого размера антенны или большой дальности действия.

E/F-диапазон (S-диапазон)

В этом диапазоне атмосферное ослабление выше, чем в D-диапазоне. Радиолокаторам, работающим в этом диапазоне, требуется значительно большая излучаемая мощность для того, чтобы достичь хороших значений максимальной дальности действия. В качестве примера можно привести радиолокатор средней мощности MPR (Medium Power Radar) с импульсной мощностью 20 МВт. В этом частотном диапазоне влияние погодных условий сильнее, чем в D-диапазоне. Поэтому несколько метеорологических радиолокаторов работают в E/F-диапазоне но, в основном, в тропических и субтропических климатических зонах, поскольку тут они могут «видеть» за пределами сильного шторма.

Специальные аэродромные обзорные радиолокаторы (Airport Surveillance Radar, ASR) используются в аэропортах для обнаружения и отображения положения самолетов в воздушном пространстве аэропортов, в среднем, на дальностях 50 … 60 морских миль (около 100 км). Аэродромные радиолокаторы определяют положение самолетов и погодные условия в районах как гражданских, так и военных аэродромов.

Обозначение S-диапазона (Small, Short – малый, короткий), в противоположность обозначению L-диапазона, может трактоваться как обозначение меньших размеров антенн или меньшей дальности действия.

G-диапазон (С-диапазон)

В G-диапазоне (от 4 до 8 ГГц) работают много военных мобильных радиолокаторов (обзора поля боя, управления оружием и наземной разведки) с малой и средней дальностью действия. Размеры антенн обеспечивают отличную точность измерения и разрешающую способность и, при этом, будучи сравнительно небольшими, не препятствуют быстрому перемещению. Влияние плохих погодных условий очень существенно. Поэтому в радиолокаторах этого диапазона, предназначенных для работы по воздушным объектам, часто применяются антенны с круговой поляризацией. Этот диапазон частот отведен для большинства типов метеорологических радиолокаторов, используемых для обнаружения осадков в умеренных климатических зонах, таких как Европа.

I/J-диапазон (X- и Ku-диапазоны)

В этом диапазоне частот (от 8 до 12 ГГц) соотношение между используемой длиной волны и размером антенны существенно лучше, чем в диапазонах более низких частот. I/J-диапазон является сравнительно распространенным в военных применениях, таких как бортовые радиолокаторы, обеспечивающие функции перехвата воздушной цели и ведение огня по ней, а также атаки наземных целей. Очень малый размер антенны определяет хорошую применяемость. Системы наведения ракет в I/J-диапазоне имеют приемлемые размеры для комплексов, для которых важны мобильность и малый вес, а большая дальность действия не является основным требованием.

Этот диапазон частот широко используется в морских навигационных радиолокаторах как гражданского, так и военного применения. Небольшие и недорогие антенны с высокой скоростью вращения обеспечивают значительные максимальные дальности действия и хорошую точность. В таких радиолокаторах используются волноводно-щелевые и небольшие полосковые антенны, размещенные, как правило, под антенными обтекателями.

Кроме перечисленного, этот частотный диапазон распространен в космических и бортовых радиолокаторах построения изображений, основанных на антеннах с синтезированными апертурами (Synthetic Aperture Radar), предназначенных как для целей военной электронной разведки, так и для гражданского географического кaртографирования.

Специализированные радиолокаторы с обратной синтезированной апретурой (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) используются в морских воздушных средствах контроля загрязнения.

K-диапазон (K- и Ka-диапазоны)

Чем выше частота, тем сильнее атмосферное поглощение и затухание электромагнитных волн. С другой стороны потенциальная точность и разрешающая способность тоже возрастают. Радиолокационные системы, работающие в этом диапазоне, обеспечивают небольшую дальность действия, но очень высокое разрешение и высокую скорость обновления данных. В системах управления воздушным движением такие системы используются как радиолокаторы управления наземным движением (Surface Movement Radar, SMR) или (как часть) оборудование для обнаружения на поверхности аэропорта (Airport Surface Detection Equipment, ASDE). Использование коротких зондирующих импульсов длительностью в несколько наносекунд обеспечивает разрешение по дальности, при котором на экране радиолокатора можно распознать контур самолета или наземного транспортного средства.

V-диапазон

Вследствие явления рассеяния на молекулах (влияние влажности воздуха) затухание электромагнитных волн в этом диапазоне очень высокое. Радиолокационные применения здесь ограничены дальностью действия в несколько метров.

W-диапазон

В этом диапазоне наблюдаются два явления: максимальное затухание вблизи 75 ГГц и относительный минимум на частоте около 96 ГГц. Оба эти эффекта используются на практике. В автомобилестроении небольшие встроенные радиолокационные средства работают на частотах 75 … 76 ГГц в парковочных ассистентах, для просмотра слепых зон и ассистентах торможения. Высокое затухание (влияние молекул кислорода О₂) снижает уровень помех от таких радиолокационных средств.

Радиолокационные установки, работающие на частотах от 96 до 98 ГГц, используются в качестве лабораторного оборудования. Они позволяют получить представление о применении радиолокации на чрезвычайно высоких частотах, таких как 100 ГГц.

---

В книге Merill Skolniks «Radar Handbook» (3-е издание) автор ссылается на более раннее стандартное буквенное обозначение IEEE для радиочастотных диапазонов (IEEE-Std. 521-2002). Эти буквенные обозначения (как показано на красной шкале на Рисунке 1) первоначально были выбраны для описания используемых диапазонов радиолокации еще во время Второй мировой войны. Но в настоящее время используемые частоты превышают 110 ГГц — сегодня существуют генераторы с фазовым управлением до 270 ГГц, мощные передатчики до 350 ГГц. Рано или поздно эти частоты будут использоваться и в интересах радиолокации. Одновременно с этим использование сверхширокополосных радиолокаторов выходит за границы традиционных радиолокационных диапазонов частот.

Различные обозначения радиолокационных диапазонов очень запутаны. Это не составляет трудностей для инженера или техника радиолокатора. Эти специалисты могут работать с различными диапазонами, частотами и длинами волн. Но они, как правило, не занимаются логистикой закупок, например, инструментов для обслуживания и измерения или даже нового радиолокатора целиком. К сожалению, менеджмент логистики, в основном, обучался бизнес-наукам. Поэтому у них будут возникать проблемы с запутанными обозначениями диапазонов. Теперь проблема состоит в том, чтобы утверждать, что генератор частоты для I и J-диапазона обслуживает радиолокатор X-диапазона и Ku-диапазона, а глушитель D-диапазона создает помехи для радиолокатора L-диапазона.

Сверхширокополосные радиолокаторы используют очень широкий частотный диапазон, выходящий за строгие границы классических диапазонов. Как лучше сказать: например, сверхширокополосный радиолокатор работает на частотах от E до H-диапазона, или он использует те же частоты от более высокого S-диапазона до более низкого X-диапазона?

Но пока производители будут называть предлагаемые радиолокационные средства с использованием старых обозначений диапазонов частот, до тех пор IEEE будет объявлять, что новые полосы частот: «… не согласуются с практикой радиолокации и не должны использоваться для описания радиолокационных частотных диапазонов». Я думаю, это всего лишь вопрос времени, и даже IEEE изменит свое мнение. Помните: не так давно метрическая система единиц измерения считалась неуместной в IEEE. И действительно, чтобы описать, какова длина мили, лучше сказать «одна миля», а не «1,853 километра». (Как жаль, что большинство людей в этом мире не знают, какова длина мили.)

Год столетия радио и начальные этапы использования радиоволн

В. В. Мигулин

Употребляя термин «радио» и говоря о столетии радио, мы имеем в виду целую совокупность практических систем, использующих электромагнитные волны (ЭМВ), возбуждаемые электрическими колебаниями. Диапазон частот используемых колебаний исключительно широк – от десятков до 1012 колебаний в секунду. Соответственно и длина волн может лежать в пределах от тысяч километров до долей миллиметров. Совершенно закономерно единица частоты – одно колебание в секунду – один герц – носит имя великого немецкого ученого Генриха Герца, впервые показавшего возможность возбуждения и излучения электромагнитных волн, называемых ныне «радиоволнами». Соответствующий раздел техники мы называем «радиотехникой», а также говорим о радиоэлектронике, понимая под этим термином всю совокупность знаний о путях создания и применении разнообразных устройств с вакуумными, газоразрядными и полупроводниковыми приборами, всевозможными деталями соответствующих схем, действующих посредством электрических колебаний, как ничтожных по величине – в радиоприемных устройствах, так и больших мощностей – в передающих установках дальней радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиолокации, радиоуправления и других отраслей, входящих ныне в понятие «радио».

Столетие этого крупнейшего и важнейшего, непрерывно развивающегося раздела техники – повод вспомнить об условиях его зарождения и представить себе, каким путем шло его формирование.

Все достижения радиоэлектроники двадцатого века берут свое начало в работах ученых и инженеров прошлого столетия. Объявление 1995-го года юбилейным обусловлено тем, что в 1895 г. Александр Степанович Попов в своей знаменитой лекции в Русском физико-химическом обществе 7 мая (нов. ст.) продемонстрировал в действии первое радиотехническое устройство – приемник электромагнитных сигналов, показав тем самым возможность их практического использования. Такой приемник с автоматической регистрирующей системой в том же году был применен А. С. Поповым для регистрации природных электромагнитных излучений грозовых разрядов.

В том же 1895 г. в Италии начал свою плодотворную деятельность Гульельмо Маркони. Создав аналогичное устройство, он применил его для приема посылок электромагнитных волн, передаваемых кодом Морзе.

И А. С. Попов и Г. Маркони в своих первых работах в качестве источника электромагнитного излучения использовали искровой «вибратор Герца» – устройство, созданное Герцем при осуществлении им ставших классическими экспериментов, доказавших реальность существования предсказанных Дж. Максвеллом электромагнитных волн, идентичных по своей природе световым.

Теория Максвелла, обобщавшая исследования М. Фарадея, была опубликована в 1873 г., а экспериментально ее подтвердил Герц в 1888 г. А вот 1895 год мы имеем все основания считать годом, когда началось практическое использование электромагнитных волн – герцевых волн, как, их тогда называли, – годом зарождения радиотехники.

Говоря об истории радиотехники и, в первую очередь, радиосвязи, которая началась с работ А. С. Попова и Г. Маркони, необходимо также упомянуть об их предшественниках: Э. Бранли (Франция), изучавшего эффект резкого изменения проводимости металлических порошков при воздействии па них электромагнитного излучения, и О. Лоджа (Англия), создавшего на основе этого эффекта когерер – чувствительное устройство для регистрации электромагнитных волн. Именно его, с незначительными модификациями, применили в своих приемниках в качестве основного чувствительного элемента А. С. Попов и Г. Маркони.

О. Лодж провел также ряд экспериментов с излучением и приемом «волн Герца», и его лабораторные устройства были непосредственными предшественниками приемников Попова и Маркони. Уже в 1896 г. начались работы по выяснению возможной дальности действия систем телеграфной связи, основанных на использовании электромагнитных волн – систем «беспроволочной (или беспроводной) телеграфии», как их тогда называли. Естественно, что в первую очередь этой проблемой заинтересовался флот и в меньшей степени сухопутные ведомства, в распоряжении которых была успешно действующая система проводной связи. Термины «радиосвязь» и вообще «радио» появились лишь в начале двадцатого века, после проведения в 1903 г. первой международной конференции по «беспроволочному телеграфированию». На этой конференции была принята рекомендация называть этот вид электросвязи «радиотелеграфией».

В процессе разработки систем радиосвязи их создатели, при переходе от лабораторных опытов к практическим системам, стали использовать радиоволны уже не метрового диапазона, как было у Герца и в первых опытах Попова и Маркони, а существенно более длинные. Это было совершенно естественным, так как вместо прямого излучения «вибратора Герца» стали применять антенные системы, подключаемые к искровому разряднику, и эти колебательные системы возбуждались соответственно на гораздо более низких частотах. Кроме того, учитывались представления о том, что распространение радиоволн за горизонт происходит за счет рефракции и более длинные радиоволны будут легче огибать кривизну земной поверхности. По этим причинам на создаваемых линиях радиосвязи использовались радиоволны длиной в сотни, а затем и в тысячи метров.

В развитии техники радиосвязи можно выделить ряд его этапов. Первый, начальный, этап характеризуется применением искрового возбуждения колебаний в излучающей системе «антенна – земля» и приемника с когерером. Этот этап продолжался примерно до 1899 г. и позволил осуществить радиосвязь на дистанциях, измеряемых десятками километров. В 1899 г. открытие П. М. Рыбкиным и Д. С. Троицким явления прямого детектирования принимаемых радиосигналов, с возможностью их регистрации на слух при помощи телефонной трубки, радикально изменило технику радиоприема и позволило резко увеличить дальность радиосвязи. Однако утратилась возможность автоматической записи принимаемых радиосигналов, которая была реализована А. С. Поповым в его приемнике и грозоотметчике при использовании когерера с релейным устройством. Повсеместно радиосигналы, передаваемые кодом Морзе, стали приниматься операторами на слух. В технике беспроволочной телеграфии наступила эра искровых передатчиков и «телефонных» приемников.

Создание больших антенных сооружений, применение мощных искровых передающих устройств и «телефонных» приемников позволили в первые годы двадцатого века осуществлять телеграфную радиосвязь на расстояниях, измеряемых тысячами километров. Так, в 1901 г. Маркони впервые провел передачу радиосигналов через Атлантику из Англии (местечко Полдью) в Америку (Ньюфаундленд) и тем самым положил начало трансатлантической радиосвязи. В подобных системах использовалось искровое возбуждение последовательности затухающих колебаний в антенной системе; соответственно возбуждалась последовательность затухающих радиоволн. Прием осуществлялся простейшими устройствами, с детектированием принимаемого высокочастотного сигнала, на слух с помощью телефонной трубки; звуковой сигнал создавался повторяющимися посылками затухающих радиосигналов от искровых разрядов в передатчике. Детектором служил либо тот же когерер либо специальные контактные детекторы.

В первых конструкциях практически не использовались колебательные свойства цепей приемников, и лишь в ходе дальнейшего изучения колебательных процессов в передающих и приемных устройствах были найдены пути эффективного применения резонансных свойств колебательных цепей. Работы немецкого физика К. Брауна внесли исчерпывающую ясность в понимание колебательных процессов в системах искровой радиотелеграфии, а его исследования детектирования в контактных детекторах и предложенные им кристаллические детекторы позволили до предела реализовать возможности искровой радиотелеграфии.

Эти достижения послужили основанием для присуждения в 1909 г. Нобелевской премии К. Брауну (Германия) и Г. Маркони; были учтены заслуги Маркони в практических применениях электромагнитных волн для связи. К этому времени А. С. Попова уже не было в живых. Он скоропостижно скончался 13 января 1906 г. С 1901 г. он был профессором Санкт-Петербургского электротехнического института, а в 1905 г. стал первым избранным его директором.

Уже в первом десятилетии нашего века радиотелеграфные линии связали между собой все континенты. Радиосвязь становилась повседневной на флоте и в сухопутных применениях. Учрежденная в 1897 г. английская компания «Маркони и К°», немецкая компания «Телефункен», созданная в 1903 г., и другие фирмы сооружали все новые и новые линии радиосвязи и привлекали к своей работе крупнейших инженеров и ученых.

Увеличение мощностей передающих искровых радиостанций до десятков и даже сотен киловатт потребовало создания многих новых устройств для повышения эффективности работы искровых разрядников и управления (манипуляции) ею. Разрядники М. Вина (Германия), вращающиеся разрядники и другие конструкции представляли собой сложные устройства значительных габаритов, с системами охлаждения и энергопитания, а гигантские антенные сооружения были плодом трудов ученых, конструкторов и строителей высочайшего класса.

Однако становилось все более ясным, что следует искать новые пути для эффективной генерации и приема радиоволн. Эра искровой телеграфии заканчивалась. К концу первого десятилетия двадцатого века пришли к выводу, что возможности использования последовательностей быстро затухающих посылок радиоволн исчерпаны и надо переходить к генерации и управляемому излучению незатухающих колебаний и волн.

Практические успехи дальней радиосвязи вызвали к жизни исследования, связанные с механизмом распространения электромагнитных волн. Теоретические исследования немецкими физиками И. Ценнеком, А. Зоммерфельдом и др. процессов распространения радиоволн вдоль земной поверхности не давали исчерпывающих объяснений механизма их дальнего распространения. Высказанная в 1902 г., после установления трансатлантической радиосвязи, независимо А. Кеннеди (США) и О. Хевисайдом (Англия), гипотеза о существовании в верхней атмосфере ионизированных областей (позднее названных «ионосферой»), способствующих огибанию радиоволнами кривизны земной поверхности, повлекла за собой многочисленные исследования. Но их результаты в то время не были приняты в качестве бесспорных; большинство специалистов считало, что без убедительных доказательств реальности существования ионизированных слоев в атмосфере на высотах в сотни километров нет необходимости учета их влияния на распространение радиоволн на большие расстояния.

Лишь в двадцатых – тридцатых годах сформировались представления о свойствах и структуре атмосферы на больших высотах, об областях с повышенной электропроводностью и их определяющем влиянии на процессы распространения радиоволн различных диапазонов. В первые же десятилетия существования радиосвязи лишь эксперименты и практика работы создаваемых линий давали необходимые сведения о возможностях радиотехники; господствовало убеждение, что только длинные волны, гигантские антенны и большие мощности могут обеспечить надежную дальнюю радиосвязь.

Использование малоэффективных систем искровой радиотелеграфии при широком распространении радиостанций привело к большим трудностям, связанным со взаимными помехами, и сделало особенно актуальным переход к незатухающим колебаниям и волнам.

В результате исследований и технических разработок было предложено несколько путей решения проблемы возбуждения незатухающих электрических колебаний.

Этап искровой радиотелеграфии заканчивался. В конце первого – начале второго десятилетий наступило время активного внедрения незатухающих колебаний. Появление электровакуумных приборов – диодов Д. Флеминга, триодов Ли де Фореста (США) – позволило в это же время создать практически новую технику радиоприема, с ламповым детектированием и последующим усилением принимаемых сигналов.

Возможность получения электрических колебаний с помощью дугового разряда была открыта Н. Тесла (США) в 1893 г. Работы В. Дудделя (Англия) в 1900 г. показали пути использования дугового разряда для генерации незатухающих колебаний. Дуговые генераторы радиочастотных колебаний системы В. Дудделя были затем усовершенствованы В. Паульсеном (Дания) и получили широкое распространение на мощных радиостанциях многих стран. Это первый тип генераторов, использованных для радиосвязи с незатухающими колебаниями; было создано много модификаций дуговых генераторов, работавших на частотах до нескольких сотен килогерц. Относительно высокий, по сравнению с искровыми, КПД дуговых генераторов делал их применение особенно привлекательным на мощных радиостанциях дальних радиосвязей.

Мощные дуговые генераторы были громоздкими сооружениями, с большим электромагнитом, системой электропитания и охлаждения, а также сложной системой модуляции излучения. Дело в том, что для эффективной работы дуговых генераторов требовалось очень жестко поддерживать оптимальный режим горения дуги и осуществлять модуляцию, не нарушая нормального режима непрерывной генерации незатухающих колебаний.

Другой путь вырабатывания незатухающих колебаний был найден с созданием электромашинных генераторов, способных генерировать токи достаточно высокой частоты, для их использования в радиостанциях. Американский конструктор Р. Фессенден создал ряд машин на частотах до 100 кГц, с мощностями от единиц до десятков киловатт (1906-1910 гг). В 1911 г. Э. Андерсоном (США) также были разработаны машины, генерирующие токи с частотами, допускающими прямое использование машин в радиопередающих устройствах. Однако в дальнейшем оказалось более целесообразным применять машинные генераторы, работающие на несколько более низких частотах, с последующим умножением частоты.

Большой вклад в создание мощных высокочастотных машинных генераторов в России был сделан В. П. Вологдиным, создавшим ряд генераторов на мощности от 2 кВт (1912 г.) до 150 кВт (1925 г.), успешно работавших на отечественных радиостанциях в комплексе со статическими умножителями частоты.

В применявшихся умножителях частоты использовались нелинейные характеристики катушек индуктивности с ферромагнитными сердечниками, которые в определенном режиме, при соответствующей настройке резонансных цепей и компенсации токов первичной частоты, позволяли получать при сравнительно малых потерях двух- или трехкратное умножение частоты в каждом звене такого умножителя. Подобные статические умножители частоты разрабатывались, начиная с 1902 г. (И. Эпштейн, Германия), в 1910 г. (М. Жоли, Франция) был разработан ряд вариантов подобных устройств. В 1916 г. М. В. Шулейкин создал утроители частоты, которые совместно с машинами Вологдина успешно работали на ряде радиостанций России. По сравнению с дуговыми передатчиками радиостанции с машинами высокой частоты обладали рядом преимуществ. Они имели более высокий КПД, большие стабильность частоты, устойчивость и надежность в работе.

Но ни дуговые ни электромашинные устройства не могли удовлетворить всем требованиям, которые развивающаяся радиотехника предъявляла к генераторам радиочастот. Это привело в дальнейшем к переходу всей радиотехники на использование электровакуумных приборов, хотя на ряде мощных радиостанций дуговые и машинные передатчики действовали вплоть до тридцатых годов.

Когда в 1913 г. А. Мейснер (Германия) запатентовал идею положительной обратной связи для самовозбуждающегося лампового генератора и осуществил телефонную радиосвязь между Науеном и Берлином, очень многие специалисты были убеждены, что ламповые передатчики пригодны только для местных радиосвязей и создание ламповых станций большой мощности практически нереально. Развитие передающих устройств зависело теперь от успехов электровакуумной техники, так как получение необходимых мощностей генерируемых колебаний требовало создания электронных ламп специфического класса – генераторных радиоламп. Для них характерна большая эмиссия катода, выделение значительных мощностей на аноде, и поэтому следовало обеспечить отвод от анода лампы большого количества тепла, при сохранении ее усилительных свойств. Решение технологических задач в электровакуумном производстве стало определяющим для развития радиотехники в конце второго и начале третьего десятилетий.

Совершенствование производства высоковакуумных радиоламп позволило существенно улучшить радиоприемную технику. Введение регенерации, использование местных гетеродинов для преобразования частоты и ряд других схемных решений дали возможность создавать высокочувствительные приемные устройства с заданными частотными параметрами. Переход от приемников с прямым усилением к регенеративным, сверхрегенеративным и позднее к супергетеродинным дал в руки радиоспециалистов способ создавать радиоприемные устройства различного назначения с предельной чувствительностью и селективностью, что и реализовалось в двадцатые – тридцатые годы.

В конце второго десятилетия, в разгар первой мировой войны, в России, на Тверской приемной радиостанции, М. А. Бонч-Бруевич и В. М. Лещинский организовали полукустарное производство приемно-усилительных радиоламп, которые использовались на радиостанциях взамен выходящих из строя французских, ставших во время войны дефицитными. Позднее, после создания в 1918 г. Нижегородской радиолаборатории, под руководством М. А. Бонч-Бруевича серийно выпускался триод ПР-I, сыгравший большую роль в развитии радиоприемной техники в России. В дальнейшем производство приемных радиоламп было налажено на электровакуумных заводах в Ленинграде и Москве.

Первые в России генераторные лампы были созданы Н. Д. Папалекси в 1914 г. и позволяли получать мощности до 100 Вт. Они выпускались в небольшом количестве в Петрограде. В 1916 г. Папалекси впервые применил в электровакуумном производстве высокочастотный индукционный прогрев электродов в лампе для их обезгаживания при откачке.

В Нижегородской радиолаборатории под руководством М. А. Бонч-Бруевича была выпущена серия мощных генераторных ламп с водяным охлаждением анода, на мощности, измеряемые киловаттами. В 1923 г. там же была создана лампа мощностью 25 кВт, а в 1924 г. – генераторная лампа на 100 кВт. Эти лампы не имели аналогов в мировой технике. Их разработка и производство позволили сооружать в СССР в двадцатые – тридцатые годы самые мощные в мире ламповые радиостанции для связи и вещания. Советские ученые М. В. Бонч-Бруевич, А. И. Берг, А. Л. Минц, их ученики и последователи глубоко и всесторонне изучили процессы, происходящие в ламповых генераторах, и создали теорию и методы расчета радиопередающих устройств.

Начало двадцатых годов связано с двумя существенными обстоятельствами: во-первых, это широкое использование радиотелефонии как средства массовой информации. Широковещательные радиостанции, как их тогда называли, были построены во всех крупных городах СССР и во всем мире. В дальнейшем термин «широковещание» был заменен термином «радиовещание». Второе обстоятельство – это выявление возможностей коротких радиоволн (длиной 100…10 м) для дальних радиосвязей. В конце второго – третьего десятилетия стало появляться все больше сообщений об установлении радиосвязи на расстояния в многие тысячи километров при мощностях передатчиков, измеряемых единицами или немногими десятками ватт, на волнах короче 100 м – декаметровых радиоволнах. Развернулись исследования условий их распространения, свойств ионизированных слоев в верхней атмосфере. Теоретические соображения А. Кеннеди и О. Хевисайда о существовании ионосферы в 1925 г. были подтверждены экспериментами Э. Эпплтона и М. Барнета (Англия) в области интерференции земных радиоволн и волн, отразившихся от ионосферы, а также прямыми измерениями импульсным методом, проведенными Г. Брейтом и М. Тьювом (Англия), высот и других характеристик слоев ионосферы. У нас первые теоретические исследования условий распространения радиоволн в ионизированном газе были выполнены М. В. Шулейкиным в 1922 г. и получили дальнейшее развитие в работах Д. А. Рожанского, A. M. Щукина, Л. А. Жекулина и др.

Все эти обстоятельства привели к тому, что диапазон длин радиоволн, используемых в практических целях, существенно расширился, и двадцатые годы нашего столетия стали годами не только перехода к эре ламповой радиотехники, но и освоения коротких радиоволн в совокупности с интенсивным изучением ионосферы.

Дальнейшее сколь-нибудь обстоятельное изложение хода развития радио вообще и его подотраслей – радиосвязи, радиовещания, телевидения и др. в рамках одной статьи невозможно. Представлялось важным дать по возможности беспристрастный и краткий очерк истории радиотехники на начальных этапах ее возникновения, показать, как из совокупности физических понятий, накопленных знаний о ходе природных и искусственно воспроизводимых явлений выкристаллизовались четкие представления о возможности практического использования электромагнитных волн радиодиапазона. При этом, естественно, выявляется время, когда на базе научных исследований рождается новый раздел техники, который развивается далее по своим законам, отличным от тех, по которым развивались научные исследования, в соответствии с запросами практики, вбирая в себя известные в каждый данный момент и непрерывно пополняемые научные сведения.

Именно так в 1895 году произошло рождение новой отрасли техники – радиотехники, а затем и всех, возникших в ходе ее дальнейшего развития ответвлений, которые мы ныне объединяем понятием «Радио».

Литература

1. Очерки истории техники в России (1861-1917). – М.: Наука, 1975. – с. 177 – 197.
2. Родионов В. М. Зарождение радиотехники. – М.: Наука, 1985.
3. Мигулин В. В. Истоки практической радиосвязи // Радио. – 1993. – № 5.
4. Мигулин В. В. Зарождение радио и первые шаги радиотехники. – Сб. «100 лет радио». Под ред. В. В. Мигулина и А. В. Гороховского. – М.: Радио и связь, 1995. Готовится к печати.

Статья опубликована в журнале «Электросвязь» №1, 1995 г., стр. 3.
Перепечатывается с разрешения редакции.

31. Физические основы радиовещания. Способ передачи сигнала на радио

Технические средства радио – передатчик, вспомогательное студийное оборудование, физическая среда (эфир, провода), приемник. Способ осуществления контакта со слушателем – преобразование микрофоном звуковых сигналов в электромагнитные колебания с выходом их в эфир или в проводную сеть с последующим обратным раскодированием в приемнике получателя. Передача радиостанцией и прием сообщения аудиторией радио симулътанны, т.е. одномоментны.

Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей — несущей). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).

32. Диапазоны радиоволн. Основные характеристики и особенности применения.

Длинные волны — диапазон радиоволн с частотой от 30 кГц (длина волны 10 км) до 300 кГц (длина волны 1 км). Диапазон используется для радиовещания (148,5 — 283,5 КГц; ранее вещательный ДВ-диапазон был 148,5 — 408 КГц), для радиотелеграфной связи, радионавигационных служб и для связи с подводными лодками (9 — 148,5 КГц). Длинные волны способны обогнуть Земной шар.

Короткие волны — диапазон радиоволн с частотой от 3 МГц (длина волны 100 м) до 30 МГц (длина волны 10 м). Второе название: «декаметровый диапазон волн». Короткие волны отражаются от ионосферы с малыми потерями. Поэтому, путём многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли, они могут распространяться на большие расстояния. Короткие волны используются для радиовещания, а также для любительской и профессиональной радиосвязи. Качество приёма при этом зависит от различных процессов в ионосфере, связанных с уровнем солнечной активности, временем года и временем суток. Так днём лучше распространяются волны меньшей длины, а ночью — большей.

Средние волны — диапазон радиоволн с частотой от 300 кГц (длина волны 1000 м) до 3 МГц (длина волны 100 м). Средние волны (наряду с короткими) ― наиболее используемый диапазон для радиовещания (526,5—1606,5 кГц) с амплитудной модуляцией. Средние волны способны распространяться на довольно большие расстояния благодаря огибанию земной поверхности, а также (преимущественно в ночное время) отражаясь от ионосферы.

Ультракороткие волны (УКВ) — радиоволны, из диапазонов метровых, дециметровых, сантиметровых, миллиметровых и децимиллиметровых волн. Таким образом, диапазон частот УКВ находится в пределах от 30 МГц (длина волны 1000 см) до 3 ТГц (длина волны 0,1 мм). УКВ-диапазон используется для стереофонического радиовещания с частотной модуляцией и телевидения, радиолокации, связи с космическими объектами (так как они проходят сквозь ионосферу Земли), а также для любительской радиосвязи. Радиоволны УКВ-диапазона распространяются практически в пределах прямой видимости, а также, не отражаясь от ионосферы, уходят в космическое пространство. То есть ионосфера для радиоволн УКВ диапазона прозрачна. Однако, поскольку в пределах прямой видимости может быть естественный спутник Земли — Луна, то волны УКВ диапазона могут отразиться от неё и вернуться на Землю, где могут быть принятыми на другом конце земного шара.

ГМССБ. Радиоволны и частотные диапазоны

Для осуществления радиосвязи передающая станция излучает электромагнитные волны, или радиоволны, которые распространяются в окружающем пространстве со скоростью света c = 3 • 108 м/с . Радиоволны создаются с помощью переменного тока высокой частоты, поступающего в антенну, их принято различать по частоте и длине волны.

Частота радиоволн зависит от частоты переменного тока в передающей антенне, излучающей эти волны. Ее обозначают буквой f и измеряют в герцах (1 Гц — одно колебание в секунду), в килогерцах (1 кГц = 103 Гц), в мегагерцах (1 МГц = 106 Гц) или в гигагерцах (1 ГГц = 109 Гц). (Рис. 2.1)

В современной радиотехнике используется широкий спектр радиочастот, лежащий от 3 •103 до 3 •1012 Гц.

Длина волны — это расстояние, которое проходит волна за время, равное одному периоду, т.е. за время одного колебания тока в антенне. Длина радиоволны обозначается буквой λ и измеряется в метрах.

Радиоволна распространяется со скоростью С и за время T, равное одному периоду, пройдет путь λ = сТ. Учитывая, что T = 1/f, получим

Пример 1. Если излучается радиоволна с частотой = 500 кГц, ее длина

Специфические особенности волн различной длины, главным образом, распространение их в пространстве, привели к необходимости разделения их на участки или диапазоны. Номенклатура диапазонов частот и волн, используемых для радиосвязи, приведена в табл. 2.1.

Деление на диапазоны весьма условно, так как между диапазонами нет никаких резко выраженных границ.

Мириаметровые волны используют для целей радионавигации. Километровые — для радиосвязи и радиовещания.

Гектометровые — для радиовещания, морской радиосвязи и радиомаячной службы.

Декаметровые волны предназначены для дальней радиосвязи, передачи сигналов точного времени, радиовещания и т. д. Метровые, дециметровые и сантиметровые волны применяют в телевидении, радиолокации, радиорелейной связи, радиотелефонной связи на небольшое расстояние.

Диапазоны миллиметровых и децимиллиметровых волн осваиваются для космической связи и других целей.

В ГМССБ используются средние и промежуточные (СВ и ПВ), обозначаемые в иностранной литературе как MF, короткие (КВ-HF) и ультракороткие (УКВ-VHF) волны для наземной радиосвязи. Для спутниковой связи используются дециметровые и сантиметровые волны.

Литература

ГМССБ за три недели — Припотнюк А.В., Дубчук П.С. [2015]

Диапазоны частот. Радиоволны — презентация онлайн

Радиоволны – разновидность
электромагнитных волн, существование
которых предсказал в 1864 г. британский
физик, математик и механик Джеймс Клерк
Ма́ксвелл, автор теории электромагнитного
поля.
Теория Максвелла
Впервые на практике существование электромагнитных волн
доказал в 1887 г. немецкий физик Ге́нрих Ру́дольф Герц,
работавший в то время профессором физики технического
университета в Карлсруэ. Следует сказать, что Герц взялся за
этот эксперимент вовсе не потому, что был согласен с
Максвеллом. Как раз наоборот, он предполагал, что Максвелл
ошибался, и электромагнитных волн в действительности нет.
Это он и хотел доказать.
Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором
электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля,
например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или
когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за
другом импульсов тока.
Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью
переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в
секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно,
сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина
электрического и магнитного полей.
Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого
немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду,
1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду.
Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое
пространство (вакуум). Но если на пути волн встречается металлический
провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему
свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный
электрический ток. Но не вся энергия волны поглощается проводником,
часть ее отражается от его поверхности и либо уходит обратно, либо
рассеивается в пространстве. Кстати, на этом основано применение
электромагнитных волн в радиолокации.
Еще одним полезным свойством электромагнитных волн является
их способность огибать на своем пути некоторые препятствия. Но
это возможно лишь в том случае, когда размеры объекта меньше,
чем длина волны, или сравнимы с ней. Например, чтобы
обнаружить самолет, длина радиоволны локатора должна быть
меньше его геометрических размеров (менее 10 м). Если же тело
больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Но может и не
отразить. Вспомните военную технологию снижения заметности
«Stealth», в рамках которой разработаны соответствующие
геометрические формы, радиопоглощающие материалы и
покрытия для уменьшения заметности объектов для локаторов.
Энергия, которую несут электромагнитные волны, зависит от
мощности генератора (излучателя) и расстояния до него. По
научному это звучит так: поток энергии, приходящийся на
единицу площади, прямо пропорционален мощности
излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния
до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от
мощности передатчика, но в гораздо большей степени от
расстояния до него.
Диапазон частот – это полоса частот,
ограниченная определёнными значениями.
Все электромагнитные волны распространяются в вакууме со
скоростью, равной скорости света. Различаются они длиной волны,
или частотой. Между ними нет резкой границы. Одна разновидность
электромагнитных волн плавно переходит в другую.
В зависимости от длины волны, весь спектр электромагнитных волн
условно делится на гамма-излучение, рентгеновское излучение,
видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны.
Самую короткую длину волны, всего 2·10−10 м, имеет
гамма-излучение. Все электромагнитные волны,
длина которых превышает длину волны
инфракрасного света и находится в диапазоне от 1
мм до 100 км, относятся к радиоволнам. Это
электромагнитные волны, которые используются в
радиотехнике. Их частота колеблется в диапазоне 3
кГц — 300 ГГц.
Международными соглашениями весь спектр радиоволн,
применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:
Миллиметровые волны
Волны, имеющие длину от 1 мм до 1 см, называются миллиметровыми. Их частота
находится в диапазоне от 30 до 300 ГГц и называется крайне высокой (КВЧ). Такие волны
используют в радиолокации, космической связи, радиоастрономии.
Спектр радиоволн, используемых для радиовещания, принято делить на
ультракороткие, короткие, средние, длинные и сверхдлинные волны.
Ультракороткие волны
К ультракоротким относят сантиметровые, дециметровые и метровые волны.
Волны длиной от 1 см до 10 см и частотой от 3 до 30 ГГц (сверхвысокие частоты КВЧ)
называются сантиметровыми. Этот диапазон используют для передачи данных через
радиоэфир в спутниковых каналах связи, беспроводных компьютерных сетях Wi – Fi, в
радиолокации и радиосвязи.
Волны с длиной волны в интервале от 10 см до 1 м, частотой 300—3000 МГц
называются дециметровыми, а их частота ультравысокой частотой (УВЧ). Они
используются в радиосвязи, телевидении, рациях, мобильных телефонах,
микроволновых печах.
Волны, длина которых колеблется от 1 м до 10 м, называются метровыми. Чаще всего
их используют для радиосвязи, телевидения и радиовещания на коротком расстоянии.
Короткие волны
Короткие волны – это волны в диапазоне от 10 до 100 м. Их
называют декаметровыми волнами.
Средние волны
Средние, или гектометровые, волны занимают диапазон от 100 м до 1 км.
Длинные волны
Длинные, или километровые, волны находятся в интервале от 1 км до 10 км.
Короткие, средние, и длинные радиоволны волны применяются в радиовещании и
радиосвязи.
Сверхдлинные волны
Все радиоволны, длина которых превышает 10 км, называются сверхдлинными. Их
разделяют на мириаметровые (длина волны от 10 км до 100 км), гектокилометровые (в
интервале от 100 км до 1000 км), мегаметровые (от 1000 км до 10 000 км) и
декамегаметровые (от 10 000 км до 100 000 км).
Сверхдлинные радиоволны используются для связи с подводными лодками.
Децимиллиметровые волны
Отдельно нужно сказать о децимиллиметровых волнах. Такими считаются волны длиной
от 0,1 мм до 1 мм. Их называют также субмиллиметровыми. Это вид электромагнитного
излучения, спектр частот которого располагается между инфракрасным и
сверхвысокочастотным излучением, включающим в себя диапазон дециметровых,
сантиметровых и миллиметровых радиоволн. Хотя по международной классификации
оно относится к радиоволнам, применяют его в основном в медицине и системах
безопасности. В отличие от рентгеновского, оно безопасно для организма человека,
поэтому используется в приборах для сканирования органов человеческого тела. В
аэропортах с его помощью «просвечивают» багаж пассажиров. В физике его называют
терагерцевым излучением из-за высокой частоты, расположенной в диапазоне 1011—
1013 Гц.

что такое тепловидение и термография

Инфракрасное (ИК) излучение занимает диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Его часто называют тепловым, поскольку оно испускается всеми физическими телами, имеющими температуру выше абсолютного нуля (-273 градусов). Иными словами, если бы глаз человека видел в ИК диапазоне, то мы могли бы оценивать температуру объектов, не прикасаясь к ним.

Содержание статьи

Видеть невидимое

Человек видит окружающий мир благодаря регистрации глазом отраженного излучения солнца и других источников. Видимый свет занимает диапазон длин волн электромагнитного излучении от 0,38 до 0,76 мкм, причем середина этого диапазона приходится на длину волны 0,55 мкм, которая соответствует максимуму солнечного излучения.

Поскольку весь диапазон электромагнитного излучения простирается от ангстрем до сотен километров и фактически не ограничен ни «слева», ни «справа», человеческая цивилизация на протяжении своей технологической истории стремится освоить те диапазоны излучения, где глаз человека бессилен. Так, например, без рентгеновского излучения, открытого Рентгеном в 1895 г. (в 1901 г. Рентгену присуждена первая Нобелевская премия по физике) невозможна медицинская диагностика многих заболеваний, а также техническая диагностика металлов, на которой продолжает базироваться современная промышленность. Радиоволны используются в системах коммуникации, радиовещания и телевидения благодаря тому, что они хорошо распространяются в атмосфере на большие расстояния.

В последние годы появилось как активное, так и пассивное, терагерцовое (микроволновое) «видение», которое использует волны миллиметрового и сантиметрового диапазона для просвечивания твердых тел, благодаря чему стал возможным оперативный контроль авиапассажиров в антитеррористических целях (в перспективе возможно наблюдение за людьми сквозь стены зданий).

Инфракрасное (ИК) излучение занимает диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Его часто называют тепловым, поскольку оно испускается всеми физическими телами, имеющими температуру выше абсолютного нуля (-273 градусов). Иными словами, если бы глаз человека видел в ИК диапазоне, то мы могли бы оценивать температуру объектов, не прикасаясь к ним. Интересно отметить, что в живой природе специальные органы, улавливающие тепловое излучение, имеются у ряда животных. Например, змеи используют специфический алгоритм обработки данных о внешнем мире, позволяющий из всего многообразия теплых предметов, существующих в окружающем мире, выбирать только те, что движутся и представляют определенный интерес в смысле пропитания. Человек в этом смысле менее совершенен. Считается, что адаптированный к темноте глаз человека начинает фиксировать слабое излучение тел, когда их температура превышает 435 градусов.

ИК термография, или тепловидение – научно-техническая дисциплина, включающая методы и средства для обнаружения и определения количественных характеристик источников теплового излучении. Попросту говоря, тепловизоры позволяют видеть окружающий мир в тепловых лучах, испускаемых всеми телами, в то время как человеческий глаз позволяет распознавать видимые образы только при наличии источников видимого света.

Инфракрасная (ИК) камера (тепловизор) измеряет и представляет в виде изображений испускаемое объектом инфракрасное излучение. Тот факт, что излучение является функцией температуры поверхности объекта, позволяет камере рассчитать и отобразить такую температуру.

В практическом тепловидении используют два диапазона длин волн: средневолновый 2…5 мкм и длинноволновый 7…13 мкм. Тепловидение имеет дело с черно-белыми или цветными ИК термограммами, показывающими распределение теплового излучения на поверхности объектов контроля. Будет неправильно утверждать, что термограммы отражают только температуру объектов, поскольку наличие у тел определенной температуры есть важная, но не единственная причина возникновения ИК излучения. Мощность теплового излучения, поступающего от объекта контроля в тепловизор, зависит как от его температуры, так и от свойств материала и его поверхности, а также от наличия посторонних тепловых источников.

Тепловизорами могут оснащаться современные системы видеонаблюдения и системы пожарной сигнализации, военная и охранная индустрия также часто используют тепловидение. Тем не менее, наибольшее распространение в промышленности получили измерительные тепловизоры (ИК радиометры), которые можно рассматривать как многоточечные бесконтактные ИК термометры, позволяющие дистанционно и оперативно измерять температуру во множестве точек рассматриваемой сцены, причем число этих точек может превышать миллион.

радиоволн | Encyclopedia.com

Распространение радиоволн

Передача радиоволн

Модуляция звуковой волны

Ресурсы

Радиоволны — это форма электромагнитного излучения с относительно длинными длинами волн и низкими частотами. Радиочастота электромагнитного спектра включает волны с частотами от примерно 10 килогерц (тысячи циклов в секунду) до примерно 60 000 мегагерц. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 98 000 футов или 30 000 м до 0.2 дюйма или 0,5 см. Коммерческая ценность радиоволн как средства передачи звуков была впервые оценена итальянским изобретателем Гульельмо Маркони в 1890-х годах. Изобретение Маркони привело к беспроводному телеграфу, радио и, в конечном итоге, к таким вариациям, как AM-радио, FM-радио и CB (гражданский диапазон).

Радиоволны распространяются по трем различным маршрутам от точки распространения до точки обнаружения. Эти три маршрута проходят через тропосферу, землю и отражаются от ионосферы.Первый из этих маршрутов самый прямой. Радиоволна, генерируемая и передаваемая из точки A, может проходить по относительно прямой линии через нижние слои атмосферы во вторую точку B, где ее присутствие может быть обнаружено приемником. Это распространение «прямой видимости» похоже на передачу луча света от одной точки к другой на поверхности Земли. И, как и в случае со светом, эта форма распространения радиоволн ограничена кривизной поверхности Земли.

Однако это описание слишком упрощено.Радиоволны по-разному отклоняются при движении через тропосферу. Например, они могут отражаться, преломляться или дифрагировать молекулами воздуха, через которые они проходят. Как следствие, радиоволны могут фактически выходить за пределы оптического горизонта Земли и до некоторой степени следовать за кривизной Земли.

Передача в прямой видимости приобрела новое измерение с изобретением спутников связи. Сегодня радиоволна может быть направлена ​​на орбитальный спутник, движущийся в верхних слоях атмосферы.Затем этот спутник может ретранслировать сигнал обратно на поверхность Земли, где он может быть получен несколькими приемными станциями. Спутники связи бывают двух типов. Один из них, пассивный спутник, просто обеспечивает поверхность, от которой может отражаться радиоволна. Другой тип, активный спутник, принимает сигнал, полученный с поверхности Земли, усиливает его, а затем ретранслирует его на наземные приемные станции.

Поскольку радиоволны распространяются во всех направлениях от передающей антенны, некоторые из них могут отражаться от земли к приемной антенне, где они могут быть обнаружены.Такие волны также могут передаваться по поверхности Земли в форме, известной как поверхностные волны. Радиоволны, передача которых происходит от поверхности Земли, могут быть изменены из-за изменения условий почвы, таких как неровности поверхности или количество влаги в земле.

Наконец, радиоволны могут передаваться путем отражения от ионосферы. Когда волны с частотами примерно до 25 мегагерц (иногда выше) проецируются в небо, они отражаются от области ионосферы, известной как E-слой.Слой E — это область с высокой электронной плотностью, расположенная на высоте около 50 миль (80 км) над поверхностью земли. Некоторое отражение происходит также от F-слоя ионосферы, расположенного на высоте около 120 миль (200 км) над поверхностью Земли. Радиоволны, отраженные ионосферой, также известны как небесные волны.

Радиоволна, выходящая из передающей антенны, возникает как звук, произносимый в микрофон. Микрофон — это устройство для преобразования звуковой энергии в электрическую. Микрофон выполняет это преобразование с помощью любого из множества механизмов.Например, в угольном микрофоне звуковые волны, попадающие в устройство, вызывают вибрацию коробки, содержащей гранулы углерода. Вибрирующие угольные гранулы, в свою очередь, вызывают изменение электрического сопротивления внутри угольного ящика, что приводит к выработке электрического тока различной силы.

Кристаллический микрофон использует пьезоэлектрический эффект, производство крошечного электрического тока, вызванного деформацией кристалла в микрофоне. Величина создаваемого тока соответствует величине звуковой волны, попадающей в микрофон.

Электрический ток, производимый внутри микрофона, затем проходит в усилитель, где сила тока значительно увеличивается. Затем ток передается на антенну, где изменяющееся электрическое поле, связанное с током, вызывает электромагнитную волну в воздухе вокруг антенны. Именно эта радиоволна затем распространяется в пространстве одним из описанных выше механизмов.

Радиоволна может быть обнаружена с помощью механизма, который по существу является обратным процессу, описанному здесь.Волна перехватывается антенной, которая преобразует волну в электрический сигнал, который передается на радио или телевизор. В радио или телевизоре электрический сигнал преобразуется в звуковую волну, которую можно транслировать через динамики.

Простая схема передачи, описанная выше, не может использоваться для коммерческого вещания. Если дюжина станций все передавали звуки с помощью механизма, описанного выше, принимающая станция могла бы уловить искаженную комбинацию всех передач.Чтобы предотвратить помехи от ряда передающих станций, сначала модулируются все широковещательные радиоволны.

Модуляция — это процесс, при котором звуковая волна добавляется к основной радиоволне, известной как несущая волна. Например, аудиосигнал может быть добавлен в электронном виде к сигналу несущей для создания нового сигнала, который подвергся амплитудной модуляции (AM). Амплитудная модуляция означает, что амплитуда (или размер) волны исходной звуковой волны была изменена путем добавления ее к несущей.

Звуковые волны также можно модулировать таким образом, чтобы изменять их частоту. Например, звуковая волна может быть добавлена ​​к несущему сигналу для получения сигнала с той же амплитудой, но с другой частотой. Звуковая волна в этом случае подверглась частотной модуляции (ЧМ).

Сигналы AM и FM должны декодироваться на принимающей станции. В любом случае несущая волна вычитается электронным способом из радиоволны, принимаемой приемной антенной. После этого процесса остается исходная звуковая волна, закодированная, конечно, как электрический сигнал.

Всем радиовещательным станциям Федеральная комиссия по связи США присваивает характерные несущие частоты. Эта система позволяет использовать

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Антенна — Электрический проводник, используемый для передачи или приема радиоволн.

Несущая волна — Радиоволна с присвоенной характеристической частотой для данной станции, к которой добавляется генерируемая звуком электрическая волна, несущая сообщение.

Электромагнитный спектр — Диапазон электромагнитного излучения, который включает радиоволны, рентгеновские лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, инфракрасное излучение, гамма-лучи и другие формы излучения.

Частота — Количество колебаний, циклов или волн, которые проходят определенную точку за секунду.

Герц— Единица измерения частоты, сокращенно Гц. Один герц — это один цикл в секунду.

Модуляция — Добавление генерируемой звуком электрической волны к несущей.

Пьезоэлектричество — Небольшой электрический ток, возникающий при деформации кристалла.

Распространение — Распространение волны от общего источника.

Тропосфера— Слой воздуха на высоте до 15 миль (24 км) над поверхностью Земли, также известный как нижняя атмосфера.

Длина волны — Расстояние между двумя последовательными гребнями или впадинами волны.

количество станций, которые будут работать в одной зоне без перекрытия. Таким образом, две станции, расположенные на расстоянии нескольких миль друг от друга, могут передавать одну и ту же программу, но они будут звучать по-разному (и иметь разные электрические сигналы), потому что каждая из них была наложена на другой сигнал несущей.

Приемные станции могут обнаружить разницу между этими двумя передачами, потому что они могут настроить свое оборудование на прием только одной или другой несущей частоты. Например, когда вы поворачиваете ручку настройки на собственном радиоприемнике, вы настраиваете приемник для приема несущих волн от станции A, станции B или какой-либо другой станции. Затем ваше радио декодирует полученный сигнал, вычитая несущую волну и преобразовывая оставшийся электрический сигнал в звуковую волну.

Идентификационные характеристики, по которым вы узнаете радиостанцию, отражают две ее важные функции передачи.Частота, например 101,5 мегагерца (или просто «101,5 на вашем циферблате»), определяет частоту несущей волны, как описано выше. Номинальная мощность («работа с мощностью 50 000 Вт») описывает мощность, доступную для передачи сигнала. Чем выше мощность станции, тем на большем расстоянии может быть получен ее сигнал.

См. Также Волновое движение.

КНИГ

Айзекс, апрель. Характеристики и поведение волн: понимание звука и электромагнитной волны.Нью-Йорк: издательство Rosen Publishing Group, 2004.

Someda, Карло Г. Электромагнитные волны. 2-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC, 2006.

Дэвид Э. Ньютон

16.6: Электромагнитный спектр — Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как электромагнитные волны делятся на разные диапазоны в зависимости от длины волны и соответствующей частоты
• Опишите, как создаются электромагнитные волны разных категорий
• Опишите некоторые из множества практических повседневных применений электромагнитных волн

Электромагнитные волны имеют широкий спектр практических повседневных применений, включая такие разнообразные применения, как связь по сотовому телефону и радиовещание, Wi-Fi, приготовление пищи, зрение, медицинская визуализация и лечение рака.В этом модуле мы обсуждаем, как электромагнитные волны классифицируются по таким категориям, как радио, инфракрасное, ультрафиолетовое и т. Д. Мы также резюмируем некоторые из основных приложений для каждого диапазона.

Различные категории электромагнитных волн различаются диапазоном длин волн или, что эквивалентно, соответствующими диапазонами частот. Их свойства плавно меняются от одного частотного диапазона к другому, с разными приложениями в каждом диапазоне. Краткий обзор производства и использования электромагнитных волн можно найти в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Электромагнитные волны

Тип волны	Производство	Приложения	Выпуски
Радио	Ускоряющие заряды	Связь, Дистанционное управление, MRI	Требуется контроль для использования ленты
Микроволны	Ускоряющие заряды и тепловое перемешивание	Связь, духовки, радары, использование сотовых телефонов
Инфракрасный	Тепловое перемешивание и электронные переходы	Тепловизионное отопление	Поглощается атмосферой, парниковый эффект
Видимый свет	Тепловое перемешивание и электронные переходы	Фотосинтез, Человеческое зрение
Ультрафиолет	Тепловое перемешивание и электронные переходы	Стерилизация, производство витамина D	Разрушение озонового слоя, вызывающее рак
Рентгеновские снимки	Внутренние электронные переходы и быстрые столкновения	Безопасность, Медицинская диагностика, Лечение рака	Рак, вызывающий
Гамма-лучи	Ядерный распад	Ядерная медицина, Безопасность, Медицинская диагностика, Лечение рака	Раковые заболевания, радиационный ущерб

Связь \ (c = f \ lambda \) между частотой f и длиной волны \ (\ lambda \) применяется ко всем волнам и гарантирует, что большая частота означает меньшую длину волны.На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показано, как различные типы электромагнитных волн классифицируются в соответствии с их длиной волны и частотой, то есть он показывает электромагнитный спектр.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): электромагнитный спектр, показывающий основные категории электромагнитных волн.

Радиоволны

Термин радиоволны относится к электромагнитному излучению с длиной волны более 0,1 м. Радиоволны обычно используются для аудиосвязи (т.е., для радиоприемников), но этот термин используется для электромагнитных волн в этом диапазоне независимо от их применения. Радиоволны обычно возникают из-за переменного тока в проводах радиовещательной антенны. Они охватывают очень широкий диапазон длин волн и делятся на множество поддиапазонов, включая микроволны, электромагнитные волны, используемые для AM и FM-радио, сотовые телефоны и телевизионные сигналы.

Нет самой низкой частоты радиоволн, но волны СНЧ или «чрезвычайно низкая частота» относятся к наиболее часто встречающимся самым низким частотам, от 3 Гц до 3 кГц.Ускоряющий заряд в переменном токе линий электропередач создает электромагнитные волны в этом диапазоне. КНЧ-волны способны проникать в морскую воду, которая сильно поглощает электромагнитные волны более высокой частоты, и поэтому полезны для подводной связи.

Чтобы использовать электромагнитную волну для передачи информации, амплитуда, частота или фаза волны модулируется , или изменяется управляемым способом, который кодирует намеченную информацию в волну.При радиопередаче AM амплитуда волны модулируется, чтобы имитировать колебания передаваемого звука. Теорема Фурье подразумевает, что модулированная AM-волна представляет собой суперпозицию волн, охватывающих некоторый узкий частотный диапазон. Каждой AM-станции назначается определенная несущая частота, которая по международному соглашению может изменяться на \ (\ pm 5 \, kHz \). При радиопередаче FM частота волны модулируется для передачи этой информации, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), и для частоты каждой станции разрешено использовать 100 кГц с каждой стороны от ее несущей частоты. .Электромагнитная волна создает ток в приемной антенне, а радио или телевидение обрабатывает сигнал, чтобы произвести звук и любое изображение. Чем выше частота радиоволны, используемой для передачи данных, тем большее детальное изменение волны может передаваться путем модуляции в каждой единице времени, и тем больше данных может быть передано за единицу времени. Приведенные частоты для AM-вещания составляют от 540 до 1600 кГц, а для FM — от 88 до 108 МГц.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Электромагнитные волны используются для передачи сигналов связи путем изменения амплитуды волны (AM), ее частоты (FM) или фазы.

Сотовый телефон разговоров и телевидение голосовые и видеоизображения обычно передаются в виде цифровых данных путем преобразования сигнала в последовательность двоичных единиц и нулей. Это обеспечивает более четкую передачу данных при слабом сигнале и позволяет использовать компьютерные алгоритмы для сжатия цифровых данных для передачи большего количества данных в каждом частотном диапазоне. Компьютерные данные также передаются как последовательность двоичных единиц и нулей, каждая единица или ноль составляют один бит данных.{12} Гц \). Их высокие частоты соответствуют коротким длинам волн по сравнению с другими радиоволнами — отсюда и название «микроволновые». Микроволны также возникают естественным образом как космическое фоновое излучение, оставшееся от происхождения Вселенной. Наряду с другими диапазонами электромагнитных волн они являются частью излучения, которое излучает и поглощает любой объект с температурой выше абсолютного нуля из-за теплового возбуждения , то есть из-за теплового движения его атомов и молекул.

Большая часть информации, передаваемой через спутник, передается на микроволнах . Radar — это обычное применение микроволн. Обнаруживая и синхронизируя микроволновые эхо-сигналы, радарные системы могут определять расстояние до таких разнообразных объектов, как облака, самолет или даже поверхность Венеры.

Микроволны 2,45 ГГц обычно используются в микроволновых печах. Электроны в молекуле воды стремятся оставаться ближе к ядру кислорода, чем ядра водорода (рис. \ (\ PageIndex {3} \)). Это создает два отдельных центра с равными и противоположными зарядами, что дает молекуле дипольный момент.Колеблющееся электрическое поле микроволн внутри печи создает крутящий момент, который стремится выровнять каждую молекулу сначала в одном направлении, а затем в другом, с движением каждой молекулы, связанной с другими вокруг нее. Это закачивает энергию в непрерывное тепловое движение воды, чтобы нагреть пищу. Тарелка под продуктами не содержит воды и остается относительно неотогретой.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Осциллирующее электрическое поле в микроволновой печи оказывает крутящий момент на молекулы воды из-за их дипольного момента, и крутящий момент меняет направление \ (4.- \) обозначают распределение заряда на молекулах.

Микроволны в микроволновой печи отражаются от стенок духовки, так что суперпозиция волн создает стоячие волны, похожие на стоячие волны вибрирующей гитары или скрипичной струны (нормальные режимы стоячей звуковой волны). Вращающийся вентилятор действует как мешалка, отражая микроволны в разных направлениях, а поворотные столики для еды помогают разложить горячие точки.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Почему микроволновые печи нагревают неравномерно

Как далеко друг от друга находятся горячие точки в 2.9 \, Гц)} \\ [4pt] & = 6.02 \, см. \ end {align} \]

Значение

Расстояние между горячими точками в микроволновой печи определяется длиной волны микроволн.

Сотовый телефон имеет радиоприемник и слабый радиопередатчик, оба из которых могут быстро настраиваться на сотни специально назначенных микроволновых частот. Низкая интенсивность передаваемого сигнала дает намеренно ограниченный диапазон. Наземная система связывает телефон только с широковещательной вышкой, назначенной для определенной небольшой области или соты, и плавно переключает свое соединение на следующую соту, когда там принимается более сильный сигнал.Это позволяет использовать сотовый телефон при смене местоположения.

Микроволны

также обеспечивают WiFi , который позволяет владельцам сотовых телефонов, портативных компьютеров и аналогичных устройств подключаться к Интернету без проводов дома, в кафе и аэропортах. Беспроводной маршрутизатор Wi-Fi — это устройство, которое обменивается данными через Интернет через кабель или другое соединение и использует микроволны для беспроводного обмена данными с такими устройствами, как сотовые телефоны и компьютеры. Сам термин Wi-Fi относится к стандартам, которым следуют при модулировании и анализе микроволн, так что беспроводные маршрутизаторы и устройства от разных производителей совместимы друг с другом.Компьютерные данные в каждом направлении состоят из последовательностей двоичных нулей и единиц, каждая из которых соответствует двоичному биту. Микроволны работают в диапазоне от 2,4 ГГц до 5,0 ГГц.

В других беспроводных технологиях также используются микроволны для обеспечения повседневной связи между устройствами. Bluetooth разработан вместе с Wi-Fi в качестве стандарта для радиосвязи в диапазоне 2,4 ГГц между соседними устройствами, например, для подключения наушников и наушников к таким устройствам, как радио, или сотового телефона водителя к устройству громкой связи, чтобы позволяют отвечать на телефонные звонки, не возясь непосредственно с мобильным телефоном.

Микроволны находят применение также в радиометке с использованием технологии RFID (радиочастотной идентификации). Примерами являются RFID-метки, прикрепляемые к магазинам, транспондер для пунктов взимания платы за проезд, прикрепленный к лобовому стеклу автомобиля, или даже чип, встроенный в кожу домашнего животного. Устройство реагирует на микроволновый сигнал, испуская собственный сигнал с закодированной информацией, позволяя магазинам быстро вызывать товары на свои кассовые аппараты, водителям без остановки взимать плату за проезд со своего счета, а потерянных домашних животных воссоединять со своими владельцами.NFC (связь ближнего радиуса действия) работает аналогично, за исключением того, что это гораздо более короткий диапазон. Его механизм взаимодействия — индуцированное магнитное поле на сверхвысоких частотах между двумя катушками. Сотовые телефоны, поддерживающие NFC и соответствующее программное обеспечение, могут предоставлять информацию для покупок с использованием мобильного телефона вместо физической кредитной карты. В этом случае желаемой мерой безопасности является очень короткий диапазон передачи данных.

Инфракрасное излучение

Граница между микроволновой и инфракрасной областями электромагнитного спектра четко не определена (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Инфракрасное излучение обычно возникает в результате теплового движения, а также колебаний и вращения атомов и молекул. Электронные переходы в атомах и молекулах могут также производить инфракрасное излучение . Около половины солнечной энергии, поступающей на Землю, находится в инфракрасной области, а большая часть остальной энергии — в видимой части спектра. Около 23% солнечной энергии поглощается атмосферой, около 48% поглощается поверхностью Земли и около 29% отражается обратно в космос.

Диапазон инфракрасных частот простирается до нижней границы видимого света, чуть ниже красного. Фактически, инфракрасный означает «ниже красного». Молекулы воды особенно хорошо вращаются и вибрируют на инфракрасных частотах. Спутники-разведчики могут обнаруживать здания, транспортные средства и даже отдельных людей по их инфракрасному излучению, мощность излучения которого пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Проще говоря, мы используем инфракрасные лампы, в том числе те, которые называются кварцевыми обогревателями , чтобы согреть нас, потому что мы поглощаем инфракрасное излучение лучше, чем наше окружение.

Знакомые портативные «пульты» для переключения каналов и настроек на телевизорах часто передают свой сигнал, модулируя инфракрасный луч. Если вы попытаетесь использовать пульт от телевизора, когда инфракрасный излучатель не находится в прямой видимости с инфракрасным детектором, вы можете обнаружить, что телевизор не отвечает. Некоторые пульты дистанционного управления вместо этого используют Bluetooth, что уменьшает это раздражение.

видимый свет

Видимый свет — это узкий сегмент электромагнитного спектра между примерно 400 нм и примерно 750 нм, на который реагирует нормальный человеческий глаз.Видимый свет создается колебаниями и вращениями атомов и молекул, а также электронными переходами внутри атомов и молекул. Приемники или детекторы света в основном используют электронные переходы.

Красный свет имеет самые низкие частоты и самые длинные волны, тогда как фиолетовый имеет самые высокие частоты и самые короткие длины волн (Рисунок \ (\ PageIndex {4} \)). Излучение Черного тела от Солнца достигает пика в видимой части спектра, но более интенсивно в красном, чем в фиолетовом, что делает Солнце желтоватым.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \). Небольшая часть электромагнитного спектра, включающая его видимые компоненты. Разделение между инфракрасным, видимым и ультрафиолетовым светом не совсем различно, равно как и различия между семью цветами радуги.

Живые существа — растения и животные — эволюционировали, чтобы использовать части электромагнитного спектра, в которые они встроены, и реагировать на них. Мы наслаждаемся красотой природы через видимый свет. Растения более избирательны. Фотосинтез использует части видимого спектра для производства сахаров.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолет означает «выше фиолетового». Электромагнитные частоты ультрафиолетового излучения (УФ) простираются вверх от фиолетового, самого высокочастотного видимого света. Ультрафиолет наивысшей частоты накладывается на рентгеновское излучение самой низкой частоты. Длины волн ультрафиолета простираются от 400 нм до примерно 10 нм на самых высоких частотах. Ультрафиолет создается атомными и молекулярными движениями и электронными переходами.

УФ-излучение Солнца подразделяется на три диапазона длин волн: УФ-А (320–400 нм) — самая низкая частота, затем УФ-В (290–320 нм) и УФ-С (220–290 нм).Большинство УФ-В и все УФ-С поглощаются молекулами озона (\ (O_3) \) в верхних слоях атмосферы. Следовательно, 99% солнечного УФ-излучения, достигающего поверхности Земли, составляет УФ-А.

Солнечный ожог вызывается сильным воздействием УФ-В и УФ-С, и повторное воздействие может увеличить вероятность рака кожи. Реакция загара — это защитный механизм, при котором организм вырабатывает пигменты в инертных слоях кожи, чтобы уменьшить воздействие на живые клетки, расположенные ниже.

Как будет показано в следующей главе, чем короче длина волны света, тем больше изменение энергии атома или молекулы, которые поглощают свет при электронном переходе.Это делает коротковолновый ультрафиолетовый свет вредным для живых клеток. Это также объясняет, почему ультрафиолетовое излучение лучше, чем видимый свет, может вызывать свечение некоторых материалов или флуоресцировать .

Помимо неблагоприятного воздействия ультрафиолетового излучения, существуют также преимущества воздействия в природе и использования в технике. Выработка витамина D в коже происходит в результате воздействия УФ-В-излучения, как правило, солнечного света. Несколько исследований показывают, что дефицит витамина D связан с развитием ряда видов рака (простаты, груди, толстой кишки), а также с остеопорозом.{-12} м \). У них более короткие длины волн и более высокие частоты, чем у ультрафиолета, поэтому энергия, которую они передают на атомном уровне, больше. В результате рентгеновские лучи оказывают неблагоприятное воздействие на живые клетки, подобное воздействию ультрафиолетового излучения, но они более проникающие. Рак и генетические дефекты могут быть вызваны рентгеновскими лучами. Из-за своего воздействия на быстро делящиеся клетки рентгеновские лучи также могут использоваться для лечения и даже лечения рака.

Рентгеновские лучи широко используются для визуализации объектов, непрозрачных для видимого света, таких как человеческое тело или части самолета.У людей риск повреждения клеток тщательно взвешивается с пользой полученной диагностической информации.

Гамма-лучи

Вскоре после того, как в 1896 году была впервые обнаружена ядерная радиоактивность, было обнаружено, что испускаются по крайней мере три различных типа излучения, которые были обозначены как альфа, бета и гамма-лучи. Наиболее проникающее ядерное излучение, гамма-лучи \ (\ gamma \) -лучей) было позже обнаружено, как чрезвычайно высокочастотная электромагнитная волна.

Нижний предел диапазона частот \ (\ gamma \) — лучей перекрывает верхний предел диапазона рентгеновских лучей. Гамма-лучи имеют характеристики, идентичные рентгеновским лучам той же частоты — они отличаются только источником. Название «гамма-лучи» обычно используется для обозначения электромагнитного излучения, испускаемого ядром, в то время как рентгеновские лучи обычно образуются при бомбардировке мишени энергичными электронами в рентгеновской трубке. На более высоких частотах \ (\ gamma \) — лучи более проникающие и более опасные для живых тканей.Они используются во многом так же, как и рентгеновские лучи, включая лечение рака. Гамма-излучение радиоактивных материалов используется в ядерной медицине.

Используйте это моделирование, чтобы изучить, как свет взаимодействует с молекулами в нашей атмосфере.

• Узнайте, как свет взаимодействует с молекулами в нашей атмосфере.
• Определите, что поглощение света зависит от молекулы и типа света.
• Соотнесите энергию света с результирующим движением.
• Определите, что энергия увеличивается от микроволнового до ультрафиолетового.
• Предскажите движение молекулы в зависимости от типа поглощаемого ею света.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Чем отличаются электромагнитные волны для разных видов электромагнитного излучения?

Ответ

Они попадают в разные диапазоны длин волн и, следовательно, также в разные соответствующие диапазоны частот.

Авторы и авторство

• Сэмюэл Дж.Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Радиочастотный спектр и погода, вода и климат: использование и проблемы

Персонал программы политики AMS ([email protected])

Скачать PDF

Мнения, выраженные в записках Политической программы Американского метеорологического общества , принадлежат только автору и не обязательно отражают взгляды Американского метеорологического общества, его членов или спонсоров.

Резюме:

Сообщество погоды, воды и климата полагается на радиочастотный спектр для выполнения двух жизненно важных функций: (1) для наблюдения за Землей (например, с помощью спутников, метеорологических радаров и профилометров ветра) и (2) для передачи данных о Земле. система для метеорологов, гидрологов, менеджеров по чрезвычайным ситуациям и других ученых по всей стране. Такое использование радиочастот приносит пользу широкому кругу социальных и экономических секторов, поддерживая эксплуатационные службы, которые защищают жизнь и имущество, и помогая продвинуть научное понимание земной системы.Радиочастотный спектр является ограниченным ресурсом, и конкуренция за него интенсивна и растет, особенно с быстрым расширением беспроводной связи. Это соревнование ставит под угрозу использование радиочастотного спектра, связанное с погодой, водой и климатом. Для лиц, принимающих решения, будет чрезвычайно важно понимать и учитывать метеорологическое использование радиочастотного спектра, которое помогает удовлетворить основные потребности человека, до того, как будут приняты решения о перераспределении.

Справочная информация:

Радиочастоты — это часть электромагнитного спектра, которая охватывает примерно 3–300 ГГц.Как и все электромагнитное излучение (например, видимый свет, ультрафиолетовое излучение и рентгеновские лучи), радиоволны распространяются со скоростью света.

Наблюдения за земной системой производятся с использованием платформ наземного, воздушного и космического базирования. Радиоволны отражаются, поглощаются, рассеиваются, преломляются и дифрагируют атмосферными условиями, с которыми они сталкиваются, такими как облака и осадки. Важно отметить, что разные атмосферные условия по-разному влияют на радиоволны.Это позволяет ученым использовать радиоволны для обнаружения торнадо, отслеживания ураганов и определения широкого диапазона метеорологических условий, таких как атмосферная влажность, типы и количество облаков, скорость и направление ветра, а также типы и количество осадков. Радиоволны также могут определять высоту волн в океанах и озерах, штормовые нагоны и океанические течения, среди других состояний земной системы.

Кроме того, определение атмосферных условий требует использования определенных радиочастот, замена которых невозможна.Например, только определенные длины волн беспрепятственно проходят сквозь облака. Часто те же длины волн ценны для телекоммуникаций, потому что они могут проходить через здания и другие препятствия. Совместное использование спектра может создать дополнительные проблемы, поскольку приемники и передатчики часто используют узкие полосы частот и должны уметь различать значимые сигналы, фоновый шум и нежелательные сигналы.

За последние несколько десятилетий конкуренция за радиочастотный спектр усилилась с появлением и быстрым ростом беспроводной связи.Сигналы коммерческих наземных пользователей спектра, таких как вышки сотовой связи или телефоны, часто намного сильнее сигналов, измеряемых или передаваемых погодными, водными и климатическими сообществами. Это может вызвать радиочастотные помехи (RFI) при использовании спектра в научных и рабочих целях, связанных с погодой, водой и климатом, что может ухудшить обнаружение сигнала.

В некоторых случаях защитные зоны, расположенные вокруг критически важных объектов (т. Е. Областей, где коммерческим пользователям запрещено вмешиваться в научное и эксплуатационное использование), могут обеспечивать коммерческое использование радиочастотного спектра при поддержании критически важных федеральных операций.Однако охраняемые зоны не всегда подходят для защиты федеральных пользователей и не помогают нефедеральным пользователям, которые распределены по всей стране и находятся за пределами охраняемых зон.

Научное сообщество использует радиоспектр тремя способами:

• Пассивное дистанционное зондирование, при котором ученые измеряют естественное радиочастотное излучение окружающей среды и космоса. Для этого требуется только приемник. Обычно они располагаются на космической платформе.
• Активное дистанционное зондирование, при котором ученые испускают радиоволны в атмосферу и измеряют их передачу. Это требует использования как передатчика, так и приемника.
• Передача данных, при которой радиоволны используются для распространения информации. Что касается данных об окружающей среде, это может включать в себя передачу информации напрямую со спутника пользователям по всей стране.

Своевременный и бесперебойный доступ к прогнозам погоды, климатической информации и состоянию океана, который делают возможным эти метеорологические виды использования, имеет центральное значение для обеспечения готовности населения и реагирования на существующие опасности и возникающие угрозы.

Радиочастотный спектр распределяется и совместно используется несколькими пользователями, включая академических исследователей, федеральные, государственные и местные правительственные учреждения, а также частные компании. За распределение и регулирование спектра отвечают несколько различных агентств: Международный союз электросвязи (МСЭ) в ООН распределяет спектр на международном уровне; внутри страны Национальное управление электросвязи и информации (NTIA) управляет федеральным использованием спектра; Федеральная комиссия по связи (FCC) управляет нефедеральным использованием спектра.

Финансовые выгоды для экономики США от освобождения спектра для коммерческого использования значительны. Например, в 2015 году FCC продала с аукциона 65 МГц сегментов диапазона 1695–2180 МГц за 44,9 миллиарда долларов. Однако социально-экономические выгоды от использования спектра в метеорологии — управление в чрезвычайных ситуациях и другие оперативные службы, а также научный прогресс — имеют решающее значение для успеха современного общества и также должны учитываться при оптимальном управлении использованием спектра.Крайне важно, что практически каждый сектор экономики страны чувствителен к погодным условиям, и можно ожидать, что ухудшение научного и оперативного использования будет иметь значительные финансовые последствия и последствия для безопасности.

Лица, определяющие политику, сталкиваются с трудностями при выборе баланса между будущими потребностями в радиочастотном спектре и существующим широким кругом оперативных и научных пользователей в области погоды, воды и климата. Для лиц, принимающих решения, будет чрезвычайно важно понимать и учитывать риски для метеорологических видов использования, которые помогают удовлетворить основные потребности человека, до того, как будет сделан выбор в отношении перераспределения радиочастотного спектра.

13.5 Электромагнитный спектр — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

---

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как электромагнитные волны делятся на разные диапазоны в зависимости от длины волны и соответствующей частоты
• Опишите, как создаются электромагнитные волны разных категорий
• Опишите некоторые из множества практических повседневных применений электромагнитных волн

Электромагнитные волны имеют широкий спектр практических повседневных применений, включая такие разнообразные применения, как связь по сотовому телефону и радиовещание, Wi-Fi, приготовление пищи, зрение, медицинская визуализация и лечение рака.В этом модуле мы обсуждаем, как электромагнитные волны классифицируются по таким категориям, как радио, инфракрасное, ультрафиолетовое и т. Д. Мы также резюмируем некоторые из основных приложений для каждого диапазона.

Различные категории электромагнитных волн различаются диапазоном длин волн или, что эквивалентно, соответствующими диапазонами частот. Их свойства плавно меняются от одного частотного диапазона к другому, с разными приложениями в каждом диапазоне. Краткий обзор производства и использования электромагнитных волн представлен в Таблице 13.5.1.

(таблица 13.5.1)

Тип волны	Производство	Приложения	Проблемы
Радио	Ускоряющие заряды	Связь Пульт дистанционного управления МРТ	Требуется контроль для использования ленты
Микроволны	Ускоряющие заряды и тепловое перемешивание	Связь Духовки Радар Использование сотового телефона
Инфракрасный	Тепловое перемешивание и электронные переходы	Тепловидение Отопление	Поглощено атмосферой Парниковый эффект
Видимый свет	Тепловое перемешивание и электронные переходы	Фотосинтез Человеческое зрение
Ультрафиолет	Тепловое перемешивание и электронные переходы	Стерилизация Производство витамина D	Разрушение озона Рак, вызывающий рак
Рентгеновские снимки	Внутренние электронные переходы и быстрые столкновения	Безопасность Медицинский диагноз Лечение рака	Рак, вызывающий
Гамма-лучи	Распад ядра	Ядерная медицина Безопасность Медицинский диагноз Лечение рака	Рак вызывающий Радиационные повреждения

Таблица 13.5.1 Электромагнитные волны

Соотношение между частотой и длиной волны применяется ко всем волнам и гарантирует, что большая частота означает меньшую длину волны. На рисунке 13.5.1 показано, как различные типы электромагнитных волн классифицируются в соответствии с их длинами волн и частотами, то есть на нем показан электромагнитный спектр.

(рисунок 13.5.1)

Рисунок 13.5.1 Электромагнитный спектр, показывающий основные категории электромагнитных волн.

Радиоволны

Термин радиоволны относится к электромагнитному излучению с длинами волн больше, чем примерно Радиоволны обычно используются для аудиосвязи (то есть для радио), но этот термин используется для электромагнитных волн в этом диапазоне независимо от их применения. Радиоволны обычно возникают из-за переменного тока в проводах радиовещательной антенны. Они охватывают очень широкий диапазон длин волн и делятся на множество поддиапазонов, включая микроволны, электромагнитные волны, используемые для AM и FM-радио, сотовые телефоны и телевизионные сигналы.

Не существует самой низкой частоты радиоволн, но волны СНЧ или «чрезвычайно низкая частота» относятся к наиболее часто встречающимся самым низким частотам, от до Ускоряющий заряд в переменном токе в линиях электропередач производит электромагнитные волны в этом диапазоне. КНЧ-волны способны проникать в морскую воду, которая сильно поглощает электромагнитные волны более высокой частоты, и поэтому полезны для подводной связи.

Чтобы использовать электромагнитную волну для передачи информации, амплитуда, частота или фаза волны модулируется , или изменяется контролируемым образом, который кодирует намеченную информацию в волну.При радиопередаче AM амплитуда волны модулируется, чтобы имитировать колебания передаваемого звука. Теорема Фурье подразумевает, что модулированная AM-волна представляет собой суперпозицию волн, охватывающих некоторый узкий частотный диапазон. Каждой AM-станции назначается определенная несущая частота, которая, по международному соглашению, может изменяться с помощью радиопередачи FM, частота волны модулируется для передачи этой информации, как показано на рисунке 13.5.2, и частота каждой Станции разрешено использовать на каждой стороне свою несущую частоту.Электромагнитная волна создает ток в приемной антенне, а радио или телевидение обрабатывает сигнал, чтобы произвести звук и любое изображение. Чем выше частота радиоволны, используемой для передачи данных, тем большее детальное изменение волны может передаваться путем модуляции в каждой единице времени, и тем больше данных может быть передано за единицу времени. Назначенные частоты для AM-вещания — до и для FM — до

.

(рисунок 13.5.2)

Рисунок 13.5.2 Электромагнитные волны используются для передачи сигналов связи путем изменения амплитуды волны (AM), ее частоты (FM) или фазы.

Сотовый телефон разговоров и телевидение голосовые и видеоизображения обычно передаются в виде цифровых данных путем преобразования сигнала в последовательность двоичных единиц и нулей. Это обеспечивает более четкую передачу данных при слабом сигнале и позволяет использовать компьютерные алгоритмы для сжатия цифровых данных для передачи большего количества данных в каждом частотном диапазоне.Компьютерные данные также передаются как последовательность двоичных единиц и нулей, каждая единица или ноль составляют один бит данных.

Микроволны

Микроволны — это электромагнитные волны самой высокой частоты, которые могут быть созданы токами в макроскопических схемах и устройствах. Диапазон частот микроволн составляет от примерно до почти. Их высокие частоты соответствуют коротким длинам волн по сравнению с другими радиоволнами — отсюда и название «микроволновые». Микроволны также возникают естественным образом как космическое фоновое излучение, оставшееся от происхождения Вселенной.Наряду с другими диапазонами электромагнитных волн они являются частью излучения, которое излучает и поглощает любой объект с температурой выше абсолютного нуля из-за теплового возбуждения , то есть из-за теплового движения его атомов и молекул.

Большая часть информации, передаваемой через спутник, передается на микроволнах . Radar — это обычное применение микроволн. Обнаруживая и синхронизируя микроволновые эхо-сигналы, радарные системы и могут определять расстояние до таких разнообразных объектов, как облака, самолет или даже поверхность Венеры.

Микроволны обычно используются в микроволновых печах. Электроны в молекуле воды стремятся оставаться ближе к ядру кислорода, чем ядра водорода (рис. 13.5.3). Это создает два разделенных центра равных и противоположных зарядов, давая молекуле дипольный момент (см. Электрическое поле). Колеблющееся электрическое поле микроволн внутри печи создает крутящий момент, который стремится выровнять каждую молекулу сначала в одном направлении, а затем в другом, с движением каждой молекулы, связанной с другими вокруг нее.Это закачивает энергию в непрерывное тепловое движение воды, чтобы нагреть пищу. Тарелка под продуктами не содержит воды и остается относительно неотогретой.

(рисунок 13.5.3)

Рис. 13.5.3 Осциллирующее электрическое поле в микроволновой печи воздействует на молекулы воды из-за их дипольного момента, и вращающий момент меняет направление раз в секунду. Взаимодействие между молекулами распределяет закачиваемую в них энергию. Символы и обозначают распределение заряда на молекулах.

Микроволны в микроволновой печи отражаются от стенок духовки, так что наложение волн создает стоячие волны, похожие на стоячие волны вибрирующей гитары или струны скрипки. Вращающийся вентилятор действует как мешалка, отражая микроволны в разных направлениях, а поворотные столики для еды помогают разложить горячие точки.

ПРИМЕР 13.5.1

---

Почему микроволновые печи нагреваются неравномерно

Как далеко друг от друга находятся горячие точки в микроволновой печи?

Стратегия

Рассмотрим волны вдоль одного направления в духовке, отражающиеся от противоположной стены, откуда они генерируются.

Решение

Пучности, где наблюдается максимальная интенсивность, находятся на расстоянии половины длины волны друг от друга, с разделением

Значение

Расстояние между горячими точками в микроволновой печи определяется длиной волны микроволн.

Сотовый телефон имеет радиоприемник и слабый радиопередатчик, оба из которых могут быстро настраиваться на сотни специально назначенных микроволновых частот. Низкая интенсивность передаваемого сигнала дает намеренно ограниченный диапазон.Наземная система связывает телефон только с широковещательной вышкой, назначенной для определенной небольшой области или соты, и плавно переключает свое соединение на следующую соту, когда там принимается более сильный сигнал. Это позволяет использовать сотовый телефон при смене местоположения.

Микроволны

также обеспечивают WiFi , который позволяет владельцам сотовых телефонов, портативных компьютеров и аналогичных устройств подключаться к Интернету без проводов дома, в кафе и аэропортах.Беспроводной маршрутизатор Wi-Fi — это устройство, которое обменивается данными через Интернет через кабель или другое соединение и использует микроволны для беспроводного обмена данными с такими устройствами, как сотовые телефоны и компьютеры. Сам термин Wi-Fi относится к стандартам, которым следуют при модулировании и анализе микроволн, так что беспроводные маршрутизаторы и устройства от разных производителей совместимы друг с другом. Компьютерные данные в каждом направлении состоят из последовательностей двоичных нулей и единиц, каждая из которых соответствует двоичному биту.Микроволны находятся в диапазоне от до диапазона.

В других беспроводных технологиях также используются микроволны для обеспечения повседневной связи между устройствами. Bluetooth разработан вместе с WiFi в качестве стандарта для радиосвязи в диапазоне между соседними устройствами, например, для подключения наушников и наушников к таким устройствам, как радио, или сотового телефона водителя к устройству громкой связи, чтобы можно было отвечать на телефонные звонки. звонит, не возясь непосредственно с мобильным телефоном.

Микроволны находят применение также в радиометке с использованием технологии RFID (радиочастотной идентификации).Примерами являются RFID-метки, прикрепляемые к магазинам, транспондер для пунктов взимания платы за проезд, прикрепленный к лобовому стеклу автомобиля, или даже чип, встроенный в кожу домашнего животного. Устройство реагирует на микроволновый сигнал, испуская собственный сигнал с закодированной информацией, позволяя магазинам быстро вызывать товары на свои кассовые аппараты, водителям без остановки взимать плату за проезд со своего счета, а потерянных домашних животных воссоединять со своими владельцами. NFC (связь ближнего радиуса действия) работает аналогично, за исключением того, что это гораздо более короткий диапазон.Его механизм взаимодействия — индуцированное магнитное поле на сверхвысоких частотах между двумя катушками. Сотовые телефоны, поддерживающие NFC и соответствующее программное обеспечение, могут предоставлять информацию для покупок с использованием мобильного телефона вместо физической кредитной карты. В этом случае желаемой мерой безопасности является очень короткий диапазон передачи данных.

Инфракрасное излучение

Граница между микроволновой и инфракрасной областями электромагнитного спектра четко не определена (см. Рисунок 13.5.1). Инфракрасное излучение обычно возникает в результате теплового движения, а также колебаний и вращения атомов и молекул. Электронные переходы в атомах и молекулах могут также производить инфракрасное излучение . Около половины солнечной энергии, поступающей на Землю, находится в инфракрасной области, а большая часть остальной энергии — в видимой части спектра. Около солнечной энергии поглощается атмосферой, около 48% поглощается поверхностью Земли и примерно отражается обратно в космос.

Диапазон инфракрасных частот простирается до нижней границы видимого света, чуть ниже красного. Фактически, инфракрасный означает «ниже красного». Молекулы воды особенно хорошо вращаются и вибрируют на инфракрасных частотах. Спутники-разведчики могут обнаруживать здания, транспортные средства и даже отдельных людей по их инфракрасному излучению, мощность излучения которого пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Проще говоря, мы используем инфракрасные лампы, в том числе те, которые называются кварцевыми обогревателями , чтобы согревать нас, потому что мы поглощаем инфракрасное излучение лучше, чем наше окружение.

Знакомые портативные «пульты» для переключения каналов и настроек на телевизорах часто передают свой сигнал, модулируя инфракрасный луч. Если вы попытаетесь использовать пульт от телевизора, когда инфракрасный излучатель не находится в прямой видимости с инфракрасным детектором, вы можете обнаружить, что телевизор не отвечает. Некоторые пульты дистанционного управления вместо этого используют Bluetooth, что уменьшает это раздражение.

Видимый свет

Видимый свет — это узкий сегмент электромагнитного спектра между примерно и примерно, на который реагирует нормальный человеческий глаз.Видимый свет создается колебаниями и вращениями атомов и молекул, а также электронными переходами внутри атомов и молекул. Приемники или детекторы света в основном используют электронные переходы.

Красный свет имеет самые низкие частоты и самые длинные волны, тогда как фиолетовый имеет самые высокие частоты и самые короткие длины волн (рисунок 13.5.4). Излучение Черного тела от Солнца достигает пика в видимой части спектра, но более интенсивно в красном, чем в фиолетовом, что делает Солнце желтоватым.

(рисунок 13.5.4)

Рисунок 13.5.4 Небольшая часть электромагнитного спектра, которая включает его видимые компоненты. Разделение между инфракрасным, видимым и ультрафиолетовым светом не совсем различно, равно как и различия между семью цветами радуги.

Живые существа — растения и животные — эволюционировали, чтобы использовать части электромагнитного спектра, в которые они встроены, и реагировать на них. Мы наслаждаемся красотой природы через видимый свет. Растения более избирательны.Фотосинтез использует части видимого спектра для производства сахаров.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолет означает «выше фиолетового». Электромагнитные частоты ультрафиолетового излучения (УФ) простираются вверх от фиолетового, самого высокочастотного видимого света. Ультрафиолет наивысшей частоты накладывается на рентгеновское излучение самой низкой частоты. Длины волн ультрафиолета простираются от минимума до самых высоких частот. Ультрафиолет создается атомными и молекулярными движениями и электронными переходами.

УФ-излучение Солнца в общих чертах подразделяется на три диапазона длин волн: УФ-А () — самая низкая частота, затем УФ-В () и УФ-С (). Большая часть УФ-В и всего УФ-С поглощается молекулами озона () в верхних слоях атмосферы. Следовательно, солнечное УФ-излучение, достигающее поверхности Земли, является УФ-А.

Солнечный ожог вызывается сильным воздействием УФ-В и УФ-С, и повторное воздействие может увеличить вероятность рака кожи. Реакция загара — это защитный механизм, при котором организм вырабатывает пигменты в инертных слоях кожи, чтобы уменьшить воздействие на живые клетки, расположенные ниже.

Как будет показано в следующей главе, чем короче длина волны света, тем больше изменение энергии атома или молекулы, которые поглощают свет при электронном переходе. Это делает коротковолновый ультрафиолетовый свет вредным для живых клеток. Это также объясняет, почему ультрафиолетовое излучение лучше, чем видимый свет, может вызывать свечение некоторых материалов или флуоресценции .

Помимо неблагоприятного воздействия ультрафиолетового излучения, существуют также преимущества воздействия в природе и использования в технике.Выработка витамина D в коже происходит в результате воздействия УФ-В-излучения, как правило, солнечного света. Несколько исследований показывают, что дефицит витамина D связан с развитием ряда видов рака (простаты, груди, толстой кишки), а также с остеопорозом. Ультрафиолет низкой интенсивности имеет такие применения, как обеспечение энергией, заставляющей определенные красители флуоресцировать и излучать видимый свет, например, в печатных деньгах для отображения скрытых водяных знаков в качестве защиты от подделки.

Рентгеновские снимки

Рентгеновские лучи имеют длины волн от около до. Они имеют более короткие длины волн и более высокие частоты, чем ультрафиолетовое, так что энергия, которую они передают на атомном уровне, больше.В результате рентгеновские лучи оказывают неблагоприятное воздействие на живые клетки, подобное воздействию ультрафиолетового излучения, но они более проникающие. Рак и генетические дефекты могут быть вызваны рентгеновскими лучами. Из-за своего воздействия на быстро делящиеся клетки рентгеновские лучи также могут использоваться для лечения и даже лечения рака.

Рентгеновские лучи широко используются для визуализации объектов, непрозрачных для видимого света, таких как человеческое тело или части самолета. У людей риск повреждения клеток тщательно взвешивается с пользой полученной диагностической информации.

Гамма-лучи

Вскоре после того, как в 1896 году была впервые обнаружена ядерная радиоактивность, было обнаружено, что испускаются по крайней мере три различных типа излучения, которые были обозначены как альфа, бета и гамма-лучи. Наиболее проникающее ядерное излучение, гамма-луч ( луч ), было позже обнаружено как чрезвычайно высокочастотная электромагнитная волна.

Нижний предел диапазона частот луча перекрывает верхний предел диапазона рентгеновских лучей. Гамма-лучи имеют характеристики, идентичные рентгеновским лучам той же частоты — они отличаются только источником.Название «гамма-лучи» обычно используется для обозначения электромагнитного излучения, испускаемого ядром, в то время как рентгеновские лучи обычно образуются при бомбардировке мишени энергичными электронами в рентгеновской трубке. На более высоких частотах лучи проникают сильнее и сильнее повреждают живые ткани. Они используются во многом так же, как и рентгеновские лучи, включая лечение рака. Гамма-излучение радиоактивных материалов используется в ядерной медицине.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 13,6

---

Чем отличаются электромагнитные волны для разных видов электромагнитного излучения?

Кандела Цитаты

Лицензионный контент CC, особая атрибуция

• Загрузите бесплатно по адресу http: // cnx.org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Атрибуция

Подробнее о радиоволнах и электромагнитном излучении

Подробнее о радиоволнах и электромагнитном излучении

Подробнее о радиоволнах и электромагнитном излучении

Электромагнитное излучение (включая радиоволны, свет, космические лучи и др.) движется по пустому пространству со скоростью 299 792 км за второй. Солнечный свет — знакомый пример электромагнитного излучения, которое естественно испускается Солнцем. Звездный свет — то же самое из «Солнц». которые намного дальше.

Электромагнитное излучение распространяется волнами, которые «колеблются» на разных частотах . Радиоволны находятся в диапазоне примерно от 10 кГц (или десять тысяч волн в секунду) до 100 ГГц (что составляет сто миллионов колебаний в секунду).

Хотя это не электромагнитные волны , вы можете сравнить эти скорости с другими видами волн:

• Ваш автомобиль вибрирует со скоростью около 300 ударов в секунду
• Звуковые волны можно услышать примерно от 400 до 10000 ударов в секунду
• Даже прибой на пляже — это волна с гораздо меньшей частотой; менее одного в секунду.

В совокупности электромагнитные волны составляют то, что называется электромагнитными волнами. Спектр .Радиоволны используются для беспроводной передачи звуковых сообщений, или для передачи информации.

Рисунок из публикации Лаборатории реактивного движения НАСА: Основы космоса Рабочая тетрадь летного курсанта. http://www-b.jpl.nasa.gov/basics/

Электромагнитное излучение с частотами от 10 кГц до 100 ГГц называются радиочастотами. Радиочастоты разделены на группы которые имеют аналогичные характеристики, называемые «диапазонами», например «S-диапазон», «X-диапазон». и т.п.Полосы далее делятся на небольшие диапазоны частот, называемые «каналами». некоторые из них были зарезервированы для использования в дальней космической связи. Многие космические аппараты используют частоты S-диапазона и X-диапазона, которые находятся в окрестности от 2 до 10 ГГц. Эти частоты относятся к числу тех, которые называются микроволны, потому что их длина волны очень короткая, всего несколько сантиметров. Системы связи в дальнем космосе разрабатываются для использования на равных более высокочастотный Ka-диапазон.

Лента	Диапазон Длины волн (см)	Частота (ГГц)
L	30-15	1-2
S	15-7,5	2-4
C	7,5 — 3,75	4-8
X	3,75 — 2,4	8-12
Ka	2,4 — 0,75	12-40

---

Как данные передаются по радиоволнам?
Что мешает радиоволнам?
Что такое длина волны?
Что такие радиоволны?
Что такое частота?
Что такое энергия?

Как в радиосигнале передаются дополнительные данные?
Почему так долго радиоволны путешествовать в космосе?
Как бывают частоты и длина волны связана?
Как работает отражение влияют на радиоволны?
Что такое излучение?

Что такое эффект Доплера?
Как вы делаете радиоволны?
Что Использует ли DS1 для связи радиочастоту?
Где находится энергия взялась?
Что делает ЭМ излучение?

---

2.Каковы источники воздействия радиочастотных (РЧ) полей?

2. Каковы источники воздействия радиочастотных (РЧ) полей?

• 2.1 Какова степень воздействия мобильных телефонов и беспроводных устройств?
• 2.2 Каков уровень облучения от базовых станций мобильной связи и радиомачт?
• 2.3 Как радиоволны используются в медицине?

Локальные беспроводные компьютерные сети генерируют радиополя
Предоставлено: Ramzi Mashisho

Современные устройства часто генерируют электромагнитные поля радиочастоты (RF) в диапазоне от 100 кГц до 300 ГГц.Основные источники радиочастотных полей включают мобильные телефоны, беспроводные телефоны, локальные беспроводные сети и вышки радиопередачи. Они также используются в медицинских сканерах, радиолокационных системах и микроволновых печах.

Информация о силе радиочастотных полей, генерируемых данным источником, легко доступна и полезна для определения соблюдения пределов безопасности. Но мало что известно о воздействии радиочастотных полей на отдельных людей, и эти данные имеют решающее значение для изучения воздействия на здоровье.Знания могут быть увеличены за счет более эффективного использования таких методов, как дозиметры, устройства, которые носят люди, для измерения их воздействия электромагнитной энергии с течением времени.

Источники радиоволн работают в разных частотных диапазонах, и сила электромагнитного поля быстро падает с расстоянием. Со временем человек может поглощать больше РЧ-энергии от устройства, излучающего радиосигналы рядом с телом, чем от мощного источника, находящегося дальше. Мобильные телефоны, беспроводные телефоны, локальные беспроводные сети и противоугонные устройства — все это источники, используемые в непосредственной близости.Источники дальнего действия включают вышки радиопередачи и базовые станции мобильной связи.

Более 2 миллиардов человек во всем мире пользуются мобильными телефонами. Мобильные телефоны широко распространены в Европе, и доля пользователей может достигать 80% и более * [Примечание: последние данные]. Большая часть мобильной связи в Европе использует технологию GSM или UMTS. Европейский Союз установил безопасные пределы энергии, поглощаемой организмом при контакте с мобильным телефоном. Мобильные телефоны, продаваемые в Европе, должны проходить стандартизованные испытания, чтобы продемонстрировать соответствие требованиям в соответствии со спецификациями Европейского комитета по стандартизации электрооборудования (CENELEC).

Типовые частоты для устройств, генерирующих радиочастоты поля

2.1 Насколько высок уровень воздействия мобильных телефонов и беспроводных устройств?

Под воздействием радиочастотных полей тело со временем поглощает энергии. Скорость, с которой поглощается энергия, известна как удельная скорость поглощения (SAR), и она варьируется в зависимости от тела.

Для портативных мобильных телефонов воздействие в основном ограничивается частью головы, ближайшей к антенне телефона.Европейский Союз установил предел безопасности радиочастот для головы человека на уровне удельного коэффициента поглощения (SAR) 2 Вт (2000 мВт) на килограмм ткани.

Мобильные телефоны тестируются в наихудших условиях: скорость, с которой энергия передается мобильным телефоном, работающим на максимальной мощности. На практике мощность, передаваемая во время разговора по мобильному телефону, обычно в сотни или тысячи раз ниже предполагаемой максимальной мощности.

GSM-телефоны, передающие на частоте 900 МГц, важной для мобильной связи, имеют максимальную усредненную по времени мощность 250 мВт.В соответствии с европейскими правилами, мощность усредняется за шесть минут, поскольку телефоны GSM передают радиосигналы пакетами информации, а не непрерывно.

В среднем во время шестиминутного разговора в наихудших условиях — когда мобильный телефон находится у головы и работает на максимальной мощности — 10 граммов тканей тела, которые поглощают большую часть энергии, обычно поглощают от 200 до 1500 мВт на килограмм. в зависимости от типа телефона. Когда мобильный телефон выключен, воздействия не происходит.Когда телефон находится в режиме ожидания, экспозиция обычно намного ниже, чем при работе на максимальной мощности.

Другие беспроводные устройства, используемые в непосредственной близости, такие как беспроводные телефоны и беспроводные сети, также генерируют радиоволны, но воздействие этих источников обычно ниже, чем от мобильных телефонов.

Одна беспроводная трубка DECT, используемая в обычном домашнем хозяйстве, вырабатывает около 10 мВт усредненной по времени мощности, что намного меньше, чем у мобильного телефона, работающего на максимальной мощности. Беспроводным телефонам требуется меньше энергии, чем мобильным телефонам, потому что сигналы не должны распространяться так далеко, чтобы достичь базовой станции — несколько метров по сравнению с несколькими километрами.Для радиосвязи на большие расстояния требуется больше мощности.

Зарядные устройства для беспроводных телефонов обычно находятся на расстоянии не более нескольких десятков метров от телефонов. Базовые станции мобильного телефона могут находиться на расстоянии нескольких километров от мобильного телефона.

Поскольку связь является двусторонней, необходимо также учитывать поле от базовой станции беспроводного телефона. Максимальный усредненный по времени уровень мощности для базовой станции DECT такой же, как и для мобильного телефона — 250 мВт. Но экспозиция меньше, потому что базовая станция беспроводного телефона не держится за голову, а напряженность поля быстро падает с расстоянием.

Большинство людей не живут или не работают достаточно близко к базовой станции мобильного телефона, чтобы это поле было проблемой. Это обсуждается далее в вопросе 2.2.

Терминал беспроводной компьютерной сети (Wireless Local Area Network, WLAN) имеет пиковую мощность 200 мВт, но усредненная по времени мощность зависит от трафика и обычно намного ниже. Вблизи станции беспроводной сети, используемой в домах и офисах, напряженность поля обычно ниже 0,5 мВт на квадратный метр.

Таким образом, воздействие беспроводных систем обычно ниже, чем у мобильных телефонов.Однако при определенных обстоятельствах воздействие радиочастотных полей от беспроводных сетей или беспроводных телефонов может быть выше, чем от мобильных телефонов GSM или UMTS.

Некоторые противоугонные устройства подвергают людей воздействию электромагнитных полей радио- и промежуточной частоты (вопрос 6). Все более популярные устройства устанавливаются на выходах из магазинов, чтобы отпугнуть воров. Радиочастотное воздействие варьируется в зависимости от типа, но ниже пределов безопасности, если устройство используется в соответствии с указаниями производителя.Радиочастотные поля также используются в промышленности, например, для обогрева или обслуживания радиовещательных станций. Эти системы могут подвергнуть работника воздействию уровней, близких или даже превышающих европейские пределы безопасности (Директива 2004/40 / EC). Подробнее …

2.2 Каков уровень облучения от базовых станций мобильной связи и радиовышек?

Базовые станции мобильных телефонов, как и вышки радиопередачи, представляют собой конструкции, предназначенные для поддержки антенн, передающих радиосигналы. Они представляют собой важную часть коммуникационных сетей, связывая отдельные мобильные телефоны с остальной частью сети.

В большинстве европейских стран базовые станции сейчас присутствуют постоянно, обеспечивая мобильную связь на больших территориях.

Поле довольно равномерное по всему телу и быстро уменьшается по мере удаления от антенны. Для таких ситуаций, чтобы можно было сравнить с измеренными величинами, Европейский Союз рекомендует максимальные значения напряженности поля и плотности мощности (контрольные уровни), ниже которых поглощенная энергия будет считаться безопасной.

На частоте 900 МГц, важной для мобильной связи, ЕС рекомендует не подвергать людей воздействию поля сильнее 4.5 Вт на квадратный метр (удельная мощность).

Для сетей мобильной связи GSM воздействие на население в целом обычно намного меньше — по крайней мере, в 100 раз ниже нормативов.

Для более новых сетей UMTS измерения воздействия на население в целом ограничены, так как использование этих мобильных телефонов меньше по сравнению с GSM. При измерении экспозиции выяснилось, что она составляет не более одной тысячной ватта на квадратный метр, а обычно намного меньше.

Другими важными источниками радиоволн являются радиовещательные системы (AM и FM).Максимальные значения, измеренные в местах, доступных для населения, обычно ниже 0,01 Вт на квадратный метр. Вблизи забора очень мощных передатчиков в некоторых случаях можно ожидать воздействия около 0,3 Вт на квадратный метр.

Что касается новой технологии цифрового телевещания (DVB-T), австрийское исследование зафиксировало удельную мощность не выше 0,04 Вт на квадратный метр и на уровне миллионных долей ватта на квадратный метр. Это похоже на плотность мощности более старых аналоговых систем телевещания, но, поскольку цифровые системы требуют большего количества передатчиков, можно ожидать более высоких уровней воздействия.

В некоторых странах уже действуют системы цифрового аудиовещания, систем. Другими источниками воздействия радиочастотных полей на большие расстояния являются гражданские и военные радиолокационные системы , частные мобильные радиосистемы или новые технологии, такие как WiMAX.

2.3 Как радиоволны используются в медицине?

В некоторых странах уже действуют системы цифрового аудиовещания. Другими источниками воздействия радиочастотных полей на большие расстояния являются гражданские и военные радиолокационные системы, частные мобильные радиосистемы или новые технологии, такие как WiMAX.

Еще одним распространенным применением радиочастотных полей в медицине является магнитно-резонансная томография или МРТ, при которой также используются очень сильные статические магнитные поля (см. Вопрос 8). Магнитно-резонансная томография (МРТ) обеспечивает трехмерные изображения внутренних структур тела, таких как мозг. Как и в случае терапевтического применения, облучение пациентов может превышать обычные пределы безопасности для населения. Подробнее …

Nats S04-14: Электромагнитный спектр

Nats S04-14: Электромагнитный спектр Натс 101 S04 # 14 Чтение: T&H 157-168

---

Электромагнитный спектр Важные моменты

• Все электромагнитное излучение создается таким же образом, ускоряя электрический заряд.
• Знать электромагнитный спектр и относительное положение различных виды излучения

---

Электромагнитный спектр

• Все излучение создается таким же образом за счет ускорения электрических зарядов.
• Анализируя электромагнитные уравнения, Максвелл понял, что было больше видов излучения, чем просто видимый свет.Он предсказал весь спектр.
• Это было проверкой его теории и было подтверждено Герцем в конце 1880-х годов, когда он открыл радиоволны.
• Весь электромагнитный спектр представляет собой континуум волн, которые могут быть мысли о частотах, длинах волн или энергии; это не независимо от того, что.
• Общие свойства различных типов излучения можно понять с точки зрения различий между ними. их соответствующие длины волн или между их соответствующими энергиями.На самом деле не имеет значения, как вы на это смотрите.
• Единицы длины:
мм = микрон = 1/1000 мм
нм = нанометры = 10 ^-9 м = 1/1000 мм
Å = ангстрем = 10 ^-10 м = 0,1 нм = 1/10 000 мм

---

Радиоволны: ¥> l > 2 мес.

• Колеблющиеся электроны вдоль высокой металлической антенны создают волны.
• Скорость колебания определяет длину волны
• Передачи AM и FM:
Broadcaster ограничен очень узкой полосой пропускания.
AM = амплитудно-модулированный, длинный l, например, 670 кГц (kilo = 10 ³ ). Поскольку радиоволны длинные, они могут разлетаться за пределы атмосферы.
FM = частотно-модулированный, короткий l, например 92,1 МГц (Mega = 10 ⁶ ). Поскольку эти радиоволны короче, чем волны AM, они также могут нести больше энергии и являются может легче проникать в предметы.Таким образом, FM-радиосигналы легче принимать в помещении. Однако они также легко проникают в атмосферу, поэтому Радиосигналы FM не принимаются далеко от источника их передачи.
TV — это сочетание обоих: AM для звука и FM для изображения
• Спутниковое радио работает на частоте около 2,3 ГГц (гигага = 10 ⁹ ), частоте, которая имеет больше энергии, чем FM.

---

Микроволны: 1 м> l> 1 мм.

• Короткая длина волны микроволновых лучей означает, что легко получить луч, узкий и хорошо очерченный по размеру.
• СВЧ передатчики, телевизор, спутник, телефон
• Радары и истребители-невидимки. Современный военный радар может обнаруживать муху на расстоянии до 1 мили. Истребители-невидимки используют краски, поглощающие микроволны, и построены со странными углами, чтобы странным образом отражать сигнал.
• В микроволновых печах колеблются молекулы H ₂ O.

---

Инфракрасный: 1 мм> l> 1 мм.

• Излучение тепла находится в этом диапазоне.
• Наша кожа — это грубый инфракрасный детектор
• Утечки энергии в домах
• Наведение ракет класса «воздух-воздух»

---

Видимый свет: 7500 Å> l> 4000 Å.

• Диапазон электромагнитного излучения, видимый нашими глазами.
• Мы не видим все длины волн с одинаковой чувствительностью.

---

Ультрафиолет: 4000 Å> l> 1000 Å

• Энергии сейчас достаточно, чтобы разорвать многие химические связи.
• Вот почему мы можем обгореть.
• Используется для чистки вещей, например больничное оборудование
• Черный свет вызывает флуоресценцию

---

Рентгеновские лучи: 1000 Å> l> 1 Å

• Длина волны достаточно короткая, чтобы проникать в большинство форм материи.
• Вот почему его используют для исследования сломанных костей.
• Кристаллография
• Высокая энергия смертельна

---

Гамма-лучи: 1 Å> l> 1 / ¥

• Вплоть до размера ядра
• Астрономия использует гамма-лучи, потому что они, должно быть, испускались высокими энергетические события

---

Устройство связи нового типа

• использует весь радиоэнергетический спектр
• сообщения отправляются от передатчика к получателю в наборе заранее определенных длины волн, известные только этим двум устройствам
• Сигналы бывают двоичными, т.е. 0 или 1.Они отправляются миллионы раз в секунду. где 0 означает на 10 пикосекунд (10 триллионных долей секунды) раньше, а 1 — опоздание на 10 пикосекунд.
• Захватывающие свойства устройств заключаются в том, что они безопасные, маленькие, маленькие. необходимая мощность, может предоставить позиционную информацию, высокая производительность, может работать сквозь землю «видит» сквозь предметы.
• Широко известное как «импульсное» или «сверхширокополосное» (СШП) радио или радар
• Область времени (http: // timedomain.com)
• Проблемы включают FCC, потому что лицензионные частоты составляют миллиард долларов. промышленность. Например, недавно в Лос-Анджелесе была продана FM-станция за 110 миллионов долларов. FCC наконец предоставила им лицензию в 2002 году.

---

.