Selmek

#Радиосвязь #Ликбез #длиннопост

Радиосвязь и с чем её едят.

Примечание. Коллеги-связисты, прошу не кидаться болтами и заклепками. Ряд моментов будут опущены или сказаны чуть иначе, чтобы обыватели поняли в общих словах что такое радиосвязь.

Сейчас на радиосвязь, а точнее на радиосигнал, завязано очень много. Например, передача сигналов сотовой связи, телевидения, телеметрии с датчиков, радиотелескопы, радиолокация и даже погода.
Радиосвязь в первую очередь связана с понятием "радиоволна". Что есть радиоволна? Перенос энергии без переноса вещества. В первую очередь это гармонический сигнал — всем известная функция Sin(x) и Cos(x). Вот только эти формулы идеализированы, в то время, как по факту мы,связисты, применяем другую функцию S=Напряжение*sin(частота в радианах*время+фаза).
Что мы можем увидеть из этой формулы? Мы видим возможность изменять три параметра: напряжение, частота, фаза. На этом завязано понятие модуляция. Однако мы вернёмся к этому позже.
Опа! А что за сигнал? Это тоже самое, что радиоволна? Не совсем. Сигнал — то, что несет информацию. Радиоволна становится транспортом сигнала.
Любая гармонический волна имеет свою длину волны и равна скорости света, деленной на частоту в Герцах. Чем больше длина волны, тем меньше частота — верно и обратно. Чем больше длина волны, тем больше возможность у сигнала огибать препятствия, однако переносит полезной информации он меньше. Однако коротковолновый сигнал обладает «пробивной» способностью, переносит больше полезной информации, но затухает сильнее.
В первом случае сигнал с длиной волны в 70 см, может обогнуть ствол сосны диаметром 16 см и пойти дальше. А вот сигнал с длиной волны в 10 см уже рискует поглотиться этой сосной или отразиться.
Вы ещё не словили флешбеки? Радиосигнал обладает схожестью со светом: дифракция, рефракция, интерференция. Дифракция — огибание и проникновение в отверстия. Интерференция — наложение волн. Рефракция — преломление. В первом случае, если отверстие больше четверти длины волны, то сигнал без проблем пройдет в него. Со вторым случаем сложнее — от ряда поверхностей радиоволна может частично отражаться и частично поглощаться. Что будет если на пути радиосигнала будет множество объектов, от которых тот будет отражаться? Приёмник будет получать множество дублей этого сигнала, которые друг с другом могут сложиться — это интерференция, но связисты называет это многолучевым распространением сигнала. Вот только сложение не всегда бывает положительным фактором.
Вернемся к нашей формуле в самом начале. Изменяем напряжение – получаем более мощный сигнал, следовательно увеличиваем дальность распространения (Что вы лучше услышите на расстоянии: шепот или громкий крик?); изменяем частоту (частота в радианах(w)=2*pi*f) получаем изменение длины волны/частоту с вытекающими последствиями(тараторим, но уменьшаем понятливость или говорим медлительность, но понимаем всё); изменяем фазу – получаем сдвиг сигнала во времени(начинаем говорить не с приветствия, а сразу с того, что хотим сказать).
Остановимся на фазе, ибо многие считают её второстепенной.
Предположим у нас есть фраза «Привет. Ноль. Пока. Единица». А теперь давайте представим известную нам всем синусоиду и поделим её на четыре равные визуальные части. Получаем следующее «Привет» будет положительной четверть волной, которая как бы нарастает по амплитуде. «Ноль» - тоже положительная, но убывает. «Пока» - отрицательная четверть волна, но убывает по амплитуде. «Единица» - отрицательная, но уже растет по амплитуде.
Дам вам простую задачку. Предположим, что два дубля сигнала встретились в какой-то точке «Привет. Ноль. Пока. Единица» и «Пока. Единица. Привет. Ноль.» — какой мы получим сигнал на выходе? А если мы получим сразу два дубля «Привет. Ноль. Пока. Единица»?
Раз уж мы заговорили про распространение сигнала, то продолжим. Вообще распространение радиоволн изучается несколькими дисциплинами, которые вытекают из самой базовой — электродинамики с её законами Максвелла. Но останавливаться на них я не буду.

Многие могли видеть меня в комментариях, где я писал в стиле «Связист следит за погодой». Так вот к чему это я. Любая среда имеет свои свойства – распространение и затухание сигнала. Тоже самое, если вы будете плавать в бассейне или в грязи. Только здесь, чем выше частота, тем большее затухание сигнала, ибо его мощность нагревает ВОДЯНЫЕ пары в атмосфере (дождь и всё – приехали).
Если же мы, неожиданно, захотим связаться с батискафом под водой, то нам придется использовать весьма длинноволновые сигналы, ибо соленая вода очень сильно тушит такой сигнал, да ещё создаёт чуть ли не барьер при прохождении сигнала между воздухом и собой (Свет, привет тебе). Примечание, по этой причине на подводном флоте распространены сонары, использующие звуковые волны, а не радары.
АТМОСФЕРА — радиосвязистов начинает разогрев пятая точка. Атмосфера земли не однородна и делиться на тропосферу, стартосферу, ионосферу и свои подклассы. У каждого свои параметры распространения радиоволн и, следовательно, возникают границы двух сред. Возникают волноводы и отражатели. Волновод – как водосток, а отражатели – стенка для резинового мячика.
Ионосфера в этом плане вообще, как молодёжь, когда родители уехали. Объясню сейчас.
Все помнят песню Рамсов «Радио»? Там были строчки:
«».
Есть у наносферы один из слоёв, который очень чувствительный с Солнцу, а точнее к ионизации фотонами света. Выше ионизация – сложнее сигналу проходить. Наступает ночь — ионизация снижается, сигнал получает возможность прохождения. Следовательно, сигнал распространяется дальше.
Какие-то сигналы отражаются от той же тропосферы, но потом неожиданно отражаются и от земной поверхности и отправляется вновь к тропосфере. Получаем волновод, преимущественно используемый в радиолокации и радиорелейках загоризонтного типа — когда сигнал огибает часть планеты. Был случай, когда наш сигнал обогнул всю планету и мы его получили с обратной стороны от передатчика.
Упомяну циклоны и антициклоны. Для ряда сигналов из-за изменения концентрации водяных паров, те могут выступить в качестве волноводов или источником для дифракции. Так что ореол от тучек на солнце может быть не только световым.
Помните, я упомянул про ионизацию? Что является примером ионизации? Северное сияние. Это очень интересное явление для связистов. В одном случае сигнал может пройти вдоль него на длительное расстояние, аки синебот, держась за стенку. В другом сигнал просто вмажется в него.
Есть ещё особый тип волноводом – морские. Из-за нагрева Солнцем водной поверхности, происходит испарение влаги, которая концентрируется на определенном уровне. Радиосигнал может пролезть между водой и водяными парами и попереть на большие расстояния.

На этом у меня всё.
Дальше рассмотрим понятия спектр, модуляция и прочие радиотехнические приколы, если время написать будет.