Высокая частота ( HF ) — это обозначение МСЭ [1] для диапазона радиоволн с частотой от 3 до 30 мегагерц (МГц). Он также известен как декаметровый диапазон или декаметровая волна , поскольку его длины волн находятся в диапазоне от одного до десяти декаметров (от десяти до ста метров). Частоты, находящиеся непосредственно ниже HF, обозначаются как средние частоты (MF), в то время как следующий диапазон более высоких частот известен как диапазон очень высоких частот (VHF). Диапазон HF является основной частью диапазона коротких волн, поэтому связь на этих частотах часто называют коротковолновым радио . Поскольку радиоволны в этом диапазоне могут отражаться обратно на Землю ионосферным слоем в атмосфере — метод, известный как «пропускание» или « небесная волна » распространения — эти частоты могут использоваться для дальней связи на межконтинентальных расстояниях и для горных местностей, которые препятствуют прямой видимости связи. [2] Диапазон используется международными коротковолновыми радиовещательными станциями (3,95–25,82 МГц), авиационной связью, правительственными станциями времени, метеостанциями, любительским радио и гражданскими службами диапазона, среди прочего. С быстрым развитием науки и техники все больше и больше оборудования проектируется в микроволновом диапазоне (> 1 ГГц) или даже в миллиметровом диапазоне волн (77 ГГц) выше приложения (например, сейчас очень популярная автомобильная антенна миллиметрового диапазона 77 ГГц), что также означает, что частота становится все выше и выше, и требования к подложке печатной платы также становятся все выше и выше. Например, материал подложки должен иметь превосходные электрические свойства, хорошую химическую стабильность, с увеличением частоты сигнала мощности в требованиях к потерям подложки очень малы, поэтому важность высокочастотных печатных плат вышла на первый план.
Доминирующим средством дальней связи в этом диапазоне является распространение небесной волны («skip»), при котором радиоволны, направленные под углом в небо, преломляются обратно на Землю от слоев ионизированных атомов в ионосфере . [3] Благодаря этому методу КВ-радиоволны могут распространяться за горизонт, огибая кривую Земли, и приниматься на межконтинентальных расстояниях. Однако пригодность этой части спектра для такой связи сильно варьируется в зависимости от сложной комбинации факторов:
В любой момент времени для заданного «пропущенного» пути связи между двумя точками частоты, на которых возможна связь, определяются следующими параметрами:
Максимальная используемая частота регулярно опускается ниже 10 МГц в темноте в зимние месяцы, тогда как летом в дневное время она может легко превзойти 30 МГц. Это зависит от угла падения волн; она самая низкая, когда волны направлены прямо вверх, и выше при менее острых углах. Это означает, что на больших расстояниях, где волны касаются ионосферы под очень тупым углом, МПЧ может быть намного выше. Самая низкая используемая частота зависит от поглощения в нижнем слое ионосферы (слое D). Это поглощение сильнее на низких частотах, а также сильнее при повышенной солнечной активности (например, днем); полное поглощение часто происходит на частотах ниже 5 МГц в дневное время. Результатом этих двух факторов является то, что используемый спектр смещается в сторону более низких частот и в диапазон средних частот (СЧ) в зимние ночи, в то время как днем в разгар лета более высокие частоты, как правило, более пригодны для использования, часто в нижний диапазон УКВ . [ необходима цитата ]
Когда все факторы находятся в оптимальном состоянии, на КВ возможна всемирная связь. Во многих других случаях возможно установление контакта через континенты или океаны и между ними. В худшем случае, когда диапазон «мертв», никакая связь за пределами ограниченных путей распространения наземных волн невозможна, независимо от того, какие мощности, антенны или другие технологии задействованы. Когда трансконтинентальный или всемирный путь открыт на определенной частоте, цифровая , SSB и связь с использованием кода Морзе возможна с использованием удивительно низкой мощности передачи, часто порядка милливатт, при условии использования подходящих антенн на обоих концах и при отсутствии или отсутствии искусственных или естественных помех . [4] На таком открытом диапазоне помехи, возникающие на большой площади, затрагивают многих потенциальных пользователей. Эти вопросы имеют важное значение для военных, безопасности [5] и пользователей любительского радио в КВ диапазонах.
Существует некоторое распространение земными волнами , основной режим распространения в нижних диапазонах, но дальность передачи уменьшается с частотой из-за большего поглощения в земле. На верхнем конце диапазона дальность передачи земной волны ограничена 10-20 милями. [6] : стр.38 Связь на короткие расстояния может осуществляться с помощью комбинации прямой видимости (LOC), отражения от земли и путей земной волны, но многолучевая интерференция может вызвать замирание .
.jpg/1280px-SpAF_Boeing_707-331B(KC).jpg)
Основные области применения высокочастотного спектра:
Высокочастотный диапазон очень популярен среди радиолюбителей , которые могут воспользоваться преимуществами прямой связи на большие расстояния (часто межконтинентальной) и «фактором острых ощущений», возникающим в результате установления контактов в переменных условиях. Международное коротковолновое вещание использует этот набор частот, а также, по-видимому, уменьшающееся число «служебных» пользователей (морские, авиационные, военные и дипломатические интересы), которые в последние годы перешли на менее изменчивые средства связи (например, через спутники ), но могут поддерживать КВ-станции после переключения в качестве резервных.
Однако развитие технологии Automatic Link Establishment на основе MIL-STD-188-141 для автоматизированного подключения и выбора частоты, а также высокая стоимость использования спутников привели к возрождению использования HF в правительственных сетях. Разработка более скоростных модемов, таких как соответствующие MIL-STD-188-110C, которые поддерживают скорость передачи данных до 120 килобит/с, также повысила удобство использования HF для передачи данных и видео. Разработка других стандартов, таких как STANAG 5066, обеспечивает безошибочную передачу данных с использованием протоколов ARQ .
Некоторые режимы связи, такие как непрерывная передача сигналов азбуки Морзе (особенно радиолюбителями ) и однополосная голосовая связь, более распространены в диапазоне КВ, чем на других частотах, из-за их способности экономить полосу пропускания, но широкополосные режимы, такие как телевизионные передачи, как правило, запрещены относительно небольшой частью электромагнитного спектра КВ .
Шум, особенно искусственные помехи от электронных устройств, как правило, оказывают большое влияние на диапазоны HF. В последние годы среди некоторых пользователей спектра HF возросла обеспокоенность по поводу доступа в Интернет «широкополосного доступа по линиям электропередач» ( BPL ) , который оказывает почти разрушительное воздействие на связь HF. Это связано с частотами, на которых работает BPL (обычно соответствующими диапазону HF), и тенденцией утечки сигнала BPL из линий электропередач. Некоторые провайдеры BPL установили режекторные фильтры, чтобы заблокировать определенные части спектра (а именно любительские радиодиапазоны), но по-прежнему существует много споров относительно развертывания этого метода доступа. Другие электронные устройства, включая плазменные телевизоры, также могут оказывать пагубное воздействие на спектр HF.
В авиации системы связи HF требуются для всех трансокеанских перелетов. Эти системы включают частоты до 2 МГц, включая международный канал бедствия и вызова 2182 кГц .
Верхняя часть HF (26,5-30 МГц) имеет много общих характеристик с нижней частью VHF. Части этой части, не выделенные для любительской радиосвязи, используются для местной связи. К ним относятся радиостанции CB около 27 МГц, радиолинии студия-передатчик (STL), устройства радиоуправления для моделей и радиопередатчики пейджинга.
Некоторые метки радиочастотной идентификации (RFID) используют HF. Эти метки обычно известны как HFID или HighFID (High-Frequency Identification).
Наиболее распространенными антеннами в этом диапазоне являются проволочные антенны, такие как проволочные диполи или ромбические антенны ; на верхних частотах — многоэлементные дипольные антенны, такие как антенны типа «Яги» , квадратные и логопериодические антенны . Мощные коротковолновые вещательные станции часто используют большие решетки из проволочных занавесей .
Антенны для передачи небесных волн обычно изготавливаются из горизонтальных диполей или нижних питаемых петель, которые излучают горизонтально поляризованные волны. Предпочтение горизонтально поляризованной передаче обусловлено тем, что (приблизительно) только половина мощности сигнала, передаваемого антенной, идет прямо в небо; около половины идет вниз к земле и должно «отражаться» в небо. Для частот в верхнем КВ-диапазоне земля является лучшим отражателем горизонтально поляризованных волн и лучшим поглотителем мощности вертикально поляризованных волн. Эффект уменьшается для более длинных волн.
Для приема часто используются случайные проволочные антенны . В качестве альтернативы, те же направленные антенны, которые используются для передачи, полезны для приема, поскольку большая часть шума поступает со всех направлений, но желаемый сигнал поступает только с одного направления. Приемные антенны дальнего действия (небесная волна) обычно могут быть ориентированы как вертикально, так и горизонтально, поскольку рефракция через ионосферу обычно искажает поляризацию сигнала, и сигналы принимаются непосредственно с неба на антенну.
Антенна должна иметь достаточно широкую полосу пропускания , чтобы покрыть желаемый диапазон частот. Широкополосные антенны могут работать в более широком диапазоне частот, в то время как узкополосные антенны более эффективны на определенных частотах.
Для улучшения чувствительности передачи и приема антенны HF, чем больше металлических деталей подвергается воздействию воздуха, тем выше чувствительность приема. Однако в местах с большим количеством радиошумов, таких как городские районы, окружающие шумовые сигналы также слышны, поэтому метод проектирования применяется с использованием направленной радиоантенны высокой частоты (HF) или с использованием антенны HF в отдаленной местности с низким уровнем шума HF и подключением трансивера HF.