Как се разпространяват радиовълните


    Радиовълните са електромагнитни вълни с дължина на вълната ламбда (λ) от 30 000 m до десети от милиметъра. Радиовълните се разпространяват в пространството със скоростта на светлината (300 000 км/сек). Всъщност светлината също спада към електромагнитните вълни, заради което тя има сходни свойства с радиовълните - отражение, пречупване и затихване.

    Радиовълните пренасят в пространстовото енергия, излъчена от генератор на електромагнитни трептения. Те се образуват при изменението на електическото поле, например, когато през проводник преминава променлив електрически ток или когато през пространството прескачат искри, тоест ред бързо следващи се електрически импулси.

    Електромагнитното излъчване се характеризира с честота, дължина на вълната и мощност на преносимата енергия. Честотата на електромагнитните вълни показва, колко пъти в секунда се променя направлението на електрическия ток в излъчвателя и следователно, колко пъти се изменя във всяка точка на пространството величината на електрическото и магнитното поле. Честотите се измерват в Херци (Хц) - единици, наречени с името на немският учен Хенрих Рудолф Херц. Един Херц е едно колебание (трептение) в секунда, Един МегаХерц е равен на милион колебания в секунда. Знаейки, че скоростта на движение на електромагнитните вълни е равна на скоростта на светлината, може да се определи разстоянието между точките в пространството, където електрическото (или магнитно) поле се намират в еднаква фаза. Това разстояние се нарича дължина на вълната. Дължината (в метри) се изчислява по формулата:
или приблизително
където е честота на електромагнитното излъчване на МХц.

    На честота 1 МХц съответства дължина на вълната около 300 м. С увеличаване на честотата, дължината на вълната намалява, и обратно, с намаляване на честотата, дължината става по-голяма. Дължината на радиовълната пряко определя размерите на предавателните и примателни антени.

    Електромагнитните вълни свободно преодоляват въздуха или космическото пространство (вакуум), но ако на пътя на им има метален проводник, антена или друго електропроводимо тяло, то вълните отдават част от своята енергия на този обект, създавайки по този начин, променливо електричество в него. Винаги част от излъчената енергия се отразява от повърхностите. Всъщност, върху това свойство е основана радиолокацията.

    Още едно полезно свойство на електромагнитните вълни (както и на всички други вълни) е тяхната способност да заобикалят обектите по пътя си. Това е възможно, само ако телата са по-малки от дължината на вълната или са сравними с нея. Например, за да бъде засечен самолет, дължината на вълната на радиолокатора трябва да бъде по-малка от геометрическите размери на самолета (по-малка от 10 м). Ако тялото е по-голямо от дължината на вълната, то може да я отрази. Има, обаче, и случаи, в които тялото може и да не отрази радиовълната, например, ако е изградено по технологията „Stealth”.

    Енергията, която пренасят електромагнитните вълни, зависи от мощността на генератора (предавател) и разстоянието до него. Научно, това звучи така: потокът енергия на единица площ е право-пропорционален на излъчената мощност и обратно-пропорционален на разстоянието до предавателя на квадрат. Това означава, че възможностите за разпространение на радиосигналите зависят от мощността на предавателя, но в по-голяма степен от разстоянието до него. Например, енергийния поток на електромагнитното излъчване от Слънцето на повърхността на Земята достига до 1 килоВат на квадратен метър, а потока енергия на средновълнова предавателна станция - едва хилядни или даже милионни части от Ват на квадратен метър.

    Радиовълните се излъчват чрез антена и се разпространяват във вид на енергия на електромагнитното поле. И въпреки, че природата на радиовълните е една, тяхната способност за разпространение силно зависи от дължината на вълната. Земата представлява електрически проводник (макар и не добър) и преминавайки над повърхността ѝ, радиовълните постепенно отслабват. Това се дължи на факта, че елетромагнитните вълни предизвикват ток на повърхността на планетата, за което се губи и част от енергията. Тоест, енергията се поглъща от Земята, при това, толкова повече, колкото е по-къса вълната (по-висока честотата). Енергията отслабва още и защото радиоизлъчването се разпространява във всички посоки, и следователно, колкото по-отдалечен е приемника от предавателя, толкова по-малко енергия се пада на единиця площ и толкова по-малко попада в антената.

Разпределение на радиочестотния спектър


    Радиовълните (радиочестоти), използвани в радиотехниката, заемат област, или спектър, от 10 000 м (30 КХц) до 0.1 мм (3 000 ГХц). Това е малка част от спектъра на електромагнитните вълни. След радиовълните, по намаляваща дължина следват инфрачервените лъчи, после е тесния участък на видимата светлина, след него ултравиолетовите, рентгеновите и гамма лъченията. Всичко това са електромагнитни трептения с една природа, различаващи се само по дължина на вълната, и съответно - честотата. Въпреки, че Физиката разделя целия спектър на области, границите между тях са обозначени условно. Областите следват една след друга, а понякога даже се препокриват.

    Целият спектър на радиовълните, използвани за радиовръзки, е разпределен чрез международни съглашения, на отделни обхвати (диапазони):


Честотна лента Честотен диапазон Вълнов диапазон Дължина на вълната
3–30 КХц Много ниски честоти (МНЧ) Мириаметров 100–10 км
30–300 КХц Ниски честоти (НЧ) Километров 10–1 км
300–3000 КХц Средни честоти (СЧ) Хектометров 1–0.1 км
3–30 МХц Високи честоти (ВЧ) Декаметров 100–10 м
30–300 МХц Много високи честоти (МВЧ) Метров 10–1 м
300–3000 МХц Ултра високи честоти (УВЧ) Дециметров 1–0.1 м
3–30 ГХц Свръхвисоки честоти (СВЧ) Сантиметров 10–1 см
30–300 ГХц Крайно високи честоти (КВЧ) Милиметров 10–1 мм
300–3000 ГХц Хипервисоки честоти (ХВЧ) Децимилиметров 1–0.1 мм

    Тези обхвати са твърде обширни и са разделени на участъци, в които влизат обхватите за радио- и телевизионно разпръскване, диапазоните за наземни, авиационни, космически и морски връзки, за предаване на данни в медицината, за радиолокация и навигация и т.н. На всяка отделна радиослужба е определена конктретна част от радиочестотния спектър, наречена „радиочестотна лента”.



    В България, разпределението на радиочестотния спектър се осъществява от Комисията за регулиране на съобщенията . Тази Комисия изготвя „Национален план за разпределение на радиочестотния спектър на радиочестоти и радиочестотни ленти за граждански нужди, за нуждите на отбраната и сигурността, както и за съвместно ползване между тях”. С този план се определя как да се използват честотите между 9 КХц и 400 ГХц, между посочените по-горе радиослужби. За радиоразпръскване в България са опрелени следните обхвати:

Честотна лента Вълнов обхват (съкращение), предназначение
148.5-285 КХц Дълги вълни (ДВ/LW), наземно радиоразпръскване
526.5-1606.5 КХц Средни вълни (СВ/MW), наземно радиоразпръскване
2300-26100 КХц Къси вълни (КВ/SW), наземно радиоразпръскване
87.5-108 МХц Ултракъси вълни (УКВ/FM), наземно радиоразпръскване
174-230 МХц Ултракъси вълни (МВ/HF), 6-12 канал, наземно телевизионно разпръскване
470-862 МХц Ултракъси вълни (ДМВ/UHF), 21-68 канал, наземно телевизионно разпръскване
3-40 ГХц Свръхкъси вълни (СКВ/SHF), спътниково ТВ-радиоразпръскване

    В горните слоеве на атмосферата действието на слънчевите ултра-виолетови лъчи формира плътен пояс от йони, наречен йоносфера. Той започва на 60 км. от земната повърхност и свършва на 400 км от нея. Йоносферата отразява радио вълните обратно към Земята, което позволява те да бъдат приемани на големи разстояния. Това явление се нарича интерференция.



Дълги вълни (ДВ / LW)


    Дългите вълни са предназначени за монофонично радиоразпръскване с амплитудна модулация ДВ-АМ в честотен обхват 148.5-285 kHz (0.1485-0.2850 MHz). Предаването на дълговълнови предавателни станции могат да бъдат приемани на разстояние до няколко хиляди километра, при което сигнала затихва бавно и плавно. Поради характера на разпространението на дългите вълни, Световния телекомуникационен съюз (ITU) е приел разпределение на обхвата на отделни канали, които да се използват от предавателните станции. Тези канали са в обсега от 153 до 279 kHz и имат отстояние от 9 kHz. Обхвата на дългите вълни се използва за радиоразпръскване само в Европа, Северна Африка и Русия. Към 2015 г. в света работят общо около 19 предавателя, излъчващи радиопрограма на дълги вълни.

До 2014 г. в България работи един предавател на дълги вълни - Вакарел (край София) - 261 kHz, излъчващ БНР програма Хоризонт и Парламентарен канал.

Средни вълни (СВ / MW)


    Предназначени за монофонично радиоразпръскване с амплитудна модулация СВ-АМ в честотен обхват 526.5 - 1606.5 kHz (0.5265-1.6065 MHz). Средните вълни се разпространяват на големи разстояния благодарение на дифракция по земната повърхност, а нощем се отрязяват и в йоносферата (интерференция). Стандартните честоти за Европа се от 531 до 1611 kHz с отстояние от 9 kHz. В Северна Америка се използва обхват от 530 до 1710 kHz, разпределен на канали с отстояние от 10 kHz.

В този обхват, до 2010 г. в България работиха 25 предавателя предавателя, към 2015 г. има един действащ предавател на БНР.
Вижте още: Радиоразпръскване на Средни вълни в България

Къси вълни (КВ / SW)


    Предназначени за монофонично радиоразпръскване с амплитудна модулация КВ-АМ в честотен обхват 2300 - 26100 kHz (2.30-26.10 MHz). Късите вълни се разпространяват на големи разстояния основно нощем, благодарение на отразяването си в горните слоеве на йоносферата. Това позволява късите вълни се се използват за предаванията на международни радиостанции. Поради характера на разпространението на късите вълни, Световния телекомуникационен съюз (ITU) е приел разпределение на обхвата на вълнови обхвати, които да се използват от предавателните станции.

До 2012 г. Радио България излъчва предавания на 10 езика за целия свят чрез две предавателни станции София (Костинброд) и Пловдив (Пъдарско). Радио Варна също е имало предаване на къси вълни за българските моряци, плаващи в световния океан.

Честотна лента КВ обхват
2300-2495 КХц 120 м
3200-3400 КХц 90 м
3900-4000 КХц 75 м
4750-5060 КХц 60 м
5900-6200 КХц 49 м
7100-7350 КХц 40/41 м
9400-9900 КХц 31 м
11600-12100 КХц 25 м
13570-13870 КХц 21/22 м
15100-15800 КХц 19 м
17480-17900 КХц 16 м
18900-19020 КХц 15 м
21450-21850 КХц 13 м
25670-26100 КХц 11 м

Ултракъси вълни (УКВ / FM)


    Предназначени за монофонично и стереофонично наземно радиоразпръскване с честотна модулация УКВ-ЧМ в честотен обхват 87.50 - 108.00 МHz. УКВ вълните се разпространяват до границата на пряката видимост и не се отразяват в атмосферата. Това позволява качествено излъчване на радиосигнал за ограничена територия. УКВ се използва след края на Втората световна война, с различия в някои региони на света. В САЩ УКВ обхватът е от 87.90 до 107.90 MHz, в Япония - от 76 до 90 MHz. В отделни страни обхвата е разпределен и на честотни канали, предвидени за различен тип програми. В България, както и други страни от Източна Европа, през втората половина на ХХ-ти век за УКВ радиоразпръскване се използват честотите от 64 до 74 МHz (OIRT стандарт). От 1980-те години в България започва преминаване към западния стандарт (CCIR) с използване на честотен обхват 87.5-108 MHz.

След 2004 г., честотите в OIRT обхвата се използват само в районите, където няма свободни честоти в новия обхват. Последният предавател, излъчващ в този обхват в България спря в края на януари 2008 г. В честотния обхват 87.5-108 MHz излъчват всички регионални и национални радиостанции в страната.
Вижте още: УКВ-FM честоти в България 87.50-108.00 MHz

Телевизионни обхвати


    Предназначени за наземно радиоразпръскване на телевизионни сигнали с честотна модулация УКВ-ЧМ в обхвати 49-100 МHz (Метров обхват-1), 174-230 МHz (Метров обхват-2) и 470-862 МHz (Дециметров обхват). Както и другите УКВ вълни, телевизинния сигнал се разпространява до границата на пряката видимост и не се отразява в атмосферата. Зоната на приемане е ограничена и до голяма степен зависи от височината на предавателната и приемателната антена. Честотното разпределение на телевизионните обхвати е различно в отделните страни по света.

    В България, както и в други страни от Източна Европа, за ефирно телевизионно излъчване е приет стандарт, според който Метровия обхват е разпределен на 12 телевизионни канала, с офсет на честотите за изображение и звука от 6.5 MHz. Метровия обхват от своя страна се дели на МВ-I (1-5 канал) и МВ-II (6-12 канал), или МВ-I (1-2 канал), МВ-II (3-5 канал) и МВ-III (6-12 канал). Каналите в Дециметров обхват от 21 до 69 имат офсет от 5.5 MHz, като се делят на ДМВ-I (21-37 канал) и ДМВ-II (38-69 канал). За разпространение на телевизионни програми по кабелни мрежи се използват и честотните обхвати SR-1 (110-174 MHz, 1-8 канал), SR-2 (230-294 MHz, 11-18 канал) и SR-3 (294-470 MHz, 19-40 канал).

Честотите, попадащи в каналите на Метров обхват-1 съвпадат с УКВ-обхвата 87.5-108 MHz, но въпреки това продължават да се използват за ефирно телевизионно излъчване в някои региони на България. Най-мощен предавател в този обхват е Венец край Шумен, излъчващ на пети телевизионен канал (93.25-99.75 MHz). На каналите от Метров обхват-2 излъчват повечето основни предаватели и ретранслатори за Първа телевизионна мрежа в страната, а в Дециметровия обхват - за Втора и трета телевизионни мрежи, както и регионални ТВ канали. След цифровизацията на ефирния телевизионен сигнал през 2013 г. в България се използват само канали в Дециметровия обхват.
Вижте още: Таблица за разпределение на телевизионните канали

Свръхкъси вълни - C-band, Ku-band, Ka-band


    C-band (3-7 GHz), Ku-Band (11-15 GHz) и Ka-Band (18-40 GHz) са сектори от електромагнитния спектър в обхвата на свръхкъсите вълни, които се използват основно за сателитни радио- и телевизионни предавания от телекомуникационни спътници в околоземна орбита.

България не притежава собствени телекомуникационни спътници, но всички радио- и телевизионни оператори, излъчващи български програми от сателит се разпространяват в горепосочените обхвати.
Вижте още: Сателитни телекомуникации в България

Използвани мерни единици


  Hz - Херц
kHz - Килохерц (1 kHz) = 1 000 Hz
MHz - Мегахерц (1 MHz) = 1 000 000 Hz
GHz - Гигахерц (1 GHz) = 1 000 000 000 Hz

  W - Ват
kW - Киловат (1 kW) = 1 000 W
MW - Мегават (1 MW) = 1 000 000 W
GW - Гигават (1 GW) = 1 000 000 000 W