Теория радиоволн: ликбез
Думаю все крутили ручку радиоприемника, переключая между «УКВ», «ДВ», «СВ» и слышали шипение из динамиков.
Но кроме расшифровки сокращений, не все понимают, что скрывается за этими буквами.
Давайте ближе познакомимся с теорией радиоволн.
Радиоволна
Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны.
Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении.
Период(T) — время одного полного колебательного движения
Частота(v) — количество полных периодов в секунду
Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте: 
Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц)
«УКВ», «ДВ», «СВ»
Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).
Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.
Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.
Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м). 
Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.
Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м). 
Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.
Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м). 
Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.
Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м). 
Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне:
Так к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.
Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).
Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.
Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.
Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).
Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.
AM — FM
Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:
AM — амплитудная модуляция
Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.
АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.
FM — частотная модуляция 
Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания.
Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ и поэтому широко применяется в звуковом сопровождении ТВ трансляций и УКВ вещании.
На самом деле у описанных видом модуляции есть подвиды, но их описание не входит в материал данной статьи.
Еще термины
Интерференция — в результате отражений волн от различных препятствий, волны складываются. В случае сложения в одинаковых фазах, амплитуда начальной волны может увеличиться, при сложении в противоположных фазах, амплитуда может уменьшиться вплоть до нуля.
Это явление более всего проявляется при приеме УКВ ЧМ и ТВ сигнала. 
Поэтому, к примеру внутри помещения качество приема на комнатную антенну ТВ сильно «плавает».
Дифракция — явление, возникающее при встрече радиоволны с препятствиями, в результате чего, волна может менять амплитуду, фазу и направление.
Данное явление объясняет связь на КВ и СВ через ионосферу, когда волна отражается от различных неоднородностей и заряженных частиц и тем самым, меняет направление распространения.
Этим же явлением объясняется способность радиоволн распространяться без прямой видимости, огибая земную поверхность. Для этого длина волны должна быть соразмерна препятствию.
Радиосвязь для начинающих. F.A.Q. по радиосвязи в авто.
В связи с участившимися вопросами в сфере радиосвязи (особенно в группе «Радиосвязь и радиолюбители»), желанием всё-таки помочь и отсутствием желания каждый раз расписывать одно и то же, было решено подготовить свой небольшой F.A.Q. по этому поводу. Здесь в основном будут рассмотрены безлицензионные диапазоны, наибольший уклон произведён к наиболее популярному среди автолюбителей диапазону Си-Би.
Хочу заметить, что я не считаю себя профессионалом в этой области и вряд ли им являюсь. В основном эта запись основана на собственном и чужом опыте, а так же на теоретических знаниях. Со временем список вопросов-ответов будет дополняться и корректироваться по мере необходимости. Аргументированная критика статьи не возбраняется.
1. Что такое CB (Си-Би), LPD, PMR, N-метровый диапазон?
Си-Би – это диапазон радиочастот около 27 МГц. В некоторых случаях может подразумеваться достаточно широкий диапазон: примерно от 25 до 30 МГц.
LPD – диапазон частот 433-434 МГц.
PMR – диапазон частот около 446 МГц.
Подробного описания этих диапазонов предостаточно в интернете. Поэтому здесь просто не вижу смысла много объяснять.
N-метровый диапазон – в данном случае подразумевают диапазон с соответственной длиной волны. Для определения частоты можно пользоваться приближённой формулой:
Частота [МГц] = 300 / Длина_волны [м]
Таким образом, для 2-метрового диапазона получим: Частота = 300 / 2 = 150 (МГц).
2. Что такое модуляция и какие они бывают?
По сути – наложение полезной информации на какую-то несущую частоту. Про всю физическую составляющую вы можете почитать на просторах интернета, здесь же рассмотрим только с точки зрения потребителя.
При радиообмене на частотах Си-Би диапазона (см. вопрос №1) используются в основном следующие виды модуляции:
1) Амплитудная модуляция (АМ)
2) Частотная модуляция (FM, ЧМ)
3) Однополосная амплитудная модуляция (SSB), которая в свою очередь делится на USB (верхняя полоса) и LSB (нижняя полоса).
Здесь хочу сказать только одно: нормального радиообмена при разных типах модуляции никогда не будет. Да, можно разбирать друг друга при АМ у одного и ЧМ у другого, но при одинаковой модуляции вы будете слышать друг друга на гораздо большее расстояние. К примеру, два среднестатистических дальнобойщика могут различать друг друга в разных модуляциях на расстоянии от 50 до 500 м, далее они становятся неразличимыми друг для друга.
3. На какой частоте общаются на дороге, какая частота у дальнобойщиков?
В нашей стране (и не только) обмен информацией на дорогах в основном происходит на частотах Си-Би диапазона (см. вопрос №1). Большинство автоканалов работают именно в этом частотном диапазоне (есть правда и исключения).
Дальнобойщики работают на частоте 27.135 МГц, амплитудная модуляция (вопрос №2).
4. Какую радиостанцию Си-Би диапазона купить в авто новичку, а какие самые крутые? Есть ли носимые станции?
Для начала обязательно определитесь с кем хотите общаться. Если вы хотите общаться с автоканалом в вашем городе, а он по какой-то причине находится ниже 26 МГц, да там ещё и SSB(вопрос №2), то здесь уже самая простая р/с не подойдёт и нужно выбирать, исходя из требований. Для общения же с дальнобойщиками подойдёт практически любая р/с. Требования к ней можно найти в вопросе №3.
Не забудьте посмотреть вопрос №5! Там рассказано что разрешено к использованию на территории РФ без получения лицензии.
И всё же, для новичков советую рассматривать к покупке линейку MegaJet-ов (хорошее соотношение цена-качество-функционал): MJ-300, MJ-100 и другие. В основном их покупка обойдётся вам в 70-100$. Иногда очень удобным бывает переключение каналов с тангенты (это та штука, в которую нужно говорить) и автоматический шумоподавитель.
В некоторых случаях не удаётся выполнить монтаж полноразмерной р/с в автомобиле. В таких случаях вам могут приглянуться MegaJet MJ-50 (пожалуй, это самая миниатюрная р/с среди всей линейки автомобильных станций), MJ-555, MJ-550, AnyTone Apollo и Yosan CB 250. У MJ-555, AnyTone Apollo и Yosan CB 250 управление полностью вынесено на тангенту, у MJ-550 – на миниатюрную панельку. У обоих MegaJet есть минус: плохое соединение основного и управляющего блока. Лечится заменой разъёма, при самостоятельной переделке обойдётся в пределах 200-300 руб. AnyTone Apollo готова к применению из коробки. То есть у неё нет необходимости доработок, в отличии от MJ-555.
Если хотите что-то более навороченное, то присмотритесь к MJ-600, MJ-3031.
Совсем крутое – Optim-778. Но для открытия полного функционала нужна программная разлочка.
Существуют так же носимые Си-Би радиостанции. Впрочем это не мешает их устанавливать в авто на время поездки. Наиболее популярная из них – это Midland (Alan) 42. Правда со штатной антенной работает практически никудышно. Лечится заменой антенны на что-то более продвинутое.
5. Какие документы нужны для пользования радиостанцией? Что будет, если р/с не попадает в безлицензионный диапазон?
Для пользования р/с в безлицензионном диапазоне в принципе никаких документов не требуется. Можете возить с собой товарный чек на покупку и краткое описание (будет не лишним в случае возникновения споров).
В РФ, с учётом последних изменений, разрешено без получения лицензии работать в следующих диапазонах:
1) 26.960-27.410 МГц с мощностью передатчика в АМ/ЧМ не более 4 Вт и в SSB(вопрос №2) не более 12 Вт. Запрещается так же использование направленных антенн и антенн, усиление которых больше усиления четвертьволнового штыря.
Здесь поясню, что практически всех автомобильных антенн этот закон не касается (т.к. они не направленные и усиление на них меньше). Кроме того, вышеописанное постановление относится к «сухопутным подвижным РЭС», и по идее, правила эксплуатации стационарных р/с остались прежними: не более 10 Вт АМ/ЧМ.
2) 433.075 МГц — 434.775 МГц с шагом в 0.025 МГц и мощностью передатчика не более 10 мВт
3) 446,000—446,100 МГц и мощностью передатчика не более 0.5 Вт
Этот список не полный, но здесь уделено внимание всем основным диапазонам.
Работа без соответствующих разрешений вне этих диапазонов – по сути нарушение закона. Я не призываю вас к нарушениям законодательства. Но на практике случаев наказания за это встречал крайне мало, большинство ограничивалось предупреждениями, в особых случаях – конфискацией аппаратуры. Здесь очень хорошо действует правило «сам живи и другим не мешай». Если вы не мешаете радиолюбителям, сотрудникам спецслужб и другим, то вами скорее всего не заинтересуются. Кроме того, последняя поправка запретила использование р/с Си-Би диапазона с выходной мощностью в АМ/ЧМ более 4 Вт, но у многих к этому времени уже были закуплены трансиверы с мощностью до 8 Вт. Не менять же их все на 4 Вт, согласитесь?
6. На какое расстояние можно связываться, имея Си-Би радиостанции?
Здесь нельзя ответить однозначно. Всё зависит от многих параметров: радиостанции, антенны и даже погоды на улице!
Среднестатистический комплект дальнобойщика обеспечивает им связь друг с другом на расстояние около 5 км. И ещё пока что жива тема «Опрос (рация, антенна, ксв, дальность, прием)».
7. Какие у вас аппараты?
Лично обладаю не такой большой коллекцией: MegaJet MJ-300, Kenwood TH-K4AT, JOKER TH-UVF1.
И ещё пока что жива тема «Опрос (рация, антенна, ксв, дальность, прием)».
8. Можно ли покупать б/у радиостанцию? Что проверить при покупке?
Да можно конечно. Проверять следует по максимуму. Для нормальной проверки вам понадобится антенна (хотя бы короткая на магните) и напарник с заведомо рабочей р/с и антенной. Вам лучше всего находиться стационарно, а ваш напарник будет постепенно увеличивать расстояние. Начинать следует примерно с 10 м (на некоторых р/с проявляются «затыки» на малых расстояниях) и закончить на расстоянии в несколько (2-5) км (встречаются р/с с вышедшим из строя выходным каскадом, которые будут слышны на несколько десятком метров максимум). Проверьте все диапазоны частот, все виды модуляции.
Покупка без этих проверок всегда 50/50. Толкнуть вам полностью работоспособную на вид р/с со спалённым выходным каскадом или ещё хуже с проблемным процессором могут очень легко.
9. Как правильно запитать радиостанцию?
Лучше всего плюсовой провод пробросить напрямую от аккумулятора. Минусовой – в ближайшем месте закрепить к кузову. Питание по такой схеме наиболее предпочтительно, т.к. собирает меньше помех из бортовой сети. Нет смысла использовать музыкальные или какие-либо другие специализированные провода, т.к. никаких высокочастотных сигналов на питании нет.
Помехи могут вызывать импульсные преобразователи (зарядки для телефонов, навигаторов, видеорегистраторов), вентиляторы, системы зажигания и розжига ксенона.
В таких случаях для избавления от помех используют различного рода фильтры по питанию: от ферритовых колец на провод до маленьких ящичков с конденсаторами и катушками. Различных схем в интернете огромное количество.
10. У меня сломалась радиостанция, что делать?
Если вы уверены, что причиной поломки является именно заводской брак, а не нарушение условий эксплуатации, то обратитесь в гарантийный ремонт. Во всех остальных случаях (в т.ч. при истёкшей гарантии) можно обратиться к специалистам (найти их можно на радиорынках) или попробовать устранить неисправность самому.
Наиболее типовые неисправности:
1) не включается р/с : проверьте питание, предохранители, полярность
2) меня перестали слышать: вполне возможно, что сгорел выходной каскад радиостанции (наиболее часто такое случается при работе без антенны или с неправильно настроенной антенной). Обычно замене подлежат транзисторы.
3) я ничего не слышу: возможно у вас перестала работать антенна (например перетёрся коаксиальный кабель), либо шумоподавитель стоит на максимуме, либо внутри р/с от динамика по какой-то причине отлетел провод.
По схемотехнической части р/с я точно не специалист, поэтому по таким вопросам советую обращаться на специализированные форумы.
11. Какими способами можно установить антенну на авто? Какой способ лучше?
Сейчас основное распространение получили 3 варианта установки антенн на транспортные средства:
1) так называемая «врезка»: в металлической части кузова просверливается отверстие диаметром около 10 мм, при необходимости устанавливаются дополнительные пластины для жесткости (при достаточно большой длине антенны и не очень толстом месте установки), далее в этом месте просто собирается антенна. При правильной установке этим способом будет обеспечена наилучшая связь в обе стороны.
Самые предпочтительные места установки: центр крыши, остальная крыша, экспедиционный багажник, крылья, металлический бампер. В общем случае — чем выше, тем лучше. Поэтому установка на бампер скорее всего значительно проиграет установки на крышу.
2) установка на кронштейне: кронштейн, выполненный из металла, устанавливается на металлическую деталь (деталь обязательно должна иметь надёжную электрическую связь с кузовом). Место установки кронштейна рекомендуется зачистить до металла.
Самые предпочтительные места установки: экспедиционный багажник, рейлинги, водостоки, крышка багажника, верхние части дверей, на внедорожниках и грузовых — металлические крепления бокового зеркала. Причём установка на крышке багажника универсала более плохой вариант, чем на крышке багажника седана (из-за принципов распространения волн). Связь обычно сравнима или немного уступает врезному варианту. Кронштейны требуют периодического обслуживания (такого как их чистка, протяжка и т.п.)
3) установка на магнитное основание: антенна устанавливается на подставку с магнитом диаметром от нескольких сантиметров. Плюсы такой установки очевидны: антенну можно быстро снять и спрятать, переставить с одного авто на другой. Минусы же здесь не так очевидны: во-первых дальность приёма-передачи меньше, чем у вышестоящих вариантов; во-вторых на скорости и от препятствий магнитное основание в лучшем случае может съехать и оставить царапинки на лакокрасочном покрытии, в худшем — свалиться и разбить окно; в-третьих кабель обычно пропускают через окно или между дверью и кузовом, вследствие чего он быстро перетирается и становится негодным; в-четвёртых такая антенна больше всех собирает помехи.
Типичные места установки: центр крыши, крышка багажника на седанах.
Что хотелось бы отметить: по сути скрытой установки антенн на авто не бывает. При попытке спрятать часть антенны в крыле или обрезать штырь на пол метра, или установить антенну полностью в салоне можете в лучшем случае получить отвратительную связь, в худшем — сломанную радиостанцию(вопрос №10). Тем не менее, в интернете проскакивают варианты установки антенны на заднее стекло, но такая антенна сложна в изготовлении и её поведение очень сложно предугадать.
12. Какую антенну посоветуете приобрести?
Автомобильная антенна Lemm AT-2001 Turbo — очень популярная среди владельцев радиостанций Си-Би диапазона в основном из-за соотношения цена-качество. Высота штыря — 2 м. Из минусов — не всегда надёжный кронштейн, требует периодического обслуживания.
Sirio Performer 5000 — высота чуть-чуть не доходит до 2 м. Вполне нормальная антенна для повседневной эксплуатации.
© notAmonster, 2014. При использовании статьи ссылка на первоисточник обязательна.
2.1. Распространение, зоны приема метровых (ОВЧ) и дециметровых (УВЧ) волн
2.1. Распространение, зоны приема метровых (ОВЧ) и дециметровых (УВЧ) волн
Общей особенностью для метровых и дециметровых волн является то, что они распространяются, в основном, в пределах прямой видимости. Напряженность поля волн убывает с увеличением расстояния от передающей антенны. У границы зоны прямой видимости возникают колебания уровня напряженности поля из-за огибания поверхности земли (явление дифракции) и искривление траектории волн за счет преломления в атмосфере (явление рефракции). Ввиду отражения от поверхности земли и преломления, обусловленного неоднородным строением атмосферы, в точку приема приходят две или более волн со случайными фазами и амплитудами. На распространение метровых и дециметровых волн также влияют метеорологические условия (температура, влажность, давление и т. д.), рельеф местности и многое другое.
Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость воздуха в атмосфере убывает с высотой, траектория радиоволны получается искривленной, причем степень искривления зависит от характера изменения электрических свойств атмосферы. Поэтому дальность передачи телевизионного вещания несколько больше, чем рассчитанная теоретически. С учетом рефракции дальность радиовидимости увеличивается примерно на 15% по сравнению с оптической (прямой видимостью) и определяется формулой:
где r- расстояние радиовидимости, км;
Н- высота установки передающей антенны, м;
НАПРИМЕР, если Н = 150 м, а h = 10 м, то дальность радиовидимости составит г = 4.12 (150^0.5 + 10^0.5) = 63,5 км. Если же приемная антенна находится на крыше девятиэтажного дома (h=30 м), то дальность г = 4.12(150^0.5+30^0.5) = 73 км. Следовательно, при увеличении высоты подвеса антенн дальность радиовидимости увеличивается.
Область распространения метровых и дециметровых волн удобно разделить на три зоны: освещенную (зона, ограниченная пределами прямой видимости), полутени и тени.
Под освещенной зоной следует понимать зону гарантированного приема телевизионных передач (до 0,8r). Это пространство, в пределах которого обеспечивается напряженность электромагнитного поля, достаточная для регулярного и качественного приема телевизионных сигналов с помощью любого телевизора. В ближней зоне (несколько километров от передающей антенны), напряженность поля характеризуется большой неравномерностью в виде периодических максимумов и минимумов, обусловленных интерференцией в точке приема между прямой и отраженной от поверхности Земли радиоволной. При установке антенны необходимо учитывать, что напряженность поля изменяется так, как показано на графике рис. 2. 2 [2. 1].
Рис. 2. 2. Расположение максимумов напряженности поля
Высоту первого ближайшего к земле максимума можно определить по приведенной ниже формуле (справедлива для расстояния до 25 км):
R- расстояние между передающей и приемной антеннами, м;
А второй максимум (hm2) будет находиться на высоте в 3 раза, а третий — в 5 раз большей, чем первый максимум. Для ближней зоны также характерен спад уровня сигнала, поскольку прием может осуществляться от боковых лепестков диаграммы направленности.
С увеличением расстояния от передающего центра напряженность поля падает, при этом действующее значение напряженности электромагнитного поля Ед определяется уравнением
Р- мощность передатчика, кВт;
(относительно изотропной антенны). Если G выражено относительно полуволнового диполя, то под корень вводится множитель 1.64 при этом формула имеет вид
Для получения амплитудного значения напряженности поля, полученные значения при расчетах увеличивают в 2^0.5, т.е. в 1.4 раза.
Для удобства расчетов в ряде случаев напряженность поля выражают в децибелах по отношению к напряженности поля, равной 1 мкВ/м, и обозначают дБ/мкВ/м. В этом случае:
где Е- напряженность поля, дБ;
R- расстояние между передающей и приемной антеннами, км;
Р- мощность передатчика, кВт;
n- КПД фидера антенны в относительных единицах
Так как высота антенн (передающих и приемных) в большинстве случаев намного меньше расстояния между ними, то при удалениях менее 0,8 расстояния радиовидимости напряженность поля с достаточной для практических целей точностью можно рассчитать по формуле Б.А. Введенского[2.2]:
где Е- напряженность поля, мВ/м;
Формула 2.6 применяется при соблюдении неравенств: