Диапазоны электромагнитных волн

По современным понятиям к радиоволнам относят электромагнитные колебания, длина волны которых лежит в пределах от 2 • 10″⁹ м (2 нм) до 100 тыс. км, что соответствует частотам колебаний от 15−10¹⁶ до 3 Гц. Широкое практическое применение находят радиоволны в диапазоне длин волн от 10 км (30 кГц) до 1 мм (300 ГГц). Хотя есть примеры уникальных систем радиосвязи, работающих и на более низких частотах, а также в оптическом диапазоне.

В зависимости от частоты колебаний одна и та же среда поразному влияет на распространение радиоволн. Поэтому вся шкала электромагнитных волн разделяется; на диапазоны, которые введены для удобства выбора математической модели распространения радиоволн. Хотя волны каждого из диапазонов и имеют свои особенности распространения, все же резких границ между диапазонами не существует. Перечень диапазонов электромагнитных волн, границы которых согласованы с классификацией по международному соглашению, приведен в приложении 2. Мы далее будем иепользовать упрощенную (устаревшую) классификацию радиоволн.

Сверхдлинные волны (СДВ) — электромагнитные колебания с частотой ниже 30 кГц (длины волн более 10 км). Колебания таких низких частот используются в специальных системах связи и навигации. В частности для подземной и подводной связи.

Длинные волны (ДВ) — электромагнитные колебания с частотой от 30 до 300 кГц (длины волн 10−1 км). Длинные волны используются для радиотелеграфии, радиовещания с амплитудной модуляцией и радионавигации. В этом диапазоне созданы самые мощные радиовещательные передатчики (до ~1 МВт).

Средние волны (СВ) — электромагнитные колебания с частотой от 0,3 до 3 МГц (длины волн 1000−100 м). Связь на средних волнах отличается относительной устойчивостью. Средние волны используются главным образом для радиовещания, специальной связи, включая связь с подвижными объектами, радионавигации.

Короткие волны (КВ) — электромагнитные колебания с частотой от 3 до 30 МГц (длины волн 100−10 м). Преимуществом работы на коротких волнах по сравнению с работой на более длинных волнах является то, что в этом диапазоне можно создать направленные антенны. Короткие радиоволны используются для дальней радиосвязи, подвижной связи, радиовещания, радионавигации. В КВ диапазоне выделены частоты для радиолюбительской связи.

В последнее время все большее распространение находит цифровое радиовещание DRM (Digital Radio Mondiale- Всемирное цифровое радио). Приёмник DRM имеет порт USB для передачи данных в компьютер и обновления программного обеспечения приёмника. Есть среди этих станций и российская — «Голос России», которая ведет передачи на центральную и западную Европу. Вещание ведется на частоте 15,780 МГц.

Ультракороткие волны (УКВ) — электромагнитные колебания с частотой выше 30 МГц (длины волн короче 10 м). Со стороны более низких частот диапазон УКВ примыкает к коротким волнам, а со стороны высоких частот граничит с длинными инфракрасными лучами. Диапазон УКВ разбит на пять поддиапазонов:

метровый — от 10 до 1 м (30−300 МГц), дециметровый — от 1 до 10 см (300−3000 МГц), сантиметровый — от 10 до 1 см (3000−30 000 МГц), миллиметровый — от 10 до 1 мм (30−300 ГГц), субмиллиметровый (децимиллиметровый) — от 1 мм до 0,1 мм (0,3-ЗТГц).

Каждый из поддиапазонов находит применение в технике. Метровые волны используется в телевидении и радиовещании с частотной модуляцией, дециметровые и сантиметровые волны — в телевидении, радиолокации и многоканальной связи, а миллиметровые — в радиолокаторах высокого разрешения, для мониторинга состояния окружающей среды, в радиофизических исследованиях. В УКВ диапазоне выделены частоты для радиолюбительской связи Уже достаточно давно диапазон УКВ используется для организации связи с подвижными объектами. В 50-х годах XX в. радиостанциями метрового диапазона были оснащены военные и гражданские самолеты, автомобили и железнодорожные поезда. В конце концов, это привело к появлению общедоступной мобильной сотовой радиосвязи.

Инфракрасные волны (ИК) — электромагнитные колебания с частотой от 3 до 400 ТГц (длины волн 100−0,75 мкм). Инфракрасный диапазон принято делить на три области. В литературе нет единообразия в отношении границ этих областей. Приведем один из встречающихся вариантов:

ближняя ИК область — от 0,75 до 1,5 мкм, средняя ИК областьот 1,5 до 5,6 мкм дальняя ИК область — от 5,6 до 100 мкм.

В связи с продвижение границы традиционных радиоволн в направлении все более и более высоких частот, диапазон длин волн от 100−10 мкм иногда называют сантимиллиметровым.

Волны ИК диапазона нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Системы, создаваемые для обнаружения источников излучения, значительно меньше, проще и дешевле радиолокационных систем аналогичного назначения. Простота схем и конструкций таких приборов объясняется применением оптики, что дает возможность конструировать приборы из более мелких и прочных деталей. Одним из преимуществ многих ИК систем является возможность использования собственного излучения целей, которые или сами являются источниками излучения или отражают излучение естественных источников. Такие системы называются пассивными. Активные ИК системы имеют мощный источник, излучение которого, отфильтрованное в узком участке спектра, концентрируется с помощью оптической системы и направляется в виде узкого пучка на объект наблюдения.

Оптические волны — электромагнитные колебания с частотой от 400 до 750 ТГц (длины волн 0,75−0,4 мкм), воспринимаемые человеческим глазом. Границы спектров оптических и инфракрасных волн взаимно перекрываются.

При использовании оптического и ИК диапазонов для целей связи преимуществом является возможность передачи большого количества информации, поскольку частота модуляции может достигать десятков гигагерц. Системы связи, локации и навигации оказываются защищенными от помех благодаря применению узкополосных оптических фильтров и большой направленности излучения. Эти преимущества стали еще более привлекательными в связи с созданием квантовых генераторов.

Что касается излучения еще более коротких длин волн, то вопрос о его использовании — это вопрос будущего. Работы по созданию когерентных источников таких волн продолжаются. Если, в конце концов, будут созданы практически пригодные квантовые генераторы коротковолнового ультрафиолетового и рентгеновского излучения, то радиоинженеры продолжат свое восхождение к вершинам частотной шкалы электромагнитных волн. Не исключено, что в результате их усилий всем знакомый рентгеновский аппарат превратится в рентгеновский локатор.