Приключения радиолуча

Чтобы как-то разграничить их, Международный комитет по радио разделил радиоволны на 12 диапазонов и каждому дал два равноправных названия: по частотному признаку и по метрическому (когда за основу классификации берется единица измерения длины — метр).

Если идти по частотному спектру снизу, от нуля, то первый диапазон начинается с трех герц и кончается 30 герцами, или в длинах волн от 100 тысяч до 10 тысяч километров. Это диапазон крайне низких частот (КНЧ), или декамегаметровых волн. Их длина, как мы видим, сравнима с размерами земного шара, поэтому, чтобы излучать их, нужны и антенны космических размеров. Пока диапазон используется только в научных целях. Ученые выступают здесь в качестве наблюдателей: фиксируют радиоволны, которые возбуждаются в огромном резонаторе, образуемом Землей и ее ионизированной оболочкой — ионосферой. Порождают декамегаметровые волны молнии, вспышки солнечной активности и другие возмущения.

Второй диапазон — сверхнизкие частоты (СНЧ) — простирается от 30 до 300 герц или от 10 тысяч до тысячи километров. Его метрическое название — мегаметровый. Он используется для связи с подводными лодками. Конечно, речь передать нельзя: слишком уж узок Диапазон — всего 270 герц, а для передачи речи нужна полоса частот по крайней мере раз в 10 больше. Но приходится мириться: такие многокилометровые волны в отличие от более коротких слабо затухают в воде.

Американские инженеры разработали систему связи для передачи на подводные лодки команд только из трех знаков, в которых содержится информация о времени и безопасном месте всплытия лодки на перископную глубину для поднятия на поверхность выдвижной антенны, чтобы получить более подробные инструкции через спутник связи. Передача команд ведется на длине волны примерно 4000 километров. На однократную передачу сообщения уходит около пяти минут. Антенной служат участки земной поверхности длиной в десятки километров. Из одного миллиона ватт мощности передатчика в эфир уходит всего лишь два ватта, а остальная мощность рассеивается в земной коре. Правда, у сверхнизкочастотной системы появился в последнее время удачливый соперник — лазерная спутниковая связь. Оказалось, что луч сине-зеленого лазера способен проникать под воду на глубину до 200 метров.

Пройдем один, пока «неинтересный» для практики диапазон — инфранизких частот (ИНЧ), простирающийся от 300 до 3000 герц, или, по-иному, гектокилометровые волны: от 1000 до 100 километров.

Следующий, четвертый диапазон, — очень низкие частоты (ОНЧ) — от 3 до 30 килогерц. Метрическое его название — мириаметровые волны. Их длина от 100 до 10 километров. Раньше они назывались сверхдлинными волнами.

Это рабочий диапазон. Хотя у него еще все те же недостатки, что и у предыдущих трех — нужны огромные антенны, большие мощности, малая скорость передачи данных, сильные атмосферные помехи, но сказываются они уже в меньшей мере. Зато преимущество сохраняется. Радиоволна мириаметрового диапазона, огибая Землю, достигает противоположной точки на поверхности нашей планеты. И главное — условия распространения стабильны. Не зависят от времени суток, мало подвержены капризам ионосферы, к которым чувствительны более короткие волны. Диапазон используется для глобальной связи с объектами, находящимися на любом удалении от передатчика, в том числе и с подводными лодками в погруженном состоянии, в общем, когда надо передать очень небольшое количество важной информации с очень высокой надежностью на очень большое расстояние. Кроме того, из-за стабильности условий распространения ОНЧ на них передаются сигналы точного времени,  эталонных частот, сигналы радионавигационных систем. Раньше этот диапазон был более оживлен: здесь работало поколение доламповых передатчиков. Как видим, чем короче длина волны, тем более информативным становится диапазон.

Далее идут всем нам знакомые названия диапазонов: длинные (от 10 до 1 километра), средние (от 1000 до 100 метров), короткие (от 100 до 10 метров) волны. По современной классификации они соответственно звучат так: низкие частоты, или километровые волны, средние частоты, или гектометровые волны, и высокие частоты, или декаметровые волны.

Участок от 3000 до 800 метров отдан под длинноволновое радиовещание. Здесь можно слушать первую программу Всесоюзного радио. Большинство местных радиостанций тоже работают на длинных волнах. Когда-то диапазону прочили большое будущее, но оказалось, что выгоднее вести передачу на более коротких волнах.

Средние волны на шкале нашего приемника занимают участок от 600 до 200 метров. В самой нижней части — на волнах около 600 метров передаются сигналы бедствия SOS. Любые другие передачи на этой волне запрещены. Вечером диапазон средних волн буквально забит, а днем тут поймаешь лишь две-три станции. Причиной тому поведение ионосферы — ионизированной оболочки нашей планеты. Она несколько напоминает слоеный пирог. Слои в ионосфере — это области, где наблюдается максимумы ионизации. Обозначают их латинскими буквами D, E, F. Слой D — самый нижний, занимает высоты от 60 до 90 километров. Его порождает солнечная радиация. Концентрация ионизированных частиц в слое D не столь велика, чтобы отразить средние (и тем более короткие) волны и направить их обратно к Земле, зато поглотителем средних волн он служит отменным.

Именно слой D и уничтожает днем так называемую ионосферную волну, а земная, или поверхностная, волна распространяется вдоль земли на небольшие расстояния. Поэтому и слышны днем на средних волнах лишь местные станции. С наступлением сумерек слой D начинает исчезать и в приемник врывается ионосферная волна. Ее и называют ионосферной оттого, что не сразу она попадает в приемник, а отразившись от ионосферы, от слоя Е, который существует круглосуточно. Дальность приема в ночное время резко возрастает.

И наконец мы подошли ко всем нам хорошо знакомым коротким волнам. Диапазон этот раньше считали бесперспективным. Своим открытием он обязан радиолюбителям 20-х годов. Осваивая диапазон, они столкнулись с парадоксальной ситуацией. Передатчики, которые не были слышны уже за несколько десятков километров, почему-то уверенно прослушивались за многие тысячи километров. Причина тому — в основном слой с максимальной концентрацией ионов — слой F. Именно он служит верхней стенкой незримого шара, который запирает короткие волны в околоземном пространстве. И они путешествуют в нем, попеременно «отскакивая» от ионосферы и от поверхности Земли. Из-за скачков возникают зоны молчания. Ионосферные волны как бы перешагивают через некоторые районы, а земная волна туда не доходит.

Существование слоя F было предсказано еще в 1902 году английским ученым Хевисайдом и его американским коллегой Кеннели, но лишь через два десятилетия оно было подтверждено экспериментально.

Есть еще один недостаток у коротких волн — фединги, или замирания. Дело в том, что в приемник одновременно приходит несколько ионосферных волн по разным путям: и длинными, и короткими скачками волна даже может «проскакать» вокруг земного шара и быть принята повторно. В этом случае, как мы знаем, будет наблюдаться явление интерференции: сигнал то ослабнет, даже может пропасть, то усилится.

Но, несмотря на недостатки, короткие волны нашли широкое применение из-за одного важного достоинства. В отличие от сверхдлинных волн коротким достаточно небольшой мощности передатчика, не больше обычной электролампочки, чтобы они «убежали» за тысячи километров. Благодаря этой замечательной способности радиосвязь стала доступной для любой точки земного шара. Без коротковолновой станции не отправится в путь ни один корабль, ни один самолет.

Еще выше начинается диапазон УКВ — ультракоротких волн. К ним относят все радиоволны короче 10 метров. Особенность его в том, что ультракороткие волны распространяются в пределах прямой видимости. Однако и здесь возможны исключения. О причудах волн, в том числе и из «семейства» радио, речь пойдет дальше.

Термин УКВ сейчас уже устарел. Официально этот участок спектра разделен еще на пять диапазонов: