Радиосигнал и его характеристики¶

Радиосигнал — это электромагнитная волна или электрическое колебание, используемое для передачи информации на расстояние без проводных линий связи. В радиотехнике под радиосигналом понимают как физический процесс распространения электромагнитного поля в пространстве, так и электрическое колебание в цепях передающего или приёмного устройства. Радиосигналы занимают диапазон частот от единиц герц до сотен гигагерц и лежат в основе радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиолокации, навигации и множества других технологий.

¶Физическая природа

Радиосигнал представляет собой электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве со скоростью света (около 300 000 км/с в вакууме). Волна характеризуется взаимно перпендикулярными векторами напряжённости электрического и магнитного полей. Основные параметры радиосигнала — частота, амплитуда, фаза и поляризация. Частота измеряется в герцах (Гц) и определяет положение сигнала в радиочастотном спектре. Длина волны связана с частотой обратной зависимостью: чем выше частота, тем короче волна.

В зависимости от частоты меняются свойства распространения. Длинные волны (километровые) огибают препятствия и распространяются на большие расстояния за счёт дифракции. Короткие волны способны отражаться от ионосферы, что позволяет осуществлять дальнюю связь. Ультракороткие волны распространяются преимущественно в пределах прямой видимости и требуют ретрансляции.

¶Классификация

Радиосигналы классифицируют по нескольким признакам.

По назначению выделяют:

• сигналы связи (речевые, телеграфные, цифровые данные);
• сигналы радиовещания и телевидения;
• радиолокационные и навигационные сигналы;
• сигналы дистанционного управления и телеметрии.

По характеру изменения параметров различают:

• непрерывные (аналоговые) — параметры меняются плавно;
• импульсные — сигнал существует в виде коротких посылок;
• цифровые (дискретные) — информация кодируется последовательностью символов.

По виду модуляции: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ), а также их цифровые варианты — амплитудная, частотная и фазовая манипуляции.

¶Модуляция

Для передачи информации необходимо изменять один или несколько параметров несущего колебания в соответствии с передаваемым сообщением. Этот процесс называется модуляцией. Несущее колебание обычно представляет собой высокочастотный гармонический сигнал, а модулирующий сигнал — низкочастотное сообщение (звук, изображение, данные).

При амплитудной модуляции меняется амплитуда несущей. При частотной — её частота, при фазовой — фаза. Цифровые виды манипуляции позволяют передавать бинарные данные с высокой помехоустойчивостью. Выбор вида модуляции зависит от требуемой дальности, полосы частот и условий распространения.

¶Спектр и полоса частот

Любой реальный радиосигнал занимает определённую полосу частот. Чем сложнее передаваемое сообщение, тем шире необходимая полоса. Например, для передачи речи достаточно полосы в несколько килогерц, для телевизионного сигнала — несколько мегагерц. Международные соглашения регулируют распределение радиочастотного спектра между службами, чтобы избежать взаимных помех. В России распределение частот регулируется государственными органами, а использование радиочастот требует разрешения.

¶Распространение радиоволн

Характер распространения зависит от частоты, времени суток, состояния ионосферы и рельефа местности. Различают распространение земной волной (вдоль поверхности Земли), ионосферной волной (с отражением от ионизированных слоёв атмосферы) и пространственной волной (прямой видимости). На распространение влияют поглощение в атмосфере, интерференция, дифракция и рассеяние. Для дальних линий связи применяют ретрансляторы, спутники и тропосферное рассеяние.

¶Приём и обработка

Приём радиосигнала осуществляется антенной, которая преобразует электромагнитную волну в электрическое колебание. Далее сигнал проходит через усилитель, фильтры и демодулятор, выделяющий исходное сообщение. Современные приёмные устройства используют цифровую обработку сигналов, что позволяет повысить помехоустойчивость и точность. Ключевые характеристики приёмника — чувствительность, избирательность и динамический диапазон.

¶Помехи и помехоустойчивость

Помехи — это посторонние сигналы и воздействия, искажающие полезный радиосигнал. Различают естественные (атмосферные, космические) и искусственные (от других передатчиков, промышленные) помехи. Для борьбы с ними применяют фильтрацию, экранирование, выбор помехоустойчивых видов модуляции и кодирование с обнаружением и исправлением ошибок.

¶Применение

Радиосигналы применяются в радиосвязи, радиовещании, телевидении, радиолокации, радионавигации, спутниковых системах, мобильной связи, Wi-Fi, Bluetooth и системах дистанционного управления. В России радиосигналы используются в работе служб спасения, авиации, морского флота, метеорологии и космических программ.

¶Источники

• Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы.
• Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы.
• Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов.
• Материалы по теории радиосвязи и распространению радиоволн.