Электромагнитное излучение с частотами от 3 кГц до 300 ГГц распространяется без проводов, перенося информацию на большие расстояния. Диапазон делится на подгруппы: длинные волны (3–30 кГц), средние (300–3000 кГц), короткие (3–30 МГц) и ультракороткие (30 МГц–300 ГГц). Каждая группа применяется в конкретных сценариях – от морской навигации до спутниковой связи.
Передатчик генерирует колебания, модулируя их амплитудой, частотой или фазой. Например, FM-станции используют отклонение несущей частоты на ±75 кГц вокруг центрального значения. Антенна преобразует электрический ток в излучение, которое принимается удалённым устройством с обратным преобразованием в звук или данные.
Скорость распространения равна скорости света – 299 792 км/с. Задержка сигнала между спутником и наземной станцией составляет около 120 мс из-за расстояния в 36 000 км. Для минимизации помех применяют узконаправленные антенны и частотное разделение каналов.
Передача звука и данных с помощью электромагнитных колебаний
Звуковые сигналы преобразуются в электрические колебания с помощью микрофона. Аналоговый сигнал модулирует несущую частоту передатчика – амплитудой (AM) или частотой (FM). При AM глубина модуляции достигает 80%, сохраняя разборчивость речи. FM-вещание использует отклонение частоты ±75 кГц, обеспечивая помехоустойчивость.
Цифровая передача кодирует информацию в бинарный поток. Технология OFDM разбивает данные на 2048 поднесущих, минимизируя потери при многолучевом распространении. Скорость передачи в стандарте DAB+ достигает 192 кбит/с для стереопотока с кодеком HE-AAC v2.
Приёмники выделяют полезный сигнал из радиочастотного спектра. Супергетеродинная схема с двойным преобразованием частоты снижает уровень помех. Современные SDR-приёмники оцифровывают сигнал напрямую на частоте до 100 МГц с разрядностью 12 бит.
Для передачи на большие расстояния применяют коротковолновый диапазон (3-30 МГц). Ионосферное отражение позволяет покрывать до 3000 км при мощности передатчика 500 Вт. Спутниковая связь использует частоты 12-18 ГГц с поляризационной модуляцией для увеличения пропускной способности.
Диапазоны радиоволн и их применение
Сверхдлинные волны (3–30 кГц) проникают через воду и грунт, поэтому применяются в подводной связи и геофизической разведке. Военные подлодки используют этот диапазон для приема сигналов на глубине.
Длинные волны (30–300 кГц) распространяются на тысячи километров. Основное применение – навигационные системы (LORAN) и передача точного времени.
Средние волны (300 кГц – 3 МГц) охватывают AM-радиовещание. Радиостанции в этом диапазоне работают ночью на расстояния до 2000 км благодаря отражению от ионосферы.
Короткие волны (3–30 МГц) используют для международного вещания и авиационной связи. Сигнал отражается от слоев атмосферы, обеспечивая передачу между континентами.
Ультракороткие волны (30–300 МГц) применяют в FM-радио (88–108 МГц), телевидении и мобильной связи. Прямолинейное распространение ограничивает зону действия 100–150 км.
Дециметровые волны (300 МГц – 3 ГГц) – основа сотовых сетей (GSM, LTE), Wi-Fi (2.4 и 5 ГГц) и спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС). Высокая частота позволяет передавать большие объемы данных.
Сантиметровые и миллиметровые волны (3–300 ГГц) задействованы в радиолокации, 5G-сетях и космической связи. Из-за сильного поглощения атмосферой требуют прямой видимости между передатчиком и приемником.
Пример: Радар аэропорта работает на 9 ГГц, а спутниковая антенна – в Ku-диапазоне (12–18 ГГц).
