|
Спутниковые новости Sat-One.info
ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ? Многое,
о чем пойдет речь, мы с вами учили в школе на уроках физики. Но, тогда,
в беззаботную пору, мало кому из нас было до физики. Какая физика с ее
запутанными формулами и заумными правилами, когда вокруг столько всего
интересного? В том числе и спутниковое ТВ. Установил антенну, подключил
ресивер и наслаждайся! Для того, чтобы понять как это сделать и посвящен этот материал. Для начала должен предупредить: «в
воду» сразу не полезем. Как ни заманчиво все сделать сразу, со
спутниковой связью так получается очень редко. Чтобы понять суть
процесса, необходима элементарная теоретическая база. Вот мы, для
начала, и попытаемся доступным языком, с минимумом формул разобраться,
что к чему. Надеюсь, такой разговор будет полезен не только тем, кто
хочет разобраться в спутниковом телевидении, но и опытным установщикам
спутникового приемного оборудования, которые, освоив «ремесло» мало
беспокоятся о сути. И
так, начнем с самого начала. Правда, период от «сотворения мира» до
середины 90-х годов 19 столетия пропустим. Что же такого
примечательного тогда произошло? Как раз тогда произошла передача
информации при помощи электромагнитных волн. Здесь мы не будем
разбираться, кто «главнее» Г. Маркони или А. Попов. Важно другое. А
именно то, что эти ученые мужи стояли у истоков практической
радиосвязи. Все началось с передачи информации на несколько десятков
метров, а дальше «пошло – поехало». Суть
волнового процесса представить себе довольно легко. Достаточно бросить
камушек в воду. По поверхности воды от места падения побегут волны.
Точно так от источника звука, расходятся звуковые колебания, от
источника электромагнитных колебаний расходятся радиоволны. ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ?
Радиоволны
– это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с
конечной скоростью, зависящей от свойств среды (в вакууме со скоростью
света, с=300 000 км/сек).
Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет
их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.). В
отличие от волны на воде или звуковых колебаний в воздухе, среду, в
которой распространяются радиоволны представить себе сложно. И не
только нам с вами. Сначала
такую среду назвали эфиром. Долго мучились над его поиском, но, так
ничего и не нашли. Тогда назвали такую среду электромагнитным полем, а,
чтобы как-то оправдать его существование, объявили все это «особым
видом материи». Все волны имеют характеристики. Важнейшие из них: длина волны, частота, фаза. Длина волны́
λ - расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в
одинаковой фазе колебания. Одна из основных характеристик колебаний.
Измеряется в единицах расстояния (метры, сантиметры и т.п.). Частота колебаний
n или f – число, показывающее, сколько полных колебаний в секунду
совершают маятник часов, звучащие тела, ток в проводнике и т. п.
Частоту колебаний оценивают единицей, носящей название герц (Гц). 1
Гц-это одно колебание в 1 с. Если, например, звучащая струна совершает
440 полных колебаний в 1 с (при этом она создает тон "ля" первой
октавы), говорят, что частота ее колебаний 440 Гц. Частота переменного
тока электроосветительной сети 50 Гц. При таком токе электроны в
проводниках в течение 1 с текут попеременно 50 раз в одном направлении
н столько же раз в обратном, т. е. совершают за 1 с 50 полных
колебаний. Более крупные единицы частоты-килогерц (пишут: кГц), равный
1000 Гц, и мегагерц (пишут: МГц), равный 1000 кГц, или 1000000 Гц. Фаза колебаний
j – величина, показывающая, какая часть колебания прошла с начала
процесса. Измеряется в угловых величинах – градусах или радианах. Зная
частоту колебаний, рассчитать длину радиоволны можно так: 300 делим на
частоту в мегагерцах, получаем длину волны в метрах, например для 600
МГц, длина волны 0,5 метра, для 300 МГц -- 1 метр, для 30 МГц -- 10
метров, или по формуле: λ(м)=300/f(МГц) Из
формулы видно, что, например, частоте 1 МГц соответствует длина волны
ок. 300 м. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением
– догадайтесь сами. Электромагнитные
волны свободно проходят через воздух или космическое пространство
(вакуум). Но если на пути волны 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 поверхности. Кстати, на этом основано применение
спутниковых антенн – «тарелок», «тазиков» и прочей «посуды» для связи
со спутником. Еще
одним полезным свойством электромагнитных волн (впрочем, как и всяких
других волн) является их способность огибать тела на своем пути. Но это
возможно лишь в том случае, когда размеры тела 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 отражает ее.
(Теперь очень легко ответить на вопрос: почему в лесу, не видя из-за
деревьев человека, можно с ним разговаривать.) 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. Например,
поток энергии электромагнитного излучения Солнца на поверхность Земли
достигает 1 киловатта на квадратный метр, а поток энергии
средневолновой вещательной радиостанции – всего тысячные и даже
миллионные доли ватта на квадратный метр и совсем невозможно себе
представить, на сколько мала энергия излучения со спутника. Наиболее сообразительные из вышеизложенного уже поняли, зачем нужен рефлектор, а проще – «тарелка» для спутникового приема. Радиоволны
(радиочастоты), используемые в радиотехнике, занимают область, или
более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это
только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами
(по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них
идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр
ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это
электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной
волны и, следовательно, частотой (табл. 1) Таблица 1
Поскольку
нам в первую очередь интересно спутниковое ТВ, то из всего спектра
уделим больше внимания сантиметровым и миллиметровым волнам. Для
спутникового непосредственного телевизионного вещания (СНТВ) по линии
Космос — Земля используются диапазон C-band low и часть диапазона Кu
(10,7...12,75 ГГц). Верхняя часть этих диапазонов применяется для
передачи информации по линии Земля — Космос (табл. 2). Таблица 2
|
|