Что такое связь, общие принципы

Сначала – скучное. Связь - распространение информации через электромагнитные колебания. Радиосвязь использует для переноса информации окружающую нас среду – воздух (эфир), точно как и свет - такое же электромагнитное колебание, только длина волны света много меньше. Некоторые материалы являются радиопрозрачными, некоторые ослабляют радиоволны, некоторые ослабляют настолько, что проще считать их радиоизолятором.

От длины волны зависит и характеристики распространения радиоволн. Чем длиннее волна - тем лучше она огибает препятствия на своём пути. Радиоволны характеризуются длиной - в метрах или сантиметрах или частотой – в герцах (килогерцах, мегагерцах, гигагерцах). Частота волн прямо пересчитывается в длину волн и наоборот - это зависимая характеристика. Другие характеристики волн - мощность сигнала (напряженность поля) и плоскость поляризации. Вытяните перед собой руку и машите ею вверх-вниз. Достаточно. Теперь влево-вправо. Достаточно. Теперь знаете что такое вертикальная и горизонтальная поляризация. Амплитуда махания вами рукой примерно аналогична понятию мощности сигнала - можно лениво шевелить ручками, можно ибашить как вентилятор.

Теперь представьте, что на пути вашей руки морда злобного маклауда. Бейте его по вертикали, по горизонтали, слабенько и от души - теперь вы представляете, как чувствует себя антенна приёмника, ощущая на себе радиоволны. То, насколько тихо или громко стонет маклауд, определяет эффективность вашей связи. Если он только таращит на вас глазёнки - ваш сигнал слишком слаб. Если летят брызги крови - скорее всего вас услышали.

При работе радио ваша "рука" получается очень длинной и крайне быстро ослабляет свою силу в зависимости от расстояния. Справедливо считать, что чем больше киловатт мы закачаем в руку - тем больнее будет маклауду. Однако, не всё просто. Если мы будем вальяжно и медленно качать "рукой", т.е. использовать низкочастотную связь, то маклауд не скоро поймёт какой ему пипец. Поэтому лучше частоту маханий лучше увеличить - тогда маклауд нейтрализуется быстрее. Поэтому при радиосвязи используют короткие волны - в мегагерцах. С такими частотами становится возможным использование телефона, а не только телеграфа (точек и тире). Мы можем передавать звуковые волны, модулируя (деформируя) радиосигнал. Различают амплитудную модуляцию (AM) и частотную (ЧМ, FM) - либо мы кратковременно меняем амплитуду, кодируя в этом звуковую информацию, либо для того же кратковременно меняем частоту. Сейчас не будем останавливаться что зачем, главное, чтоб вы знали о наличии этих модуляций и несовместности их друг с другом. Т.е. если на одной частоте идёт АМ сигнал, что FM приёмником его не услышать. Это ясно?

Чем короче становится волна, тем оправданнее становится применение FM сигнала. Выделяют следующие длины волны - короткие волны (КВ, до 30 мегагерц), low-band (десятки мегагерц), УКВ (сотни мегагерц), а дальше уже СВЧ какие-то... Практическое применение для нас имеет УКВ связь, на ней нам и придётся остановиться, оставив прочие за кадром.

Однако, маклауды бывают разные. Одни тощие и хилые, другие - мордастые как свинья и всё им пофик - плоховато вы свои мышцы качали! Это мы так подошли к понятию эффективности антенны и мощности передатчика. Одни на сигнал рукой вообще не отреагируют, а другие могут уже и вопить от боли. Это называется резонансом антенны на частоту сигнала. В этом все антенны различаются друг от друга - даже если они выглядят одинаково и продаются в одинаковых пакетиках с китайскими иероглифами. Справедливо считать, что чем хилее маклауд (длинее антенна) тем лучше он отрезонирует на наш сигнал. Но так же хорошо он будет собирать мусорные сообщения от других болтающихся у его морды рук, и портить нам восприятие его криков. Поэтому нам интересно чтобы он лучше резонировал на наш сигнал и хуже на посторонние сигналы на других частотах. Поэтому под передачу сигнала конкретной частоты подбирают очень конкретную такую антенну с правильной характеристикой чувствительности. Шаг в сторону по частоте - и сигнал уже хуже воспринимается приёмником.

Усвоим теперь, что "частота сигнала" - это только его центр, т.н. "несущая частота". Сигнал в эфире модулируется так, что узкую полосу занимает только сигнал азбукой морзе - "включено-выключено". Если мы передаем голос, то сигнал занимает уже собой довольно-таки большую полосу частот - несколько килогерц в плюс и минус от несущей частоты. Иногда, даже очень большую, что и позволяет Европе-Плюс, Первому Каналу и прочим передавать рекламу с относительно неплохим качеством. Естественно, чем шире полоса сигнала, то тем больше мощи надо закачать в эфир, чтобы получить ту же аплитуду сигнала на приёмнике. Из этого, кстати, следует, что азбука Морзе рулит и будет рулить форева - несмотря на малую пропускную способность (знаки/минуту).

Теперь поговорим о влиянии антенны на качество передачи. Представьте, что вы не сами машете рукой, а действуете по команде Старшего Инструктора. "Влево-вправо-влево-вправо". Однако, если вы лентяй или дрищ уставший, то напрягаться не будете - даже если он вам в ухо орать будет. Так, легонько будете шевелить ручкой. Так что антенна передатчика так же влияет на качество сигнала, как и антенна приёмника. Инструктор закачивает в ваше ухо киловатт, а вы выдаёте маклауду половину. Характеристика эффективности передачи антенной сигнала зовётся КСВ, коэффициентом стоячей волны. Что это такое и как считается останавливаться не будем, скажем только, что величина безразмерная и единичка - хорошо, два-три уже плохо, а пять-десять - жуткий ужас. Просто запомним: вся мощность которая закачана - будет передана при единичке КСВ и почти полностью потеряна при десятке. Однако, мало того что потеряна, она ещё и пойдет во вред - т.к. мощность не уйдет никуда, она пойдет на вредный нагрев усиливающих контуров и в результате будет пшик и невкусный дымок сгоревшей электроники. Поэтому абы что накручивать на передатчик нельзя - надо согласовывать параметры антенны под частоту передаваемого сигнала. Посредством определения того же самого КСВ. Из этого же следует, что и передавать надо на той частоте, под которую считалась антенна, а не от балды. Идеально согласованная антенна передатчика с согласованной антенной приемника творят чудеса и этими чудесами мы пользуемся ежедневно, таская в кармане сотовый.

Подробнее о чудесах. Кроме согласованности важно ещё и направление передачи сигнала - мы можем махать рукой во все стороны, а можем - только в направлении маклауда. Это называется диаграммой направленности. Антенна в виде штырька есть ненаправленная антенна, излучающая во все стороны. Антенна в виде непонятной решеточки с гребенками - направленная антенна под сигнал конкретной частоты ориентированный в конкретном направлении. Но это ещё не всё! Штырь антенны может стоять вертикально - тогда мы машем рукой вверх-вниз - помните про поляризацию? Но так же его можно положить горизонтально и тогда рука будет ходить влево-вправо - горизонтальная поляризация сигнала. Но! Маклауд-то может остаться стоять! И тогда ваша горизонтальная поляризация будет лишь слегка его задевать, тогда как вертикальный сигнал уже давно бы выбил дух. Поэтому, для эффективной связи антенны приёмника и передатчика должны ориентироваться в одном направлении. Направленная антенна эффективнее работает с сигналом гуляющим в разных поляризациях, потому вышки сотовой связи обвешены именно ими, а не штырьками. Да и в телефонах у нас не штырьки, а эдакие катушечки провода.

Да, про вышки. Специфика УКВ связи в том, что она распространяется как бы в "прямой видимости". Как бы - потому как она умудряется переотражаться от препятствий или проходить сквозь них и потому мало предсказуема. Но, в общем случае - чем выше УКВ-передатчик над местностью - тем лучше мы его будем слышать.

Более внятно о том, что как устроено в связи и с картинками можно глянуть тут, например: http://27kb.ru/zou.php?f=300&article=8

Теперь мы почти всё знаем о теории радиосвязи и можно перейти к