Радиочастоты — частоты или полосы частот в диапазоне от 3 Гц до 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования. Этот диапазон соответствует частоте переменного тока электрических сигналов для вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как большая часть диапазона лежит за границами волн, которые могут быть получены при механической вибрации, радиочастоты обычно относятся к электромагнитным колебаниям.
Закон РФ «О связи» устанавливает следующие понятия, относящиеся к радиочастотам:
- радиочастотный спектр — совокупность радиочастот в установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных средств или высокочастотных устройств;
- радиочастота — частота электромагнитных колебаний, устанавливаемая для обозначения единичной составляющей радиочастотного спектра;
- распределение полос радиочастот — определение предназначения полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании которых выдается разрешение на использование конкретной полосы радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования.
Использование диапазонов по радиослужбам регламентируется Регламентом радиосвязи Российской Федерации и международными соглашениями.
Антенны и дураки. Основы антенных устройств
По регламенту международного союза электросвязи радиоволны разделены на диапазоны от 0.3*10 N Гц до 3*10 N Гц, где N — номер диапазона. Российский ГОСТ 24375-80 почти полностью повторяет эту классификацию.
микроволновые печи, спутниковая навигация.
Классификация ГОСТ 24375-80 не получила широкого распространения и в ряде случаев вступает в противоречие с национальными стандартами (ГОСТ) в области радиоэлектроники. Традиционные обозначения радиочастотных диапазонов на Западе сложились в ходе Второй мировой войны. В настоящее время они закреплены в США стандартом IEEE, а также международным стандартом ITU.
На практике под низкочастотным диапазоном часто подразумевают диапазон звуковых частот, под высокочастотным — весь радиодиапазон, от 30 кГц и выше, в том числе, диапазон ВЧ. В отечественной литературе диапазоном СВЧ в широком смысле иногда называют диапазоны УВЧ, СВЧ и КВЧ (от 0.3 до 300 ГГц), на Западе этому соответствует широко распространенный термин микроволны.
Также в отечественной учебной и научной литературе сложилась классификация диапазонов, согласно которой мириаметровые волны называют сверхдлинными волнами (СДВ), километровые — длинными волнами (ДВ), гектометровые — средними волнами (СВ), декаметровые — короткими волнами (КВ), а все остальные, с длинами волн короче 10 м, относят к ультракоротким волнам (УКВ) .
Классификация по способу распространения.
Прямые волны — радиоволны, распространяющиеся в свободном пространстве от одного объекта к другому, например, от одного космического аппарата к другому, в некоторых случаях, от земной станции к космическому аппарату и между атмосферными аппаратами или станциями. Для этих волн влиянием атмосферы, посторонних объектов и Земли можно пренебречь.
Антенна для цифрового ТВ: часть 2
Земные или поверхностные — радиоволны, распространяющиеся вдоль сферической поверхности Земли и частично огибающие ее вследствие явления дифракции. Способность волны огибать встречаемые препятствия и дифрагировать вокруг них, как известно, определяется соотношением между длиной волны и размерами препятствий. Чем короче длина волны, тем слабее проявляется дифракция. По этой причине волны диапазонов УВЧ и выше очень слабо дифрагируют вокруг поверхности земного шара и дальность их распространения в первом приближении определяется расстоянием прямой видимости (прямые волны).
Тропосферные — радиоволны диапазонов ОВЧ и УВЧ, распространяющиеся за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы на расстояние до 1000 км.
Ионосферные или пространственные — радиоволны длиннее 10 м, распространяющиеся вокруг земного шара на сколь угодно большие расстояния за счет однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли.
Направляемые — радиоволны, распространяющиеся в направляющих системах (радиоволноводах)
Примеры.
| Диапазон средних волн (MW) | 530—1610 кГц | 565,65—186,21 м | 2,19—6,66 нэВ |
| Диапазон коротких волн | 5,9—26,1 МГц | 50,8—11,49 м | 24,4—107,9 нэВ |
| Гражданский диапазон | 26,965—27,405 МГц | 11,118—10,940 м | 111,5—113,3 нэВ |
| Телевизионные каналы: с 1 по 5 | 48—100 МГц | 6,25—3,00 м | 198,5—413,6 нэВ |
| Кабельное телевидение | 100—174 МГц | ||
| Телевизионные каналы: с 6 по 12 | 174—230 МГц | 1,72—1,30 м | 719,6—951,2 нэВ |
| Кабельное телевидение | 230—470 МГц | ||
| Телевизионные каналы: с 21 по 39 | 470—622 МГц | 6,38—4,82 дм | 1,94—2,57 мкэВ |
| Диапазон ультракоротких волн (UKW) | 62—108 МГц (кроме 76—90 МГц в Японии) | 1 м | 256,42—446,65 нэВ (кроме 314,31—372,21 нэВ) |
| ISM-диапазон | |||
| Диапазоны военных частот | 29.50—31.75 МГц | ||
| Диапазоны частот гражданской авиации | 108—136 МГц | ||
| Морские и речные диапазоны |
Примеры выделенных радиодиапазонов.
Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи.
В России для гражданской радиосвязи выделены три диапазона частот:
| «11-метровый», Си-Би, Citizens’ Band — гражданский диапазон | 27 МГц | С разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт |
| «70 см», LPD, Low Power Device — маломощные устройства | 433 МГц | Выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,01 Вт |
| PMR, Personal Mobile Radio — персональные рации | 446 МГц | Выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью не более 0,5 Вт |
Некоторые диапазоны гражданской авиации.
| 2182 кГц | Аварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY) |
| 74,8—75,2 МГц | Маркерные радиомаяки |
| 108—117,975 МГц | Радиосистемы навигации и посадки. |
| 118—135,975 МГц | УКВ-радиосвязь (командная связь). |
| 121,5 МГц | Аварийная частота, используется только для передачи сигналов SOS (MAYDAY) |
| 328,6—335,4 МГц | Радиосистемы посадки (глиссадный канал) |
| 960—1215 МГц | Радионавигационные системы |
Источник: www.samaracb.ru
Очень высокая частота
VHF телевизионные антенны, используемые для приема телевещания. Эти шесть антенн представляют собой тип, известный как антенна Яги, которая широко используется на УКВ
Очень высокая частота (УКВ ) — это ITU обозначение диапазона радиочастоты электромагнитных волн (радиоволн ) от 30 до 300 мегагерц (МГц), с соответствующими длинами волн от десяти метров до одного метра. Частоты непосредственно ниже VHF обозначаются высокой частотой (HF), а следующие более высокие частоты известны как сверхвысокая частота (UHF).
Обычно радиоволны в диапазоне VHF используют цифровое аудиовещание (DAB) и FM-радио радиовещание, телевидение радиовещание, двусторонние наземные мобильные радиосистемы (аварийные, служебные, частные и военные), передача данных на большие расстояния до нескольких десятков километров с радиомодемами, радиолюбительская и морская связь. Управление воздушным движением системы связи и аэронавигации (например, VOR и ILS ) работают на расстоянии 100 километров (62 миль) или более от самолетов на крейсерской высоте.
В Америке и во многих других частях мира УКВ диапазон I использовался для передачи аналогового телевидения. В рамках всемирного перехода на цифровое наземное телевидение большинство стран требует, чтобы вещательные компании транслировали телевидение в диапазоне УКВ с использованием цифрового, а не аналогового формата.
Характеристики распространения
Радиоволны в диапазоне ОВЧ распространяются в основном по прямой видимости и путям отражения от земли; в отличие от диапазона HF, есть только некоторое отражение на более низких частотах от ионосферы (распространение небесной волны ). Они не следуют контуру Земли, как наземные волны, и поэтому блокируются холмами и горами, хотя из-за того, что они слабо преломляются (изгибаются) атмосферой, они могут перемещаться несколько за пределы видимого горизонта примерно на 160 км (100 миль). Они могут проходить сквозь стены зданий и приниматься внутри помещений, хотя в городских районах отражения от зданий вызывают многолучевое распространение, которое может мешать телевизионному приему. Атмосферный радиошум и помехи (RFI ) от электрического оборудования представляют меньшую проблему в этом и более высоких диапазонах частот, чем на более низких частотах. Диапазон VHF — это первый диапазон, в котором эффективные передающие антенны достаточно малы, чтобы их можно было устанавливать на транспортных средствах и портативных устройствах, поэтому диапазон используется для двухсторонних наземных мобильных радиосистем, такие как рации и двусторонняя радиосвязь связь с самолетами (Airband ) и кораблями (морское радио ). Иногда, при подходящих условиях, ОВЧ-волны могут распространяться на большие расстояния по тропосферным каналам из-за преломления от градиентов температуры в атмосфере.
Расчет прямой видимости
УКВ «кроличьи уши» телевизионная антенна (малая петля представляет собой отдельную УВЧ-антенну).
Для аналогового ТВ, диапазон передачи УКВ является функцией мощности передатчика, чувствительности приемника и расстояния до горизонта, поскольку ОВЧ-сигналы распространяются в нормальных условиях как явление, близкое к прямой видимости. Расстояние до радиогоризонта немного расширено по геометрической прямой видимости до горизонта, поскольку радиоволны слабо отклоняются назад к Земле атмосферой.
Приближение для вычисления расстояния до линии прямой видимости (на Земле):
- расстояние в морских милях = 1,23 × A f >>> где A f > — высота антенны в футах.
- расстояние в километрах = 12,746 × A m >>> где A m > — высота антенны в метрах.
Эти приближения действительны только для антенн на высоте, которая мала по сравнению с радиусом Земли. Они не обязательно могут быть точными в горных районах, поскольку ландшафт может быть недостаточно прозрачным для радиоволн.
В инженерных системах связи требуются более сложные вычисления для оценки вероятной зоны покрытия предлагаемой передающей станции.
Точность этих вычислений для сигналов цифрового телевидения составляет
Антенны
Антенна УКВ телевещания. Это распространенный тип, называемый супер турникетом или антенной «крыло летучей мыши»..
УКВ — это первый диапазон, в котором длины волн достаточно малы, чтобы эффективные передающие антенны были достаточно короткими для установки на транспортных средствах и портативных устройствах, четвертьволновые штыревая антенна на частотах ОВЧ имеет длину от 25 см до 2,5 метров (от 10 дюймов до 8 футов). Таким образом, длины волн VHF и UHF используются для двусторонних радиостанций в транспортных средствах, самолетах и портативных трансиверах и рациях. В портативных радиостанциях обычно используются хлысты или резиновые антенны-утки, в то время как базовые станции обычно используют большие стекловолоконные хлысты или коллинеарные решетки вертикальных диполей.
Для направленных антенн, антенна Яги является наиболее широко используемой в качестве антенны с высоким коэффициентом усиления или «лучевой» антенны. Для телевизионного приема используется Yagi, а также логопериодическая антенна из-за ее более широкой полосы пропускания. Спиральные и антенны турникета используются для спутниковой связи, поскольку в них используется круговая поляризация. Для еще большего усиления можно установить вместе несколько яги или спиралей, чтобы получить антенные решетки . Вертикальные коллинеарные решетки диполей могут использоваться для создания всенаправленных антенн с высоким коэффициентом усиления, в которых большая часть мощности антенны излучается в горизонтальных направлениях. Телевизионные и FM-радиовещательные станции используют коллинеарные решетки специализированных дипольных антенн, таких как антенны типа «крыло летучей мыши».
Универсальное использование
Некоторые части диапазона VHF одинаково используются во всем мире. Некоторые национальные применения подробно описаны ниже.
- 50–54 МГц: Любительское радио6-метровый диапазон.
- 108–118 МГц: Аэронавигационные радиомаяки VOR и Система посадки по приборам курсовой радиомаяк.
- 118–137 МГц: Airband для управления воздушным движением, AM, 121,5 МГц — аварийная частота
- 144–146 МГц: Любительское радио2-метровый диапазон (расширяется до 148 МГц в некоторых регионах).
По странам
План, показывающий использование УКВ на телевидении, FM-радио, любительское радио, морское радио и авиация.
Австралия
Первоначально ТВ-диапазон VHF в Австралии был выделен каналам С 1 по 10 — с каналами 2, 7 и 9, назначенными для начальных служб в Сиднее и Мельбурне, а позже те же каналы были назначены в Брисбене, Аделаиде и Перте. Другие столицы и регионы использовали комбинацию этих и других частот, если это было возможно. Первоначальным коммерческим службам в Хобарте и Дарвине были выделены каналы 6 и 8, а не 7 или 9.
К началу 1960-х стало очевидно, что 10 каналов VHF недостаточно для поддержки роста телевизионных услуг. Это было исправлено добавлением трех дополнительных частотных каналов 0, 5A и 11. Старые телевизоры, в которых использовались поворотные тюнеры, требовали регулировки для приема этих новых каналов. Большинство телевизоров той эпохи не были оборудованы для приема этих передач, и поэтому были модифицированы за счет владельцев, чтобы иметь возможность настраиваться на эти диапазоны; в противном случае владельцу пришлось купить новый телевизор.
Несколько телевизионных станций были отнесены к 3, 4 и 5 каналам УКВ, которые находились в пределах диапазона FM-радио, хотя еще не использовались для этой цели. Вот несколько ярких примеров: NBN-3 Ньюкасл, WIN-4 Вуллонгонг и ABC Ньюкасл на канале 5. В то время как некоторые станции Канала 5 были переведены на 5A в 1970-х и 80-х, начиная с 1990-х, Австралийское управление радиовещания начало процесс перевода этих станций на UHF диапазоны, чтобы освободить использовать ценный УКВ-спектр для первоначальной цели FM-радио. Кроме того, к 1985 году федеральное правительство решило, что новые телеканалы будут транслироваться в диапазоне УВЧ.
Два новых ОВЧ, 9A и 12, с тех пор стали доступны и используются в основном для цифровых услуг (например, ABC в столицах), но также для некоторых новых аналоговых услуг в региональных регионах.. Поскольку канал 9A не используется для телевизионных услуг в Сиднее, Мельбурне, Брисбене, Аделаиде или Перте или около них, цифровое радио в этих городах транслируется на частотах DAB блоков 9A, 9B и 9C.
Радиостанция VHF также используется для морской радиосвязи, поскольку она позволяет сравнивать частоты UHF на больших расстояниях.
Пример распределения частот VHF – UHF:
- Радионавигация 60: 84–86 МГц
- Фиксированная морская подвижная связь: 130–135,7 МГц
- Фиксированная воздушная радионавигация: 160 –190 МГц
- Радиовещание Воздушная радионавигация: 255–283,5 МГц
- Воздушная радионавигация AUS 49 / Морская радионавигация (радиомаяки) 73: 315–325 МГц
Новая Зеландия
- 44–51, 54–68 МГц: Диапазон I Телевидение (каналы 1–3)
- 87,5–108 МГц: Диапазон II Радио
- 174–230 МГц: Полоса III Телевидение (каналы 4–11)
До 2013 года четыре основных бесплатных телевизионных канала в Новой Зеландии использовали УКВ-диапазоны (Band I и Band III ) для передачи в домохозяйства Новой Зеландии. Другие станции, в том числе различные платные и региональные станции бесплатного вещания, были вынуждены вести вещание в диапазоне UHF, поскольку диапазон VHF был очень перегружен четырьмя станциями, совместно использующими очень узкую полосу частот, который был настолько переполнен, что один или несколько каналов не были доступны в некоторых небольших городах.
Однако в конце 2013 года все телевизионные каналы прекратили вещание в диапазонах УКВ, поскольку Новая Зеландия перешла на цифровое телевизионное вещание, требуя, чтобы все станции вещали либо на УВЧ, либо на спутнике ( где УВЧ был недоступен) с использованием услуги Freeview.
Соединенное Королевство
Британское телевидение первоначально использовало VHF диапазон I и диапазон III. Телевидение на УКВ было черно-белым с форматом 405 строк (хотя были эксперименты со всеми тремя системами цветности — NTSC, PAL и SECAM -адаптированный для системы из 405 строк в конце 1950-х — начале 60-х годов).
Британское цветное телевидение транслировалось на UHF (каналы 21-69), начиная с конца 1960-х годов. С тех пор телевидение транслировалось как на УКВ, так и на УВЧ (УКВ представляет собой монохроматическое преобразование с понижением частоты из 625-строчного цветного сигнала), за исключением BBC2 (который всегда транслировался исключительно на УВЧ). Последние британские телевизионные передатчики VHF были закрыты 3 января 1985 года. VHF диапазон III теперь используется в Великобритании для цифрового аудиовещания и VHF диапазон II используется для FM-радио, как и в большинстве стран мира.
Необычно то, что в Великобритании любительская радиосвязь выделена на 4 метра, 70-70,5 МГц.
США и Канада
Распределение частот между пользователями из США и Канады тесно координируется, поскольку большая часть населения Канады находится в пределах радиодиапазона УКВ у границы с США. Некоторые дискретные частоты зарезервированы для радиоастрономии. Общие службы в диапазоне ОВЧ:
- 30–49,6 МГц: лицензированная двусторонняя наземная подвижная связь с различными поддиапазонами.
- 30–88 МГц: УКВ для военных FM, в том числе SINCGARS
- 43–50 МГц: Беспроводные телефоны, рации 49 МГц FM и радиоуправляемые игрушки, а также смешанная двусторонняя мобильная связь. Первоначально здесь работал диапазон FM-вещания (42–50 МГц), а затем он был переведен на 88–108 МГц.
- 50–54 МГц: Любительское радио6 метров диапазон
- 50,800–51 МГц: Радиоуправляемый самолет (на десяти фиксированных частотах с интервалом 20 кГц) с лицензией FCC для любительской радиослужбы, полет в соответствии с частью FCC 97, правило 97.215.
Кабельное телевидение, хотя и не передается по воздуху, использует спектр частот, перекрывающийся УКВ.
УКВ телевидение
Федеральная комиссия по связи США отнесла телевизионное вещание к разделенным по каналам реестр еще в 1938 году с 19 каналами. Это менялось еще три раза: в 1940 году, когда канал 19 был удален и несколько каналов изменили частоты, затем в 1946 году, когда телевидение перешло с 18 каналов на 13, снова с другими частотами, и, наконец, в 1948 году, когда был удален канал 1 (аналоговые каналы 2-13 остаются прежними, даже на кабельном телевидении ).
87,5–87,9 МГц
87,5–87,9 МГц — это радиочастота, которая в большинстве стран мира используется для FM-вещание. В Северной Америке, однако, эта полоса пропускания выделена на УКВ-телевизионный канал 6 (82–88 МГц). Аналоговый звук для ТВ-канала 6 транслируется на частоте 87,75 МГц (регулируется до 87.74). Несколько станций, в первую очередь те, которые присоединились к франшизе Pulse 87, работали на этой частоте как радиостанции, хотя и использовали телевизионные лицензии. В результате FM-радиоприемники, такие как те, что используются в автомобилях, которые предназначены для настройки на этот частотный диапазон, могут принимать аудио для программирования в аналоговом режиме на lo cal телеканал 6, находясь в Северной Америке.
Канал FM-вещания на частоте 87,9 МГц обычно запрещен для аудио-вещания FM; он зарезервирован для перемещенных станций класса D, у которых нет других частот в нормальном поддиапазоне 88,1–107,9 МГц для перемещения. На данный момент только две станции имеют право работать на частоте 87,9 МГц: 10-ваттный KSFH в Маунтин-Вью, Калифорния и 34-ваттный транслятор K200AA в Сан-Вэлли, Невада.
Нелицензионная работа
В некоторых странах, особенно в США и Канаде, ограниченная безлицензионная работа с низким энергопотреблением доступна в диапазоне FM-вещания для таких целей, как микровещание и отправка выходных данных с CD или цифровых медиаплееров на радиоприемники без дополнительных гнезд, хотя это запрещено в некоторых других странах. Эта практика была узаконена в Соединенном Королевстве 8 декабря 2006 года.
См. Также
- Морское УКВ-радио
- ТВ-радио
- Список старейших радиостанций
- Apex (радиодиапазон)
- Диапазон FM-вещания
- Форматы движущихся изображений
- Летнее эхо полярной мезосферы
- Частоты телевизионных каналов
- Эффект лезвия лезвия
- Система посадки по приборам
- Всенаправленный диапазон УКВ
- Высокая частота
- Низкая частота
- Чрезвычайно низкая частота
- Сверхнизкая частота
Источник: alphapedia.ru
Основы беспроводных сетей
Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяемые в среде. В контексте беспроводных систем связи под средой подразумевается свободное пространство, где скорость распространения волн соответствует скорости света. Источником электромагнитной волны является проводник, выступающий в роли антенны, через который протекает переменный электрический ток. Важно понимать, что электромагнитное поле будет существовать только вокруг проводника, через который протекает переменный ток, причём излучаемая проводником энергия и характеристики напряжённости поля будут соответствовать протекающему току.
Природа радиоволн
Известно, что электрическое поле формируется вокруг электрически заряженных тел, а магнитное — вокруг проводников с переменным электрическим ток. Рассмотрим незамкнутый проводник, вибратор, заряды вдоль которого распределены неравномерно, как на рисунке 1.
Поскольку заряд вдоль вибратора распределён неравномерно, то между отдельными участками проводника формируется электрическое поле, под действием которого начнётся движение зарядов и возникнут электрические колебания. Переменное электрическое поле вокруг вибратора формирует переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, вновь формирует переменное электрическое поле. Такое явление обеспечивает распространение электромагнитного излучения в пространстве и называется электромагнитной волной.
Поляризация
Одной из характеристик электромагнитных волн, подобно световым волнам, является поляризация, под которой понимается ориентация вектора напряжённости электрического поля, который перпендикулярен направлению распространения волны и вектору магнитного поля.
Как видно на рисунке 2, выделяют три вида поляризации: линейная вертикальная, линейная горизонтальная и круговая. На иллюстрации отсутствуют частные виды поляризаций: угловая (вектор напряжённости электрического поля направлен под углом 45 градусов) и эллиптическая (конец вектора электрического поля описывает эллипс в плоскости колебаний).
Важно понимать, что характер поляризации зависит от источника излучения. Приёмник, в свою очередь, для построения эффективных каналов связи, должен быть согласован по поляризации с источником.
Поскольку электрический ток, наводимый волной горизонтальной поляризации в вертикально-установленном вибраторе, будет минимальным из-за рассогласования приёмной и передающей сторон, то волны горизонтальной и вертикальной поляризации не будут оказывать влияния друг на друга. Аналогичный эффект будет наблюдаться при взаимодействии двух волн угловых поляризаций, угол поворота которых отличается на 90°С. Явление слабой интерференции между двумя радиосигналами различной поляризации может быть использовано для увеличения ёмкости системы связи: за счёт одновременной передачи сигнала с вертикальной и горизонтальной поляризациями в одной полосе частот пропускная способность увеличивается в два раза.
Базовые характеристики волны
Поскольку электромагнитная волна формируется в соответствии с переменным током в вибраторе, то распределение напряжённости электрического и магнитного полей будет носить периодический характер, который, как и любое колебание, можно описать с помощью следующих понятий:
- амплитуда;
- длина волны;
- частота;
- фаза.
Для пояснения базовых характеристик электромагнитного колебания, обратимся к рисунку 3, на котором представлено распределение напряженности электрического поля во времени.
Амплитуда — максимальное значение смещения величины напряжённости поля от его среднего значения. Единица измерения — Вольт/метр (В/м).
Частота — количество повторений периодических процессов в единицу времени. Единица измерения — Герц (Гц). На рисунке 2 представлено два полных колебания, произошедших за одну секунду, т.е. частота равна:
Длина волны — расстояние, на которое волна перемещается в течении одного колебания. Единица измерения — метр (м). Данный параметр связан с частотой через скорость распространения электромагнитной волны, которая в свободном пространстве соответствует скорости света:
Для частот 2,4 ГГц и 5 ГГц длины волн соответственно равны:
В общем случае выражение, описывающее колебательный процесс, выглядит следующим образом:
В этой формуле аргумент функции синус называется полной фазой и описывает волновой процесс во времени. Начальная фаза, являющаяся частью полной фазы, определяет начальное состояние колебательного процесса.
Радиочастотный спектр
Привычным инструментом анализа сигналов являются осциллограммы — зависимости напряжения и тока от времени. С помощью осциллограмм можно наблюдать форму сигнала и характер его изменения во времени. Однако, при формировании сложных сигналов или анализе реальных систем связи, удобным инструментом анализа служит частотный спектр. Частотный спектр представляет из себя зависимость интенсивности электромагнитного излучения от частоты и позволяет оценить утилизацию диапазона частот системами связи и другими источниками электромагнитных волн. Важно понимать, что инструмент осциллограмм и спектральных характеристик не является взаимозаменяемым и на практике применяется совместно.
Между временными и частотными характеристиками существует однозначная зависимость: согласно теории Фурье, осциллограмма сигнала может быть представлена как сумма гармонических колебаний кратных частот, называемых гармониками. Таким образом, периодический сигнал частоты F может быть представлен как сумма синусоид с частотами F, 2F, 3F и т.д., что позволяет оценить каждую гармонику отдельно и построить спектральные характеристики. Последствием данного преобразования является то, что спектр сигнала становится бесконечным за счёт высших гармоник. На практике спектр сигнала ограничивают с помощью фильтрации, удаляя высшие гармоники, которые вносят небольшой вклад в суммарный сигнал из-за малой амплитуды.
Если представить спектр гармонического сигнала, рассмотренного выше, то получим следующую картину:
Рассмотренный сигнал не является носителем информации, поскольку, оценив параметры сигнала на приёмной стороне, можно предсказать его поведение в любой момент времени. Для передачи информации одна или несколько из рассмотренных характеристик сигнала — амплитуда, частота или фаза, подвергаются изменению в соответствии с информационным сообщением, при этом исходный гармонический сигнал называется несущим. Подробно данные процессы будут рассмотрены в уроке «Аналоговые и цифровые сигналы».
Продемонстрируем преимущество использования частотного спектра относительно временных диаграмм. Дополнительно к существующему сигналу, сформируем сигнал с частотой, равной 3 Гц:
Суммируем полученные сигналы и оценим спектр совместного сигнала. Как видно на рисунке 6, по полученной осциллограмме достаточно трудно судить о присутствующих гармонических составляющих, однако спектральная характеристика позволяет это сделать:
При рассмотрении спектральных характеристик, интересно то, что последствием модуляции несущего сигнала информационным является расширение спектра, т.е. система связи использует для передачи информации полосу частот, а не только несущую.
На рисунке 7 изображён частотный спектр, на котором представлена работа трёх каналов связи:
Рассматриваемые системы связи настроены на следующие частоты:
| Номер | Центральная частота, МГц | Полоса, МГц |
| Канал 1 | 4960 | 20 |
| Канал 2 | 4970 | 20 |
| Канал 3 | 5000 | 20 |
Частотный спектр, представленный на рисунке 7, демонстрирует пересечение по частотам у каналов связи 1 и 2, что приведёт к негативным последствиям в виде взаимного влияния. Канал 3 не имеет пересечения по частотам с другими системами связи, а также, по причине наличия защитного интервала между каналами 2 и 3, влияние рассматриваемых систем связи на канал 3 будет минимальным.
Диапазоны частот
Согласно регламенту , разработанного международным союзом по электросвязи (МСЭ), выделяют следующие диапазоны частот:
| Номер диапазона | Обозначение МСЭ (EN) | Обозначение МСЭ (RU) | Наименование диапазона | Диапазон частот | Применение |
| -1 | ELF | КНЧ | Гигаметровые волны | 0,03-0,3 Гц | |
| 0 | ELF | КНЧ | Гектомегаметровые волны | 0,3-3 Гц | |
| 1 | ELF | КНЧ | Декамегаметровые волны | 3-30 Гц | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
| 2 | ELF | КНЧ | Мегаметровые волны | 30-300 Гц | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
| 3 | ULF | УНЧ | Гектокилометровые волны | 300-3000 Гц | Связь с подводными лодками |
| 4 | VLF | ОНЧ | Мириаметровые волны | 3-30 кГц | Служба точного времени, радиосвязь с подводными лодками |
| 5 | LF | НЧ | Километровые волны | 30-300 кГц | Радиовещание, радиосвязь земной волной, навигация |
| 6 | MF | СЧ | Гектометровые волны | 300-3000 кГц | Радиовещание и радиосвязь земной волной и ионосферная |
| 7 | HF | ВЧ | Декаметровые волны | 3-30 МГц | Радиовещание и радиосвязь ионосферная, загоризонтная радиолокация, рации |
| 8 | VHF | ОВЧ | Метровые волны | 30-300 МГц | Телевидение, радиовещание, радиосвязь тропосферная и прямой волной, рации |
| 9 | UHF | УВЧ | Дециметровые волны | 300-3000 МГц | Телевидение, радиосвязь тропосферная и прямой волной, мобильные телефоны, рации, УВЧ-терапия, микроволновые печи, спутниковая навигация |
| 10 | SHF | СВЧ | Сантиметровые волны | 3-30 ГГц | Радиолокация, интернет, спутниковое телевещание, спутниковая- и радиосвязь прямой волной, беспроводные компьютерные сети |
| 11 | EHF | КВЧ | Миллиметровые волны | 30-300 ГГц | Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, радиолокация (метерологическая, управление вооружением), медицина, спутниковая радиосвязь |
| 12 | Децимиллиметровые волны | 300-3000 ГГц | Экспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК | ||
| 13 | Сантимиллиметровые волны | 3-30 ТГц | |||
| 14 | Микрометровые волны | 30-300 ТГц | |||
| 15 | Децимикрометровые волны | 300-3000 ТГц |
Регуляторная работа
Использование частотного ресурса регулируется политикой государства, поэтому важным аспектом при эксплуатации беспроводных систем связи является разрешение со стороны государственных органов и использование сертифицированного оборудования. Поскольку оборудование, функционирующее на смежных частотах, как было сказано, может оказывать влияние друг на друга, то важным показателем сертификации является частотная маска, определяющая уровень внеполосного излучения. Так, например, в соответствии с приказом Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации №124 от 14.09.2010, для оборудования беспроводной передачи данных, функционирующего в частотном диапазоне 5150-6425 МГц маска спектра сигнала шириной 20 МГц выглядит следующим образом:
Таким образом, допустимо использование оборудования с внеполосным излучением на 20 дБ ниже мощности сигнала в полосе. Также следует отметить, что требования к внеполосному излучению ужесточаются при удалении от центральной частоты канала: так на частоте, отстоящей от центральной на 30 МГц, требования к внеполосному излучению составляют -40 дБ.
Для сигнала с шириной полосы 40 МГц:
Источник: academy.infinetwireless.com