Высокая частота ( HF ) — это обозначение ITU [1] для диапазона радиочастотных электромагнитных волн (радиоволн) от 3 до 30 мегагерц (МГц). Он также известен как декаметровый диапазон или декаметровая волна , поскольку его длины волн варьируются от одного до десяти декаметров (от десяти до ста метров). Частоты сразу ниже ВЧ обозначаются средними частотами (СЧ), а следующая полоса более высоких частот известна как полоса очень высоких частот (ОВЧ). КВ-диапазон является основной частью коротковолнового диапазона частот, поэтому связь на этих частотах часто называют коротковолновым радио . Поскольку радиоволны в этом диапазоне могут отражаться обратно на Землю слоем ионосферы в атмосфере (метод, известный как распространение «пропуска» или « небесной волны »), эти частоты подходят для связи на большие расстояния на межконтинентальных расстояниях и для гористой местности, где предотвратить связь в прямой видимости . [2] Полоса используется международными коротковолновыми радиовещательными станциями (3,95–25,82 МГц), авиационной связью, правительственными станциями времени, метеостанциями, любительским радио и гражданскими службами диапазона, а также для других целей.
Доминирующим средством связи на большие расстояния в этом диапазоне является распространение космических волн («скип»), при котором радиоволны, направленные под углом в небо, преломляются обратно на Землю от слоев ионизированных атомов в ионосфере . [3] С помощью этого метода ВЧ-радиоволны могут распространяться за горизонт, вокруг изгиба Земли и приниматься на межконтинентальных расстояниях. Однако пригодность этой части спектра для такой связи сильно варьируется в зависимости от сложного сочетания факторов:
В любой момент времени для заданного «пропускного» пути связи между двумя точками частоты, на которых возможна связь, задаются этими параметрами.
Максимальная полезная частота регулярно падает ниже 10 МГц в темноте в зимние месяцы, а летом при дневном свете может легко превысить 30 МГц. Это зависит от угла падения волн; она наименьшая, когда волны направлены прямо вверх, и выше при менее острых углах. Это означает, что на больших расстояниях, где волны касаются ионосферы под очень острым углом, МПЧ может быть намного выше. Самая низкая полезная частота зависит от поглощения в нижнем слое ионосферы (D-слое). Это поглощение сильнее на низких частотах, а также сильнее при повышенной солнечной активности (например, при дневном свете); полное поглощение часто происходит на частотах ниже 5 МГц в дневное время. Результатом этих двух факторов является то, что полезный спектр смещается в сторону более низких частот и в диапазон средних частот (СЧ) в зимние ночи, в то время как в летние дни более высокие частоты имеют тенденцию быть более пригодными для использования, часто в нижнюю часть ОВЧ . диапазон. [ нужна цитата ]
Когда все факторы находятся в оптимальном состоянии, связь по всему миру возможна на ВЧ. Во многих других случаях можно устанавливать контакты между континентами и океанами. В худшем случае, когда диапазон «мертв», никакая связь за пределами ограниченных путей наземных волн невозможна, независимо от того, какие мощности, антенны или другие технологии используются. Когда на определенной частоте открыт трансконтинентальный или всемирный маршрут, возможна цифровая связь , SSB и азбука Морзе с использованием удивительно низкой мощности передачи, часто порядка милливатт, при условии, что на обоих концах используются подходящие антенны и что имеется небольшая или отсутствие искусственного или естественного вмешательства . [4] В таком открытом диапазоне помехи, возникающие на обширной территории, затрагивают многих потенциальных пользователей. Эти проблемы важны для военных, служб безопасности [5] и радиолюбителей, использующих КВ-диапазоны.
.jpg/1280px-SpAF_Boeing_707-331B(KC).jpg)
Основные области применения высокочастотного спектра:
Высокочастотный диапазон очень популярен среди радиолюбителей , которые могут воспользоваться преимуществами прямой, междугородной (часто межконтинентальной) связи и «фактором острых ощущений», возникающим при установлении контактов в переменных условиях. Международное коротковолновое вещание использует этот набор частот, а также, по-видимому, сокращающееся число «служебных» пользователей (морских, авиационных, военных и дипломатических интересов), которые в последние годы склонились к менее нестабильным средствам связи ( например, через спутники ), но может поддерживать ВЧ-станции после переключения в целях резервирования.
Однако разработка технологии автоматического установления связи на основе MIL-STD-188-141 для автоматического подключения и выбора частоты, а также высокая стоимость использования спутников привели к возрождению использования ВЧ в государственных сетях. Разработка более высокоскоростных модемов, таких как те, которые соответствуют MIL-STD-188-110C и поддерживают скорость передачи данных до 120 килобит/с, также повысила удобство использования ВЧ для передачи данных и передачи видео. Разработка других стандартов, таких как STANAG 5066, обеспечивает безошибочную передачу данных посредством использования протоколов ARQ .
Некоторые режимы связи, такие как непрерывная передача кода Морзе (особенно радиолюбителями ) и однополосная передача голоса, более распространены в ВЧ-диапазоне, чем на других частотах, из-за их природы сохранения полосы пропускания, но широкополосные режимы, такие как Телевизионные передачи, как правило, запрещены относительно небольшим участком электромагнитного спектра ВЧ .
Шум, особенно искусственные помехи от электронных устройств, имеет тенденцию оказывать сильное влияние на ВЧ-диапазоны. В последние годы среди некоторых пользователей ВЧ-спектра возросла обеспокоенность по поводу «широкополосного доступа по линиям электропередач» ( BPL ) в Интернет , который оказывает почти разрушительное воздействие на ВЧ-связь. Это связано с частотами, на которых работает BPL (обычно соответствует HF-диапазону), и тенденцией утечки сигнала BPL из линий электропередачи. Некоторые провайдеры BPL установили режекторные фильтры, чтобы блокировать определенные части спектра (а именно, любительские радиодиапазоны), но по поводу использования этого метода доступа остается много споров. Другие электронные устройства, включая плазменные телевизоры, также могут оказывать вредное воздействие на ВЧ-спектр.
В авиации системы ВЧ-связи необходимы для всех трансокеанских рейсов. Эти системы включают частоты до 2 МГц, чтобы включить международный канал бедствия и вызова 2182 кГц .
Верхняя часть ВЧ (26,5–30 МГц) имеет много общего с нижней частью УКВ. Части этого раздела, не отведенные для любительского радио, используются для местной связи. К ним относятся радиостанции CB около 27 МГц, радиоканалы «студия-передатчик» (STL), устройства радиоуправления для моделей и передатчики радиопейджинга.
Некоторые метки радиочастотной идентификации (RFID) используют ВЧ. Эти метки широко известны как HFID или HighFID (высокочастотная идентификация).
Наиболее распространенными антеннами в этом диапазоне являются проволочные антенны, такие как проволочные диполи или ромбические антенны ; на верхних частотах — многоэлементные дипольные антенны типа Яги , счетверённые и логопериодические антенны . Мощные станции коротковолнового вещания часто используют большие проволочные завесы .
Антенны для передачи космических волн обычно состоят из горизонтальных диполей или контуров с нижним питанием, оба из которых излучают горизонтально поляризованные волны. Предпочтение отдается передаче с горизонтальной поляризацией, поскольку (приблизительно) только половина мощности сигнала, передаваемого антенной, попадает непосредственно в небо; примерно половина летит вниз к земле и должна «отскочить» в небо. Для частот верхнего ВЧ-диапазона земля лучше отражает волны с горизонтальной поляризацией и лучше поглощает мощность волн с вертикальной поляризацией . 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 исходит со всех направлений, а полезный сигнал поступает только с одного направления. Приемные антенны дальнего действия (небесные волны) обычно могут быть ориентированы вертикально или горизонтально, поскольку преломление в ионосфере обычно искажает поляризацию сигнала, и сигналы принимаются непосредственно с неба на антенну.