Радиоспектр - Radio spectrum

Радиочастотный спектр является частью электромагнитного спектра с частотами от 30  Гц до 300  ГГц . Электромагнитные волны в этом диапазоне частот, называемые радиоволнами , широко используются в современных технологиях, особенно в телекоммуникациях . Чтобы предотвратить помехи между различными пользователями, генерация и передача радиоволн строго регулируются национальными законами и координируются международным органом, Международным союзом электросвязи (ITU).

ITU распределяет различные части радиочастотного спектра для различных технологий и приложений радиопередачи; около 40 служб радиосвязи определены в Регламенте радиосвязи (РР) МСЭ . В некоторых случаях части радиочастотного спектра продаются или лицензируются операторам частных служб радиопередачи (например, операторам сотовой связи или радиовещательным телевизионным станциям). Диапазоны выделенных частот часто называют их предоставленным использованием (например, сотовый спектр или телевизионный спектр). Поскольку это фиксированный ресурс, который пользуется спросом у все большего числа пользователей, радиочастотный спектр в последние десятилетия становится все более перегруженным, и необходимость его более эффективного использования стимулирует современные телекоммуникационные инновации, такие как транковые радиосистемы , расширенный спектр и т. Д. сверхширокополосный , повторное использование частот , динамическое управление спектром , объединение частот и когнитивное радио .

Пределы

На частотных границах спектра радиочастот являются предметом конвенции в физике и несколько произвольны. Поскольку радиоволны относятся к категории электромагнитных волн с самой низкой частотой , нижнего предела частоты радиоволн не существует. На высокочастотном конце радиоспектр ограничен инфракрасным диапазоном. Граница между радиоволнами и инфракрасными волнами определяется на разных частотах в разных областях науки. Терагерцовый диапазон , от 300 гигагерц до 3 ТГц, может рассматриваться либо как микроволны или инфракрасные. Это самый высокий диапазон, классифицируемый Международным союзом электросвязи как радиоволны , но ученые-спектроскописты считают эти частоты частью дальнего инфракрасного диапазона.

В практических пределах радиочастотного спектра, частоты , которые полезны практически для радиосвязи , определяются технологическими ограничениями , которые вряд ли будет преодолено. Таким образом, хотя радиочастотный спектр становится все более перегруженным, существует небольшая перспектива появления дополнительной полосы частот, помимо той, которая используется в настоящее время.

Самые низкие частоты, используемые для радиосвязи, ограничены увеличением размера необходимых передающих антенн . Размер антенны, необходимой для эффективного излучения радиосигнала, увеличивается пропорционально длине волны или обратно пропорционально частоте. Ниже 10 кГц (длина волны 30 км) требуются приподнятые проволочные антенны диаметром в несколько километров, поэтому очень немногие радиосистемы используют частоты ниже этой. Второй предел - это уменьшающаяся полоса пропускания, доступная на низких частотах, что ограничивает скорость передачи данных. Ниже 30 кГц модуляция звука непрактична, и используется только передача данных с низкой скоростью передачи данных. Самые низкие частоты, которые использовались для радиосвязи, составляют около 80 Гц в системах связи подводных лодок ELF , построенных военно-морскими силами нескольких стран для связи со своими подводными лодками на глубине сотен метров под водой. В них используются огромные наземные дипольные антенны длиной 20–60 км, возбуждаемые мегаваттами мощности передатчика, и передаются данные с чрезвычайно низкой скоростью около 1 бит в минуту (17 Мбит / с , или около 5 минут на символ).

Самые высокие частоты, используемые для радиосвязи, ограничены поглощением микроволновой энергии атмосферой. По мере увеличения частоты выше 30 ГГц (начало диапазона миллиметровых волн ) атмосферные газы поглощают все большее количество энергии, поэтому мощность луча радиоволн экспоненциально уменьшается с расстоянием от передающей антенны. На частоте 30 ГГц полезная связь ограничена примерно 1 км, но с увеличением частоты диапазон, на котором могут приниматься волны, уменьшается. В терагерцовом диапазоне выше 300 ГГц радиоволны ослабляются до нуля в пределах нескольких метров, поэтому атмосфера практически непрозрачна.

Группы

Радиодиапазон представляет собой небольшой непрерывный участок радиочастотного спектра частот , в которых каналы , как правило , используются или отведены для той же цели. Чтобы предотвратить помехи и обеспечить эффективное использование радиочастотного спектра, аналогичные службы распределены по полосам. Например, радиовещание, мобильное радио или навигационные устройства будут размещены в неперекрывающихся диапазонах частот.

Для каждой из этих групп МСЭ имеет bandplan , который определяет , как она будет использоваться и совместно, чтобы избежать помех и установить протокол для совместимости с передатчиками и приемниками .

ITU

В соответствии с соглашением ITU делит радиоспектр на 12 полос, каждая из которых начинается с длины волны, равной мощности десяти (10 n ) метров, с соответствующей частотой 3 × 10 8 − n  герц , и каждая из которых покрывает декаду. частоты или длины волны. У каждой из этих групп есть традиционное название. Например, термин высокая частота (HF) обозначает диапазон длин волн от 100 до 10 метров, соответствующий диапазону частот от 3 МГц до 30 МГц. Это просто соглашение об именах и не связано с распределением; ITU дополнительно делит каждую полосу на поддиапазоны, выделенные для различных целей. На частотах выше 300 ГГц поглощение электромагнитного излучения атмосферой Земли настолько велико, что атмосфера становится практически непрозрачной, пока она снова не станет прозрачной в ближнем инфракрасном диапазоне и частотном диапазоне оптического окна.

Эти радиодиапазоны ITU определены в Регламенте радиосвязи ITU . Статья 2, положение № 2.1 гласит, что «радиочастотный спектр должен быть разделен на девять полос частот, которые должны быть обозначены прогрессивными целыми числами в соответствии со следующей таблицей».

Таблица была составлена ​​по рекомендации IV собрания CCIR, состоявшегося в Бухаресте в 1937 году, и была одобрена Международной радиоконференцией, состоявшейся в Атлантик-Сити, штат Нью-Джерси, в 1947 году. Идея присвоить каждому диапазону номер, в котором это число является логарифм приблизительного среднего геометрического верхнего и нижнего пределов диапазона в Гц, взятый у BC Fleming-Williams, который предложил его в письме редактору Wireless Engineer в 1942 г. (Например, приблизительное среднее геометрическое для диапазона 7 равно 10 МГц или 10 7 Гц.)

Название группы Сокращенное название Номер диапазона ITU Частота и длина волны Пример использования
Чрезвычайно низкая частота ELF 1 3–30 Гц
100 000–10 000 км
Связь с подводными лодками
Сверхнизкая частота SLF 2 30–300 Гц
10 000–1 000 км
Связь с подводными лодками
Ультра низкая частота УНЧ 3 300–3000 Гц
1000–100 км
Подводная связь, связь в шахтах
Очень низкая частота VLF 4 3–30 кГц
100–10 км
Навигация , сигналы времени , подводная связь, беспроводные пульсометры , геофизика
Низкая частота LF 5 30–300 кГц
10–1 км
Навигация, сигналы времени , длинноволновое AM радиовещание (Европа и часть Азии), RFID , любительское радио
Средняя частота MF 6 300–3000 кГц
1000–100 м
AM (средневолновые) передачи, любительское радио, лавинные маяки
Высокая частота HF 7 3–30 МГц
100–10 м
Коротковолновое вещание, гражданское радио , радиолюбительская радиосвязь и загоризонтная авиационная связь, RFID , загоризонтный радар , радиосвязь с автоматическим установлением линии связи (ALE) / Skywave ( NVIS ), морская и мобильная радиотелефонная связь
Очень высокая частота УКВ 8 30–300 МГц
10–1 м
FM , телевизионные передачи, связь земля-самолет и самолет-самолет в прямой видимости , наземная мобильная и морская мобильная связь, любительское радио, метеорологическое радио
Сверхвысокая частота УВЧ 9 300–3000 МГц 1–0,1
м
Телевизионные передачи, микроволновая печь , микроволновые устройства / средства связи, радиоастрономия , мобильные телефоны , беспроводная локальная сеть , Bluetooth , ZigBee , GPS и двусторонние радиоприемники, такие как наземная мобильная связь, радио FRS и GMRS , любительское радио, спутниковое радио , системы дистанционного управления, ADSB .
Сверхвысокая частота СВЧ 10 3–30 ГГц
100–10 мм
Радиоастрономия, микроволновые устройства / связь, беспроводная локальная сеть, DSRC , самые современные радары , спутники связи , кабельное и спутниковое телевещание, DBS , любительское радио, спутниковое радио .
Чрезвычайно высокая частота EHF 11 30–300 ГГц
10–1 мм
Радиоастрономия, высокочастотное микроволновое радиорелейное устройство , микроволновое дистанционное зондирование , любительское радио, оружие направленной энергии , сканер миллиметровых волн , Wireless Lan 802.11ad.
Терагерц или чрезвычайно высокая частота ТГц или THF 12 300–3000 ГГц 1–0,1
мм
Экспериментальная медицинская визуализация для замены рентгеновских лучей, сверхбыстрая молекулярная динамика, физика конденсированных сред , терагерцовая спектроскопия во временной области , терагерцовые вычисления / связь, дистанционное зондирование

Радиолокационные диапазоны IEEE

Полосы частот микроволнового диапазона обозначены буквами. Эта конвенция началась примерно во время Второй мировой войны с военных обозначений частот, используемых в радарах , которые были первым применением микроволн. К сожалению, существует несколько несовместимых систем именования для микроволновых диапазонов, и даже в рамках данной системы точный частотный диапазон, обозначенный буквой, может несколько отличаться в зависимости от области применения. Одним из широко используемых стандартов являются радиолокационные диапазоны IEEE, установленные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике США .


Полосы частот радара по стандарту IEEE
Группа
обозначение
Диапазон частот Объяснение значения букв
HF От 0,003 до 0,03 ГГц Высокая частота
УКВ От 0,03 до 0,3 ГГц Очень высокая частота
УВЧ От 0,3 до 1 ГГц Сверхвысокая частота
L От 1 до 2 ГГц Длинная волна
S От 2 до 4 ГГц Короткая волна
C От 4 до 8 ГГц Компромисс между S и X
Икс От 8 до 12 ГГц Используется во время Второй мировой войны для управления огнем , X - крест (как в прицеле ). Экзотика.
K u От 12 до 18 ГГц Курц-андер
K От 18 до 27 ГГц Курц (по-немецки сокращенно)
К а От 27 до 40 ГГц Курц-выше
V От 40 до 75 ГГц
W От 75 до 110 ГГц W следует за V в алфавите
мм или G От 110 до 300 ГГц Миллиметр

Обозначения частот ECM в ЕС, НАТО, США

НАЗНАЧЕНИЕ БУКВОВ НАТО ОБОЗНАЧЕНИЕ
ТРАНСЛЯЦИОННОЙ
ПОЛОСЫ
НОВАЯ НОМЕНКЛАТУРА СТАРАЯ НОМЕНКЛАТУРА
ГРУППА ЧАСТОТА ( МГц ) ГРУППА ЧАСТОТА (МГц)
А 0 - 250 я 100–150 Диапазон I
47 - 68 МГц (ТВ)
Band II
87,5 - 108 МГц (FM)
грамм 150 - 225 Band III
174-230 МГц (ТВ)
B 250–500 п 225 - 390
C 500–1 000 L 390 - 1 550 Диапазон IV
470-582 МГц (ТВ)
Band V
582-862 МГц (ТВ)
D 1 000 - 2 000 S 1 550 - 3 900
E 2 000 - 3 000
F 3 000 - 4 000
грамм 4 000 - 6 000 C 3 900 - 6 200
ЧАС 6 000 - 8 000 Икс 6 200 - 10 900
я 8 000 - 10 000
J 10 000 - 20 000 Ку 10 900 - 20 000
K 20 000 - 40 000 Ка 20 000 - 36 000
L 40 000 - 60 000 Q 36 000 - 46 000
V 46 000 - 56 000
M 60 000 - 100 000 W 56 000 - 100 000
США - ВОЕННЫЙ / САКЛАНТ
N 100 000 - 200 000
О 100 000 - 200 000

Полосы частот волновода

Группа Диапазон частот
Группа R 1,70–2,60 ГГц
Группа D От 2,20 до 3,30 ГГц
Группа S От 2,60 до 3,95 ГГц
Группа E От 3,30 до 4,90 ГГц
Группа G От 3,95 до 5,85 ГГц
Группа F От 4,90 до 7,05 ГГц
Группа C 5,85–8,20 ГГц
Группа H От 7,05 до 10,10 ГГц
Группа X От 8,2 до 12,4 ГГц
Группа K U От 12,4 до 18,0 ГГц
Группа K От 18,0 до 26,5 ГГц
К полосе От 26,5 до 40,0 ГГц
Q диапазон От 33 до 50 ГГц
Группа U От 40 до 60 ГГц
Группа V От 50 до 75 ГГц
Группа E От 60 до 90 ГГц
Группа W От 75 до 110 ГГц
Группа F От 90 до 140 ГГц
Группа D От 110 до 170 ГГц
Группа Y От 325 до 500 ГГц

Сравнение стандартов обозначения радиодиапазонов

Сравнение обозначений частотных диапазонов
Частота IEEE ЕС,
НАТО,
США ECM
ITU
нет. сокр.
А  
3 Гц 1 ELF
30 Гц 2 SLF
300 Гц 3 УНЧ
3 кГц 4 VLF
30 кГц 5 LF
300 кГц 6 MF
3 МГц HF 7 HF
30 МГц УКВ 8 УКВ
250 МГц B
300 МГц УВЧ 9 УВЧ
500 МГц C
1 ГГц L D
2 ГГц S E
3 ГГц F 10 СВЧ
4 ГГц C грамм
6 ГГц ЧАС
8 ГГц Икс я
10 ГГц J
12 ГГц K u
18 ГГц K
20 ГГц K
27 ГГц К а
30 ГГц 11 EHF
40 ГГц V L
60 ГГц M
75 ГГц W
100 ГГц
110 ГГц мм
300 ГГц 12 THF
3 ТГц  

Приложения

Вещание

Частоты вещания:

Обозначения для частот теле- и FM-радиовещания различаются в зависимости от страны, см. Частоты телеканалов и диапазон FM-вещания . Поскольку частоты VHF и UHF желательны для многих применений в городских районах, в Северной Америке некоторые части бывшего диапазона телевизионного вещания были переназначены для сотового телефона и различных систем наземной подвижной связи. Даже в пределах выделенного для телевидения распределения устройства ТВ-диапазона используют каналы без местных вещателей.

Диапазон Apex в Соединенных Штатах был выделен до Второй мировой войны для аудиовещания на УКВ; он устарел после введения FM-вещания.

Воздушная группа

Воздушный диапазон относится к частотам УКВ от 118 до 137 МГц, используемых для навигации и голосовой связи с воздушными судами. Трансокеанские самолеты также несут КВ радиостанции и спутниковые приемопередатчики.

Морская группа

Самым большим стимулом для развития радио была необходимость общаться с кораблями вне зоны видимости берега. С самых первых дней развития радио большие океанские суда несли мощные длинноволновые и средневолновые передатчики. Высокочастотные распределения по-прежнему предназначены для судов, хотя спутниковые системы взяли на себя некоторые из приложений безопасности, ранее обслуживаемых 500 кГц и другими частотами. 2182 кГц - это частота средних волн, которая до сих пор используется для морской аварийной связи.

Морское УКВ-радио используется в прибрежных водах и на относительно коротких расстояниях между судами и береговыми станциями. Радио разделены по каналам, при этом разные каналы используются для разных целей; Морской канал 16 используется для вызова и экстренных ситуаций.

Любительские радиочастоты

Распределение любительских радиочастот варьируется во всем мире. Несколько диапазонов являются общими для любителей во всем мире, обычно в ВЧ части спектра. Другие полосы распределены на национальном или региональном уровне только из-за различий в распределениях для других служб, особенно в диапазонах ОВЧ и УВЧ радиочастотного спектра.

Гражданский диапазон и личные радиослужбы

Во многих странах гражданское радио распределяется с использованием канальных радиостанций в верхней ВЧ части спектра (около 27 МГц). Он используется в личных целях, в целях малого бизнеса и хобби. Другие распределения частот используются для аналогичных услуг в разных юрисдикциях, например, УВЧ CB выделено в Австралии. Во всем мире существует широкий спектр персональных радиосервисов , обычно делающих упор на связь на малых расстояниях между отдельными лицами или для малого бизнеса, упрощенные лицензионные требования или в некоторых странах, на которые распространяется лицензия класса, и обычно FM-трансиверы, потребляющие около 1 Вт или меньше.

Промышленное, научное, медицинское

Эти полосы ISM первоначально были зарезервированы для не-коммуникационного использования радиочастотной энергии, таких как микроволновые печи , нагрев радиочастотного и аналогичными цели. Однако в последние годы эти полосы наиболее широко использовались маломощными системами связи малого радиуса действия, поскольку пользователям не обязательно иметь лицензию радиооператора. Беспроводные телефоны , беспроводные компьютерные сети , устройства Bluetooth и устройства открывания гаражных ворот используют диапазоны ISM. Устройства ISM не имеют нормативной защиты от помех со стороны других пользователей диапазона.

Наземные мобильные диапазоны

Полосы частот, особенно в ОВЧ и УВЧ частях спектра, выделяются для связи между фиксированными базовыми станциями и наземными подвижными транспортными или переносными приемопередатчиками. В Соединенных Штатах эти службы неофициально известны как радио бизнес-диапазона . См. Также Профессиональное мобильное радио .

Полицейское радио и другие службы общественной безопасности, такие как пожарные и скорая помощь, обычно работают в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Системы транкинга часто используются для наиболее эффективного использования ограниченного количества доступных частот.

Спрос на услуги мобильной телефонной связи привел к выделению больших блоков радиочастотного спектра сотовым частотам .

Радиоуправление

Надежное радиоуправление использует диапазоны, предназначенные для этой цели. Радиоуправляемые игрушки могут использовать части нелицензированного спектра в диапазонах 27 МГц или 49 МГц, но более дорогие модели самолетов, лодок или наземных транспортных средств используют выделенные частоты радиоуправления около 72 МГц, чтобы избежать помех от нелицензионного использования. В 21 веке произошел переход к RC-системам управления с расширенным спектром 2,4 ГГц.

Лицензированные радиолюбители используют участки 6-метрового диапазона в Северной Америке. Промышленное дистанционное управление кранами или железнодорожными локомотивами использует назначенные частоты, которые различаются в зависимости от региона.

Радар

В радиолокационных приложениях используются относительно мощные импульсные передатчики и чувствительные приемники, поэтому радар работает на полосах частот, не используемых для других целей. Большинство радиолокационных диапазонов находятся в микроволновой части спектра, хотя в некоторых важных приложениях для метеорологии используются мощные передатчики в диапазоне УВЧ.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешние ссылки