300 кГц – 3 МГц жиілік диапазоны: Орта толқынды радио байланысы

Кіріспе

Электромагниттік спектрдің 300–3000 кГц диапазоны

Орта жиілік (ОЖ) – ITU ұйымының 300 килогерц (кГц) пен 3 мегагерц (МГц) аралығындағы радиожиіліктерді (РЖ) белгілеуі. Бұл жолақтың бір бөлігі – орта толқынды (ОТ) АМ хабар тарату жолағы. ОЖ жолағы толқын ұзындығы оннан бір гектометрге дейін (1000–100 м) болатындықтан гектометрлік жолақ деп те аталады. ОЖ-ден төменгі жиіліктер төмен жиілікті (ТЖ) құрайды, ал одан жоғары жиіліктердің алғашқы жолағы жоғары жиілікті (ЖЖ) құрайды. ОЖ көбінесе АМ радио хабарларын тарату, навигациялық радио маяктары, теңіз кемелері мен жағалау арасындағы байланыс, сондай-ақ трансокеандық әуе трафигін басқару үшін қолданылады.

Көбейту

МФ толқын ұзындығындағы радио толқындар жер толқындары және ионосферадан шағылысу арқылы таралады (көктем толқындары деп аталады). Жер толқындары Жердің қисықтығын қадағалайды. Бұл толқын ұзындықтарында олар төбелер үстінде бүгілуі (дифракция) мүмкін, тіпті тау жоталары арқылы бөгелуі мүмкін болса да, көру қабілетінен тыс жерлерге жете алады. Әдеттегі МФ радиостанциялары хабар таратушыдан бірнеше жүз шақырым/миль радиусымен, су мен ылғалды жердегі ұзақ қашықтықтарда қамту мүмкіндігіне ие. МФ радиоарналары тыңдау аймақтарын қамту үшін жер толқындарын пайдаланады. МФ толқындары аспан толқынының таралуы арқылы да ұзақ қашықтыққа жете алады, онда аспанға бұрыштап сәулеленген радио толқындар ионосферадағы зарядталған бөлшектердің (иондардың) қабаттары арқылы Жерге қайтарылады, E және F қабаттары. Дегенмен, кейбір уақыттарда D қабаты (рефракциялық E және F қабаттарынан төменгі биіктікте) электрондық шуға толып, МФ радио толқындарын сіңіріп алып, аспан толқынының таралуына кедергі келтіруі мүмкін. Бұл ионосфера күшті иондалған кезде болады, мысалы күндіз, жаз айларында және әсіресе күн белсенділігі жоғары болғанда. Түнде, әсіресе қыс айларында және күн белсенділігі төмен болғанда, ионосфералық D қабаты дерлік жоғалуы мүмкін. Осы кезде МФ радио толқындарын жүздеген, тіпті мыңдаған шақырым қашықтықта қабылдау оңай, себебі сигнал қалған F қабатымен сынып қайта бағытталады. Бұл ұзақ қашықтыққа байланыс үшін өте пайдалы, бірақ жергілікті станциялармен де кедергі тудыруы мүмкін. MW тарату жолағында қол жетімді арналардың саны шектеулі болғандықтан, бірдей жиіліктер бірнеше жүз шақырым қашықтықта орналасқан әртүрлі тарату станцияларына қайта беріледі. Аспан толқынының жақсы таралуы бар түндерде алыс станциялардың сигналдары ионосферадан шағылып, сол жиіліктегі жергілікті станциялардың сигналдарына кедергі келтіруі мүмкін. Солтүстік Америка аймақтық хабар тарату келісімі (NARBA) түнгі уақытта кең қызмет көрсету аймақтарында аспан толқыны арқылы пайдалану үшін арнайы лицензиясы бар бірнеше AM хабар тарату станцияларына арналған белгілі бір арналарды бөліп қояды. Бұл арналар «ашық арналар» деп аталады, ал осы арналарды пайдаланатын станциялар «ашық арна станциялары» деп аталады және олар 10-ден 50 кВт дейін жоғары қуатпен хабар таратуға міндетті.

Radio waves at MF wavelengths propagate via ground waves and reflection from the ionosphere (called skywaves). Ground waves follow the curvature of Earth. At these wavelengths, they can bend (diffract) over hills, and travel beyond the visual horizon, although they may be blocked by mountain ranges. Typical MF radio stations can cover a radius of several hundred kilometres/miles from the transmitter, with longer distances over water and damp earth. MF broadcasting stations use ground waves to cover their listening areas. MF waves can also travel longer distances via skywave propagation, in which radio waves radiated at an angle into the sky are refracted back to Earth by layers of charged particles (ions) in the ionosphere, the E and F layers. However, at certain times the D layer (at a lower altitude than the refractive E and F layers) can be electronically noisy and absorb MF radio waves, interfering with skywave propagation. This happens when the ionosphere is heavily ionised, such as during the day, in summer and especially at times of high solar activity. At night, especially in winter months and at times of low solar activity, the ionospheric D layer can virtually disappear. When this happens, MF radio waves can easily be received hundreds or even thousands of miles away as the signal will be refracted by the remaining F layer. This can be very useful for long distance communication, but can also interfere with local stations. Because of the limited number of available channels in the MW broadcast band, the same frequencies are re allocated to different broadcasting stations several hundred miles apart. On nights of good skywave propagation, the signals of distant stations may reflect off the ionosphere and interfere with the signals of local stations on the same frequency. The North American Regional Broadcasting Agreement (NARBA) sets aside certain channels for nighttime use over extended service areas via skywave by a few specially licensed AM broadcasting stations. These channels are called clear channels, and the stations, called clear channel stations, are required to broadcast at higher powers of 10 to 50 kW.

Пайдалану және қолдану

Бұл жиіліктердің негізгі қолданылуы – AM хабар тарату; AM радиостанцияларына Еуропада 526,5 кГц-ден 1606,5 кГц-ға дейінгі орта толқынды хабар тарату жолағында жиіліктер беріледі; Солтүстік Америкада бұл 525 кГц-ден 1705 кГц-ға дейін созылады. Кейбір елдер 120 метрлік жолақта 2300–2495 кГц-ке дейін хабар таратуға рұқсат береді; бұл жиіліктер көбінесе тропикалық аймақтарда қолданылады. Бұл орташа жиіліктер болғанымен, 120 метр әдетте қысқа толқынды жолақтардың бірі ретінде қарастырылады. 1600 және 2850 кГц аралығында жағалау күзеттері және басқа да кемеден жағалауға байланыс жиіліктері қолданылады. Мысалы, 1696 және 2677 кГц-те француз MRCC, 1743 кГц-те Stornoway Coastguard, 2670 кГц-те АҚШ Coastguard және 2843 кГц-те Мадейра. Англиядағы RN Northwood 2618,5 кГц жиілігінде Weather Fax деректерін таратады. Теңіз және әуе кемелерін басқаруға арналған бағытталмаған навигациялық радиомаяндар (NDB) 190–435 кГц жолағын алып, LF-тан MF жолағының төменгі бөлігіне дейін созылады. 2182 кГц – SSB теңіздегі дауыс байланысы (радиотелефония) үшін халықаралық шақыру және апат жиілігі. Бұл теңіздегі VHF жолағындағы 16-арнаға ұқсас. 500 кГц көп жылдар бойы теңіздегі апаттық және төтенше жағдай жиілігі болды, ал 510 және 530 кГц аралығында NDB көбірек. Қазіргі Global Maritime Distress Safety System құрамына кіретін Navtex маңызды цифрлық мәтіндік хабар тарату үшін 518 кГц және 490 кГц жиіліктерін пайдаланады. Соңында, 2850 кГц-ден 3500 кГц-ге дейінгі авиациялық және басқа да жылжымалы SSB жолақтары бар, олар MF жолағынан HF радио жолағына шекарадан өтеді. 160 метр немесе «жоғарғы жолақ» деп аталатын әуесқойлық радио жолағы 1800 және 2000 кГц аралығында (бөлу елге байланысты және Америкадан тыс жерлерде 1810 кГц-тен басталады). Әуесқой операторлар CW морз кодын, цифрлық сигналдарды және SSB және AM дауыстық сигналдарын осы жолақта жібереді. 2012 жылғы Дүниежүзілік радиокоммуникациялар конференциясынан (WRC 2012) кейін, әуесқойлар қызметі ARRL 600 метрлік эксперименттік тобы мен олардың әлемдегі серіктестері жүргізген кең ауқымды таралу және үйлесімділік зерттеулерінен кейін тар жолақты режимдер мен қосымша қызмет үшін 472 және 479 кГц аралығында жаңа бөлу алды. Соңғы жылдары АҚШ, Ұлыбритания, Германия және Швецияда 500 кГц аймағында шектеулі әуесқойлық радиомен жұмыс істеуге рұқсат берілді. Көптеген үйдегі портативті немесе сымсыз телефондар, әсіресе 1980-ші жылдары жасалғандар, 1600–1800 кГц жиіліктерінде үстелдің үстіндегі базалық бөлімше мен құрылғы арасында төмен қуатты FM аудио сигналдарын жібереді.

A major use of these frequencies is AM broadcasting; AM radio stations are allocated frequencies in the medium wave broadcast band from 526.5 kHz to 1606.5 kHz
in Europe; in North America this extends from 525 kHz to 1705 kHz Some countries also allow broadcasting in the 120 meter band from 2300 to 2495 kHz; these frequencies are mostly used in tropical areas. Although these are medium frequencies, 120 meters is generally treated as one of the shortwave bands. There are a number of coast guard and other ship to shore frequencies in use between 1600 and 2850 kHz. These include, as examples, the French MRCC on 1696 kHz and 2677 kHz, Stornoway Coastguard on 1743 kHz, the US Coastguard on 2670 kHz and Madeira on 2843 kHz. RN Northwood in England broadcasts Weather Fax data on 2618.5 kHz. Non directional navigational radio beacons (NDBs) for maritime and aircraft navigation occupy a band from 190 to 435 kHz, which overlaps from the LF into the bottom part of the MF band. 2182 kHz is the international calling and distress frequency for SSB maritime voice communication (radiotelephony). It is analogous to Channel 16 on the marine VHF band. 500 kHz was for many years the maritime distress and emergency frequency, and there are more NDBs between 510 and 530 kHz. Navtex, which is part of the current Global Maritime Distress Safety System occupies 518 kHz and 490 kHz for important digital text broadcasts. Lastly, there are aeronautical and other mobile SSB bands from 2850 kHz to 3500 kHz, crossing the boundary from the MF band into the HF radio band. An amateur radio band known as 160 meters or 'top band' is between 1800 and 2000 kHz (allocation depends on country and starts at 1810 kHz outside the Americas). Amateur operators transmit CW morse code, digital signals and SSB and AM voice signals on this band. Following World Radiocommunication Conference 2012 (WRC 2012), the amateur service received a new allocation between 472 and 479 kHz for narrow band modes and secondary service, after extensive propagation and compatibility studies made by the ARRL 600 meters Experiment Group and their partners around the world. In recent years, some limited amateur radio operation has also been allowed in the region of 500 kHz in the US, UK, Germany and Sweden. Many home portable or cordless telephones, especially those that were designed in the 1980s, transmit low power FM audio signals between the table top base unit and the handset on frequencies in the range 1600 to 1800 kHz.

Антенналар

Бұл жолақта жиі қолданылатын таратушы антенналар: монопольді маст радиаторлары, жоғары жүктемелі сымдық монопольді антенналар, мысалы, кері бұрылған L және T антенналары, сондай-ақ сымдық дипольді антенналар. Бұл жиіліктерде ең көп қолданылатын жердегі толқын таралуы монополь сияқты тік поляризацияланған антенналарды қажет етеді. Ең көп таралған таратушы антенналар – толқын ұзындығының төрттен бірінен бес сегізіне дейінгі монопольдер – бұл жиіліктерде физикалық тұрғыдан үлкен болып келеді, сондықтан биік радио мачтасын қажет етеді. Әдетте, металл мачтаның өзі энергиямен қамтамасыз етіліп, антенна ретінде қолданылады және оны жерден оқшаулау үшін үлкен фарфор изоляторына орнатылады; мұндай конструкция мачта радиаторы деп аталады. Монопольдік антенна, әсіресе электрлік жағынан қысқа болса, тиімді жұмыс істеуі үшін жақсы және төмен кедергілі жерге қосылуы керек, себебі жердің кедергісі антеннамен тізбекте орналасып, таратушының қуатын жұмсайды. Коммерциялық радиостанциялар көп мыс сымдардан тұратын жер асты жүйесін пайдаланады, олар антеннаның негізінен шамамен толқын ұзындығының төрттен біріне дейін қазылған жерге көміледі. Жердің өткізгіштігі нашар, тасты немесе құмды топырақты аймақтарда жер үстілік тепе-теңдемелер кейде қолданылады. Аз қуатты таратушылар көбінесе электрлік жағынан қысқа, төрттен бір толқынды монопольдерді пайдаланады, мысалы, кері бұрылған L немесе T антенналарын, олар негізіндегі жүктеу орамасымен резонансқа келтіріледі. Қабылдаушы антенналар таратушы антенналар сияқты тиімді болуы міндетті емес, өйткені бұл жолақта сигнал мен шу арақатынасы атмосфералық шумен анықталады. Қабылдағыштағы шу деңгейі сигналдағы шудан әлдеқайда төмен болғандықтан, толқын ұзындығына қарағанда кішкентай, тиімділігі төмен және сигнал күшін азайтатын антенналарды қолдануға болады. Антеннадан келетін әлсіз сигнал қабылдағышта маңызды шуды тудырмай күшейтілуі мүмкін. Ең көп таралған қабылдаушы антенна – ферриттік шұңқырлы антенна (ферриттік таяқша антеннасы деп те аталады), ол ферриттік таяқшадан және оның айналасына оралған жіңішке сымнан жасалған. Бұл антенна көбінесе радио корпусының ішінде орналасады. АМ радиосында қолданылумен қатар, ферриттік антенналар портативті радиобағыттап табушы (RDF) қабылдағыштарында да қолданылады. Ферриттік таяқша антеннасының дипольдік қабылдау схемасы таяқша осі бойында өткір нөлдерге ие, сондықтан таяқша таратушыға тік бұрышта болғанда қабылдау ең жақсы, ал таяқша тікелей таратушыға бағытталғанда сигнал мүлдем жоғалады. Бұрандалы антенналар мен кездейсоқ сым антенналарының басқа түрлері де қолданылады.

Transmitting antennas commonly used on this band include monopole mast radiators, top loaded wire monopole antennas such as the inverted L and T antennas, and wire dipole antennas. Ground wave propagation, the most widely used type at these frequencies, requires vertically polarized antennas like monopoles. The most common transmitting antennas, monopoles of one quarter to five eighths wavelength, are physically large at these frequencies, requiring a tall radio mast. Usually the metal mast itself is energized and used as the antenna, and is mounted on a large porcelain insulator to isolate it from the ground; this is called a mast radiator. The monopole antenna, particularly if electrically short requires a good, low resistance Earth ground connection for efficiency since the ground resistance is in series with the antenna and consumes transmitter power. Commercial radio stations use a ground system consisting of many copper cables, buried shallowly in the earth, radiating from the base of the antenna to a distance of about a quarter wavelength. In areas of rocky or sandy soil where the ground conductivity is poor, above ground counterpoises are sometimes used. Lower power transmitters often use electrically short quarter wave monopoles such as inverted L or T antennas, which are brought into resonance with a loading coil at their base. Receiving antennas do not have to be as efficient as transmitting antennas since in this band the signal to noise ratio is determined by atmospheric noise. The noise floor in the receiver is far below the noise in the signal, so antennas small in comparison to the wavelength, which are inefficient and produce low signal strength, can be used. The weak signal from the antenna can be amplified in the receiver without introducing significant noise. The most common receiving antenna is the ferrite loopstick antenna (also known as a ferrite rod aerial), made from a ferrite rod with a coil of fine wire wound around it. This antenna is small enough that it is usually enclosed inside the radio case. In addition to their use in AM radios, ferrite antennas are also used in portable radio direction finder (RDF) receivers. The ferrite rod antenna has a dipole reception pattern with sharp nulls along the axis of the rod, so that reception is at its best when the rod is at right angles to the transmitter, but fades to nothing when the rod points exactly at the transmitter. Other types of loop antennas and random wire antennas are also used.