Диапазоны частот

Введение

Современный период развития научно-технического прогресса, экономики и общества характеризуется существенным ростом потребностей в радиочастотном спектре в связи с его широким использованием в качестве производственного ресурса во всех отраслях общественного хозяйствования, в том числе в промышленности. Это обстоятельство указывает на важность экономических и методических вопросов, касающихся процедур государственного управления и распределения РЧС, являющегося ограниченным ресурсом.
Радиочастотный спектр как природный ресурс, который можно применять для передачи сигналов, был открыт в конце XIX в. при изобретении радио, а с начала XX в. радиосвязь начала широко применяться в различных видах производственно-экономической деятельности.
Радиочастотный спектр связан с существованием электромагнитного поля как одного из видов физических полей, которое не существует постоянно, а возникает в результате либо природных явлений (солнечное излучение - свет, вспышка молнии), либо деятельности человека. В целях оказания услуг связи и работы технологических сетей связи электромагнитные поля создаются человеком искусственно с помощью радиооборудования, благодаря чему осуществляется беспроводная передача информации.
В отличие от некоторых других природных ресурсов, используемых в экономической деятельности, РЧС не требует добычи, обработки, хранения, воспроизводства и пр. Однако в процессе производственной деятельности для использования РЧС необходимо привлечь такие ресурсы, как капитал (средства на радиооборудование) и рабочая сила, что в итоге влияет на изменение величины затрат, а также эффективности деятельности предприятия в целом.

Диапазоны частот
История появления радио насчитывает уже более ста лет. Опыты Попова, Маркони, Герца и других энтузиастов и изобретателей радио способствовали быстрому распространению этого нового явления. Бурное развитие радио и появление огромного числа радиостанций в США в начале двадцатого века привели к затруднением в работе и взаимным помехам. В результате, для исправления ситуации в 1912 году был принят "Закон о радио", по сути, первый документ, который регулировал распределение частотного диапазона (или как тогда говорили – волн) между различными службами и любительскими радиостанциями. Позже подобные документы были приняты правительствами ряда европейских стран.
Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются.
Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1
Диапазоны радиоволн, применяемых в радиосвязи
Диапазон частот
Наименование
диапазона частот
Наименование
диапазона волн
Длина волны
3–30 кГц
Очень низкие частоты (ОНЧ)
Мириаметровые
100–10 км
30–300 кГц
Низкие частоты (НЧ)
Километровые
10–1 км
300–3000 кГц
Средние частоты (СЧ)
Гектометровые
1–0.1 км
3–30 МГц
Высокие частоты (ВЧ)
Декаметровые
100–10 м
30–300 МГц
Очень высокие частоты (ОВЧ)
Метровые
10–1 м
300–3000 МГц
Ультравысокие частоты (УВЧ)
Дециметровые
1–0.1 м
3–30 ГГц
Сверхвысокие частоты (СВЧ)
Сантиметровые
10–1 см
30–300 ГГц
Крайневысокие частоты (КВЧ)
Миллиметровые
10–1 мм
300–3000 ГГц
Гипервысокие частоты (ГВЧ)
Децимиллиметровые
1–0.1 мм

Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.
Обычно при обозначении диапазонов выделенных для наземной подвижной связи используются следующие названия, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2
Обозначение диапазонов выделенных для наземной подвижной связи
Термин
Диапазон частот
Пояснения
КВ
2–30 МГц
Из-за особенностей распространения в основном применяется для дальней связи.
«Си-Би»
25.6–30.1 МГц
Гражданский диапазон, в котором могут пользоваться связью частные лица. В разных странах на этом участке выделено от 40 до 80 фиксированных частот (каналов).
«Low Band»
33–50 МГц
Диапазон подвижной наземной связи.
УКВ
136–174 МГц
Диапазон подвижной наземной связи.
ДЦВ
400–512 МГц
Диапазон подвижной наземной связи. Иногда не выделяют этот участок в отдельный диапазон, а говорят УКВ, подразумевая полосу частот от 136 до 512 МГц.
«800 МГц»
806–825 МГц
851–870 МГц
Широко используется подвижной связью в США. У РФ не получил особого распространения.

Не надо путать официальные наименования диапазонов частот с названиями участков, выделенных для различных служб. Стоит отметить, что основные мировые производители оборудования для подвижной наземной связи выпускают модели, рассчитанные на работу в пределах именно этих участков.
В дальнейшем мы будем говорить о свойствах радиоволн применительно к их использованию в наземной подвижной радиосвязи.

Использование диапазонов организациями, службами, юридическими и физическими лицами, в том числе и радиолюбителями

Радиосвязь в наше время используется множеством служб и организаций, частными лицами, различными автоматическими приборами и устройствами.
Естественно, что такая огромная масса желающих не сможет выходить в эфир без должного регулирования – взаимные помехи просто не дадут этого сделать. Распределение и использование частотного диапазона во всем мире регулируется Международным союзом электросвязи (ITU) и Национальными организациями различных стран, которые распределяют частоты на основе правил ITU. В России распределением частот занимается Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ). Каждой службе радиосвязи выделяются свои диапазоны частот, в пределах которых дополнительно выделяются участки диапазона для различных целей. Например, в гражданской авиации в диапазоне 74,8-75,2 МГц работают маркерные радиомаяки, 108-117,975 МГц используется для радиосистем навигации и посадки, а полоса 118-135,975 МГц – для непосредственной голосовой (командной) связи.
Одна служба связи может использовать различные участки общего диапазона радиоволн

. Например, на морских судах используются несколько различных диапазонов: УКВ – голосовая связь, КВ – голосовая связь, радиотелекс, СВ – система NAVTEX – передача навигационных предупреждений и прогнозов погоды на частоте 518 кГц, но в основном современные суда используют спутниковую связь для передачи сообщений, телефонии и связи в случае бедствия и для обеспечения безопасности (системы ИНМАРСАТ, ГЛОНАСС). Эти системы работают в диапазоне частот, выделенном для спутниковой связи.
2–25 МГц. Коротковолновый диапазон (КВ) позволяет организовывать связь на большие расстояния (вплоть до трансконтинентальной). Короткие волны широко использовались в период 40–60-х годов для организации дальней связи. Происходил обмен сообщениями во время второй мировой войны, в период освоения Севера и Антарктиды, при работе геологических партий и спасательных экспедиций. С начала 80-х годов новые технологии коммуникаций (проводная, сотовая, спутниковая связь) постепенно вытеснили довольно капризный КВ диапазон из традиционного сектора дальней связи. Короткие волны стали незаслуженно отодвигаться на второй план. Тем не менее, недорогие, независимые от операторов системы дальней связи на КВ продолжают с успехом использоваться в отдельных отраслях народного хозяйства. Особенно в малонаселенных и труднодоступных регионах нашей планеты.
Обычно с КВ радиосвязью ассоциируется блиндаж в темном заснеженном лесу и отважный радист, выстукивающий замерзшими пальцами очередное донесение в Центр. Или бородатый геолог, пытающийся сквозь треск помех вызвать вертолет к больному товарищу. В современной КВ связи «романтика» обычно сводится только к правильной установке антенн, а остальное, как говорится, – дело техники.
Современные коротковолновые радиостанции позволяют создавать системы связи с высоким уровнем сервиса и автоматизации, рассчитанные на пользователей без специальных знаний. В современных КВ системах используется селективный вызов и автоматический выбор наилучшей частоты связи. Имеется возможность передачи факсимильных сообщений и шифрации речи. Коротковолновые сети стыкуются с сетями связи других диапазонов, с телефонными сетями общего пользования, с интернетом.
Производятся компактные модели, предназначенные для установки на транспортные средства, и даже переносные радиостанции по возможностям не особо уступающие стационарным. Современные КВ радиостанции обладают высокой чувствительностью и избирательностью, выходной мощность 100 и более ватт. Цифровые и микропроцессорные технологии проникли и в этот вид техники, предоставив ряд дополнительных функций и удобств, облегчающих жизнь пользователей.
К недостаткам КВ диапазона можно отнести необходимость применения гибаритных антенн длиной в десятки метров, низкую помехозащищенность (в периоды дальнего прохождения сигналов можно услышать на выбранной частоте передачу с противоположной стороны Земли). К достоинствам – полную автономность и независимость от коммуникационной инфраструктуры, большую дальность связи, низкую стоимость оборудования по сравнению с любыми другими видами связи, обеспечивающими такую же дальность.
В основном применяется для:
• связи между удаленными точками на больших расстояниях вплоть до трансконтинентальной связи;
• связи в труднодоступных и удаленных районах, в горной местности;
• связи с транспортными средствами на больших расстояниях;
• связи с переносными радиостанциями на больших расстояниях;
• низкоскоростной передачи цифровых данных (файлы, электронная почта, факсы);
• для обмена телеметрическими данными с удаленными и труднодоступными объектами (метеостанции, шлюзы, насосные станции и т.п.).
25.6–30 МГц. «Гражданский» диапазон – «Си-Би», или как его часто называют – «27 МГц». Диапазон в котором радиосвязное оборудование может без ограничений использоваться частными лицами.
Высокая дальность связи в условиях равнинной сельской местности и низкая стоимость абонентского оборудования делает этот диапазон весьма привлекательным для самых разных категорий пользователей от фермеров, рыболовов и пастухов, до крупных строительных, добывающих и транспортных организаций.
И хотя наибольшая эффективность диапазона будет в равнинной сельской местности, практика использования «Си-Би» показала, что при грамотной организации системы и оптимальном расположении антенн базовых станций можно добиться качественной и уверенной радиосвязи на большие расстояния даже в условиях индустриальных городских помех и высотной застройки. В качестве примера можно привести использование «гражданских радиостанций» службами такси в Узбекистане.
В данном диапазоне радиоволны могут распространяться как прямолинейно, обеспечивая связь для абонентов в зоне прямой видимости, так и посредством отражения от ионосферы Земли. В этом случае дальность распространения сигнала может составлять сотни и даже тысячи километров. Но его качество будет в высокой степени зависеть от состояния ионосферы и может сильно изменяться как в течение суток, так и в разное время года.
Ионосферное прохождение радиоволн может увеличивать дальность связи до нескольких тысяч километров. Это чаще происходит в летнее время года и в периоды солнечной активности. Во время таких прохождений можно запросто поболтать с Москвой или Самарой, попрактиковаться в знании иностранных языков, связавшись с дальним зарубежьем. Для некоторой категории радиолюбителей установление дальних связей на «Си-Би» стало определенного вида спортом.
Среди недостатков «гражданской» связи следует отметить высокую чувствительность к помехам, перегруженность каналов в дни благоприятного распространения радиоволн (могут быть слышны передатчики, удаленные на тысячи километров), низкую эффективность портативных радиостанций из-за малой эффективности малогабаритных антенн, необходимость применения длинных антенн для обеспечения надлежащей дальности и качества связи. В частности оптимальная длина «Си-Би» антенны для мобильных радиостанций должна составлять примерно 1.5 м.
Несмотря на указанные недостатки, «Си-Би» связь остается наиболее популярным средством коммуникаций в мире. Благодаря невысокой стоимости оборудования и упрощенной процедуре регистрации ее используют сельскохозяйственные организации, водители транспортных средств, любители активного отдыха и многочисленная армия обычных людей, для которых радиосвязь является просто любимым времяпровождением.
Наиболее предпочтителен для радиосвязи:
• между стационарными и автомобильными радиостанциями при использовании эффективных базовых антенн;
• между транспортными средствами при движении по трассе, за городом, в колонне или на небольшом расстоянии друг от друга (5–15 км);
• между сельскохозяйственной техникой (комбайны, сеялки, хлопкоуборочные машины и т.д.) и между техникой и диспетчерскими пунктами (весовой, приемной, заправочной и т.п.) в равнинной или холмистой местности при использовании эффективных базовых антенн;
• в городской черте между мобильными и стационарными объектами через диспетчерские радиостанции с эффективными антеннами, установленными на достаточной высоте.
33–50 МГц