10. Радио передача

Радиоволны распространяются на большие расстояния, легко преодолевают преграды, техника их генерации и приема хорошо изучена, есть много специалистов по ее использованию и применению. Поэтому они широко используются для связи как вне, так внутри помещений. Поскольку радиоволны распространяются во всех направлениях, то принимающая и передающая антенны не требуют дополнительной настройки и взаимного расположения.

Однако, свойство радиоволн распространяться во всех направлениях не всегда оказывается полезным. В книге [Тнбм] рассказывается случай, как в 70-е годы фирма General Motors решила выпустить модель кадиллака, тормозами в которой управлял бортовой компьютер, а не человек. Водитель в этой машине нажимал педаль тормоза, что вызывало запуск программы в бортовом компьютере. Компьютер следил, чтобы тормоза никогда не блокировались. Все шло хорошо, пока в штате Огайо не обнаружили странный эффект. Кадиллаки этой марки совершенно неожиданно начинали вести себя на дороге подобно быку на родео. Возникало это только если рядом появлялась машина дорожной полиции. После многомесячных исследований специалисты GM выяснили почему кадиллаки этой модели, так хорошо зарекомендовавшие себя везде, в штате Огайо вели себя столь странно. Оказалось, что провода бортового компьютера кадиллака этой модели работали как антенны для радиочастоты, на которой работала дорожная полиция в этом штате.

Свойства радиоволн зависят от их частоты. На низких частотах, т.е. длинных волнах, они прекрасно преодолевают препятствия, но мощность сигнала падает пропорционально 1/r³ где r расстояние до источника. На высоких частотах радиоволны распространяются по прямой, хуже преодолевают препятствия. Для некоторых частот помехой становится даже дождь. На всех частотах радиоволны чувствительны к помехам от электрических устройств. В силу перечисленных выше свойств лицензирование, т.е. право на использование частот в радиодиапазоне - находится под жестким контролем государства.

На рис. 2-24 показаны свойства длинных и средних волн огибать поверхность Земли и распространяться на расстояния до 1000 км. Короткие волны хотя и поглощаются земной поверхностью, но за счет отражения от ионосферы так же могут распространяться на большие расстояния.

11. Микроволновая передача

При частоте выше 100 МГц волна распространяется в строго определенном направлении и может быть сфокусирована с помощью параболической антенны, имеющей вид телевизионной тарелки. Однако, приемная и передающая антенны должны быть тщательно ориентированы в пространстве по отношению друг к другу. Такая направленность позволяет строить цепочку ретрансляторов и таким образом передавать сигнал на большие расстояния. До появления оптоволокна радиорелейная связь составляла основу телефонных систем на больших расстояниях. На определенном расстоянии друг от друга ставили башни с ретрансляторами. Высота башни зависела от расстояния и мощности передатчика. Обычно 100 метровая башня покрывает расстояние в 80 км.

Микроволны не проходят сквозь здания также хорошо как низко частотные волны. Кроме этого из-за рефракции в нижних слоях атмосфера они могут отклоняться от прямого направления. При этом увеличивается задержка, нарушается передача. Передача на этих частотах зависит также и от погоды. Обычно операторы держат определенный частотный резерв (около 10% каналов) на случай подобных нарушений и переключаются на резервные частоты при необходимости.

Стремление увеличить пропускную способность канала заставляет использовать все более и более высокие частоты. Сегодня частота 10ГГц - обычное дело. Однако, здесь возникает очень серьезная проблема: начиная с частоты 8ГГц волны поглощаются водой и, в частности, дождем. Единственный выход из положения в случае дождя изменить маршрут передачи и обойти область дождя.

На сегодня микроволновый диапазон широко используется в телефонии, сотовой телефонии, телевидении и других приложениях. Одним из главных достоинств микроволнового диапазона - не надо ничего прокладывать. Достаточно получить права на небольшую площадку земли (сотню квадратных метров) установить башню-ретранслятор и так через каждые 50 км. Это особенно дешево в условиях гор, труднопроходимой местности, где прокладка кабеля затруднена. Это справедливо и в городе, где земля дорогая, а коммуникации прокладывать очень сложно.

Есть несколько частотных полос, в диапазоне 2.400-2.484 ГГц, которые можно использовать свободно без специального разрешения. В этих диапазонах работают микроволновые печи, радио телефоны, радио управляемые двери и т.п. Эти частоты также используются для сетевых целей на небольших расстояниях. Однако надо учитывать, что в разных странах могут быть и дополнительные диапазоны, например, в США к указанному диапазону добавлен 902-928 МГц и 5.725-5.850 ГГц.