Средние волны: особенности радиовещания и тенденции развития.

Введение

Радиопередача с использованием длин волн 200–1000 м. Средняя волна (MW) – это часть радиодиапазона средних частот (MF), используемая главным образом для AM-радиовещания. Спектр обеспечивает около 120 каналов с более ограниченным качеством звука, чем FM-станции в FM-диапазоне. Днём приём обычно ограничивается более локальными станциями, хотя это зависит от условий распространения сигнала и качества используемого радиоприёмника. Улучшенное распространение сигнала ночью позволяет принимать сигналы с гораздо больших расстояний (в пределах примерно 2000 км или 1200 миль). Это может вызывать усиление помех, поскольку на большинстве каналов одновременно работают несколько передатчиков по всему миру. Кроме того, амплитудная модуляция (AM) часто более восприимчива к помехам от различных электронных устройств, особенно источников питания и компьютеров. Мощные передатчики охватывают большие территории, чем в FM-диапазоне, но требуют больше энергии и более длинных антенн. Цифровые виды передачи возможны, но пока не получили широкого распространения. MW был основным радиодиапазоном для вещания с начала 1920-х годов до 1950-х годов, пока FM с лучшим качеством звука не занял его место. В Европе цифровое радио набирает популярность и предоставляет AM-станциям возможность перехода, если нет свободных частот в FM-диапазоне (однако цифровое радио по-прежнему имеет проблемы с покрытием во многих регионах Европы). Многие страны Европы с 2010-х годов отключили или ограничили использование своих средневолновых передатчиков. Этот термин имеет историческое происхождение, восходящее к началу XX века, когда радиоспектр был разделён на основе длины волны на длинноволновый (LW), средневолновый и коротковолновый (SW) диапазоны.

Качество звука

Шаги каналов 9 и 10 кГц требуют ограничения полосы пропускания аудио до 4,5 и 5 кГц, поскольку звуковой спектр передается дважды на каждой боковой полосе. Этого достаточно для речи и новостей, но недостаточно для высококачественной музыки. Однако многие станции используют полосу пропускания аудио до 10 кГц, что не обеспечивает высокую точность, но вполне подходит для фонового прослушивания. В Великобритании большинство станций используют полосу пропускания 6,3 кГц. В случае AM, качество воспроизведения звука во многом зависит от частотных фильтров каждого приемника. Это существенный недостаток по сравнению с FM и цифровыми видами модуляции, где демодулированный звук более объективен. Расширенная полоса пропускания аудио может вызывать помехи в соседних каналах.

Характеристики размножения

Длины волн в этом диапазоне достаточно велики, чтобы радиоволны не блокировались зданиями и холмами и могли распространяться за горизонт, следуя кривизне Земли; это явление называется наземной волной. Практический прием наземных волн от мощных передатчиков обычно достигает , при этом дальность увеличивается на местности с более высокой проводимостью грунта и максимальна над соленой водой. Наземная волна распространяется лучше на более низких средних частотах. Средние волны также могут отражаться от слоев заряженных частиц в ионосфере и возвращаться на Землю на значительно больших расстояниях; это называется небесной волной. Ночью, особенно зимой и в периоды низкой солнечной активности, нижний слой ионосферы D практически исчезает. В этом случае радиоволны СВ (MW) могут легко приниматься на расстоянии сотен и даже тысяч километров, поскольку сигнал отражается от более высокого слоя F. Это позволяет осуществлять вещание на очень большие расстояния, но также может создавать помехи для удаленных местных станций. Из-за ограниченного количества доступных каналов в диапазоне СВ, одни и те же частоты назначаются различным вещательным станциям, расположенным на расстоянии в несколько сотен миль друг от друга. В ночи с благоприятным распространением небесных волн сигналы небесной волны от удаленной станции могут создавать помехи сигналам местных станций на той же частоте. В Северной Америке Североамериканское региональное соглашение о вещании (NARBA) резервирует определенные каналы для ночного использования на расширенных территориях вещания посредством небесной волны несколькими специально лицензированными AM-радиостанциями. Эти каналы называются чистыми каналами, и они обязаны вещать на более высокой мощности – от 10 до 50 кВт.

Использование в Северной Америке

Первоначально вещание в Соединенных Штатах было ограничено двумя длинами волн: "развлекательные" передачи вещались на 360 метров (833 кГц), а станции должны были переключаться на 485 метров (619 кГц) при передаче прогнозов погоды, отчетов о ценах на сельскохозяйственную продукцию и других государственных сообщений. Эта система имела множество практических сложностей. Ранние передатчики были технически несовершенны и практически невозможно было точно настроить на заданную частоту, и если (что часто происходило) две или более станции в одном регионе вещали одновременно, возникающие помехи приводили к тому, что обычно ни одну из них нельзя было четко услышать. Министерство торговли редко вмешивалось в подобные случаи, предоставляя станциям возможность заключать добровольные соглашения о распределении эфирного времени. Добавление третьей "развлекательной" длины волны, 400 метров.

В США и Канаде максимальная мощность передатчика ограничена 50 киловатт, в то время как в Европе существуют средневолновые станции с мощностью передатчика до 2 мегаватт в дневное время. Большинство американских AM-радиостанций обязаны Федеральной комиссией по связи (FCC) отключаться, снижать мощность или использовать направленную антенную решетку ночью, чтобы избежать взаимных помех из-за ночного распространения длинных волн через небесную волну (иногда неточно называемого ‘skip’). Станции, которые полностью прекращают вещание ночью, часто называют "дневными". Аналогичные правила действуют для канадских станций, находящихся в ведении Industry Canada; однако, "дневные" станции больше не существуют в Канаде, последняя из них прекратила вещание в 2013 году, перейдя в FM-диапазон.

Использование в Европе

Многие страны отключили большую часть своих средневолновых (СВ) передатчиков в 2010-х годах из-за сокращения расходов и снижения популярности СВ среди слушателей. Среди них Германия, Франция, Россия, Польша, Швеция, страны Бенилюкса, Австрия, Швейцария, Словения и большинство стран Балканского полуострова. Крупные сети передатчиков сохранились в Великобритании, Испании, Румынии и Италии. В Нидерландах и Скандинавии некоторые новые станции, созданные по идеологическим соображениям, запустили вещание малой мощности на бывших высокочастотных каналах. Это относится и к пионерской офшорной радиостанции Radio Caroline, которая теперь имеет лицензию на использование 648 кГц, на которой десятилетиями вещалась BBC World Service. По мере сокращения СВ-диапазона, многие местные станции из оставшихся стран, а также из Северной Африки и Ближнего Востока теперь могут приниматься по всей Европе, хотя часто со слабым сигналом и значительными помехами. В Европе каждой стране выделяется ряд частот для вещания на высокой мощности (до 2 МВт); максимальная мощность также регулируется международными соглашениями Международного союза электросвязи (МСЭ). В большинстве случаев установлены два лимита мощности: более низкий для всенаправленного излучения и более высокий для направленного излучения с подавлением сигнала в определенных направлениях. Лимит мощности также может зависеть от времени суток, и станция может не работать ночью, чтобы избежать создания чрезмерных помех. Другие страны могут использовать только маломощные передатчики на той же частоте, также в соответствии с соглашениями. Международное средневолновое вещание в Европе значительно сократилось после окончания холодной войны и с увеличением доступности спутникового и интернет-телевидения и радио, хотя приём трансляций соседних стран экспатриантами и другими заинтересованными слушателями всё ещё происходит. В конце 20-го века перегруженность СВ-диапазона была серьёзной проблемой в некоторых частях Европы, что способствовало раннему переходу многих станций (особенно в Германии) на ВЧ-FM вещание. Из-за высокого спроса на частоты в Европе многие страны создали сети с единой частотой; в Великобритании BBC Radio Five Live вещает с различных передатчиков на частотах 693 или 909 кГц. Эти передатчики тщательно синхронизированы для минимизации помех от более удалённых передатчиков на той же частоте.

Many countries have switched off most of their MW transmitters in the 2010s due to cost cutting and low usage of MW by the listeners. Among those are Germany, France, Russia, Poland, Sweden, the Benelux, Austria, Switzerland, Slovenia and most of the Balkans. Large networks of transmitters are remaining in the UK, Spain, Romania and Italy. In the Netherlands and Scandinavia, some new idealistically driven stations have launched low power services on the former high power frequencies. This also applies to the ex offshore pioneer Radio Caroline that now has a licence to use 648 kHz, which was used by the BBC World Service over decades. As the MW band is thinning out, many local stations from the remaining countries as well as from North Africa and the Middle East can now be received all over Europe, but often only weak with much interference. In Europe, each country is allocated a number of frequencies on which high power (up to 2 MW) can be used; the maximum power is also subject to international agreement by the International Telecommunication Union (ITU). In most cases there are two power limits: a lower one for omnidirectional and a higher one for directional radiation with minima in certain directions. The power limit can also be depending on daytime and it is possible that a station may not operate at nighttime, because it would then produce too much interference. Other countries may only operate low powered transmitters on the same frequency, again subject to agreement. International medium wave broadcasting in Europe has decreased markedly with the end of the Cold War and the increased availability of satellite and Internet TV and radio, although the cross border reception of neighbouring countries' broadcasts by expatriates and other interested listeners still takes place. In the late 20th century, overcrowding on the Medium wave band was a serious problem in parts of Europe contributing to the early adoption of VHF FM broadcasting by many stations (particularly in Germany). Due to the high demand for frequencies in Europe, many countries set up single frequency networks; in Britain, BBC Radio Five Live broadcasts from various transmitters on either 693 or 909 kHz. These transmitters are carefully synchronized to minimize interference from more distant transmitters on the same frequency.

Использование в Азии

В Азии и на Ближнем Востоке многие мощные передатчики остаются в эксплуатации. Китай, Индонезия, Южная Корея, Северная Корея, Япония, Таиланд, Вьетнам, Филиппины, Саудовская Аравия, Египет и Индия по-прежнему используют средние волны. В Китае функционирует множество одночастотных сетей по всей стране. По состоянию на май 2023 года многие японские вещательные компании, такие как NHK, ведут вещание на средних волнах, используя большое количество мощных передатчиков по всей Японии. Также существуют маломощные ретрансляторы.

Стерео и цифровые передачи

Стереовещание возможно и предлагалось или предлагается некоторыми станциями в США, Канаде, Мексике, Доминиканской Республике, Парагвае, Австралии, Филиппинах, Японии, Южной Корее, Южной Африке, Италии и Франции. Однако существует несколько стандартов для AM-стерео. C QUAM является официальным стандартом в Соединенных Штатах и других странах, но приемники, поддерживающие эту технологию, больше не поступают в свободную продажу. Можно найти бывшие в употреблении приемники с поддержкой AM-стерео. Надписи вроде "FM/AM Stereo" или "AM & FM Stereo" могут быть вводящими в заблуждение и обычно не означают, что радио декодирует C QUAM AM-стерео, в то время как устройства с маркировкой "FM Stereo/AM Stereo" или "AMAX Stereo" будут поддерживать AM-стерео. В сентябре 2002 года Федеральная комиссия по связи США одобрила запатентованную систему цифрового аудиовещания iBiquity in band on channel (IBOC) HD Radio, предназначенную для улучшения качества звука. Система Digital Radio Mondiale (DRM), стандартизированная ETSI, поддерживает стерео и является одобренной МСЭ системой для использования за пределами Северной Америки и территорий США. Некоторые приемники HD Radio также поддерживают C QUAM AM-стерео, хотя производители обычно не рекламируют эту функцию.

Антенны

Для вещания мачтовые излучатели являются наиболее распространенным типом антенны, состоящей из стальной решетчатой мачты, в которой сама мачтовая конструкция используется в качестве антенны. Станции, вещающие с малой мощностью, могут использовать мачты высотой от четверти длины волны (около 310 милливольт на метр при использовании одного киловатта на расстоянии одного километра) до 5/8 длины волны (225 электрических градусов; около 440 милливольт на метр при использовании одного киловатта на расстоянии одного километра), в то время как станции высокой мощности в основном используют мачты длиной от половины длины волны до 5/9 длины волны. Использование мачт высотой более 5/9 длины волны (200 электрических градусов; около 410 милливольт на метр при использовании одного киловатта на расстоянии одного километра) при высокой мощности приводит к плохой вертикальной диаграмме направленности, а 195 электрических градусов (около 400 милливольт на метр при использовании одного киловатта на расстоянии одного километра) обычно считается оптимальным в таких случаях. Мачтовые антенны обычно возбуждаются последовательно (базовым питанием); питающая линия присоединяется к мачте у основания. Основание антенны находится под высоким электрическим потенциалом и должно быть установлено на керамическом изоляторе для изоляции от земли. Мачты, у которых основание мачты находится в узле стоячей волны на уровне земли и, следовательно, не требует изоляции от земли, вышли из употребления, за исключением случаев исключительно высокой мощности, 1 МВт и более, когда последовательное возбуждение может быть непрактичным. Если требуются заземленные мачты или башни, используются антенны типа "клетка" или длинные проволочные антенны. Другой вариант заключается в питании мачты или башни кабелями, идущими от согласующего устройства к оттяжкам или перекладинам на определенной высоте. Направленные антенны состоят из нескольких мачт, которые не обязательно должны быть одинаковой высоты. Также возможно создание направленных антенн для среднего диапазона с использованием антенн типа "клетка", где некоторые части клетки питаются с определенной разностью фаз. Для средневолнового (AM) вещания четвертьволновые мачты имеют высоту от 47 до 141 метров, в зависимости от частоты. Поскольку такие высокие мачты могут быть дорогостоящими и неэкономичными, часто используются другие типы антенн, которые используют емкостную верхнюю нагрузку (электрическое удлинение) для достижения эквивалентной силы сигнала с вертикальными мачтами длиной менее четверти длины волны. К вершине мачтовых излучателей иногда добавляется "шапка" из радиальных проводов, чтобы уменьшить высоту мачты. Для местных вещательных и любительских станций мощностью менее 5 кВт часто используются Т-образные и L-образные антенны, которые состоят из одного или нескольких горизонтальных проводов, подвешенных между двумя мачтами и прикрепленных к вертикальному проводу излучателя. Популярным выбором для станций с меньшей мощностью является зонтичная антенна, для которой требуется только одна мачта высотой не более одной десятой длины волны. Эта антенна использует одну мачту, изолированную от земли, и питается в нижней части относительно земли. На вершине мачты подключены радиальные верхние провода (обычно около шести), которые наклоняются вниз под углом 40–45 градусов примерно до одной трети общей высоты, где они заканчиваются изоляторами и далее выводятся к заземлителям. Таким образом, зонтичная антенна использует оттяжки в качестве верхней нагрузки антенны. Во всех этих антеннах меньшее излучающее сопротивление короткого излучателя увеличивается за счет емкости, добавляемой проводами, прикрепленными к вершине антенны. В некоторых редких случаях используются дипольные антенны, подвешенные между двумя мачтами или башнями. Такие антенны предназначены для излучения небесной волны. Средневолновая передающая станция в Берлине-Бритц, использовавшаяся для передачи RIAS, использовала крестообразный диполь, установленный на пяти мачтах высотой 30,5 метра, для передачи небесной волны в ионосферу ночью.

For broadcasting, mast radiators are the most common type of antenna used, consisting of a steel lattice guyed mast in which the mast structure itself is used as the antenna. Stations broadcasting with low power can use masts with heights of a quarter wavelength (about 310 millivolts per meter using one kilowatt at one kilometre) to 5/8 wavelength (225 electrical degrees; about 440 millivolts per meter using one kilowatt at one kilometre), while high power stations mostly use half wavelength to 5/9 wavelength. The usage of masts taller than 5/9 wavelength (200 electrical degrees; about 410 millivolts per meter using one kilowatt at one kilometre) with high power gives a poor vertical radiation pattern, and 195 electrical degrees (about 400 millivolts per meter using one kilowatt at one kilometre) is generally considered ideal in these cases. Mast antennas are usually series excited (base driven); the feedline is attached to the mast at the base. The base of the antenna is at high electrical potential and must be supported on a ceramic insulator to isolate it from the ground. Shunt excited masts, in which the base of the mast is at a node of the standing wave at ground potential and so does not need to be insulated from the ground, have fallen into disuse, except in cases of exceptionally high power, 1 MW or more, where series excitation might be impractical. If grounded masts or towers are required, cage or long wire aerials are used. Another possibility consists of feeding the mast or the tower by cables running from the tuning unit to the guys or crossbars at a certain height. Directional aerials consist of multiple masts, which need not to be of the same height. It is also possible to realize directional aerials for mediumwave with cage aerials where some parts of the cage are fed with a certain phase difference. For medium wave (AM) broadcasting, quarter wave masts are between 153 feet (47 m) and 463 feet (141 m) high, depending on the frequency. Because such tall masts can be costly and uneconomic, other types of antennas are often used, which employ capacitive top loading (electrical lengthening) to achieve equivalent signal strength with vertical masts shorter than a quarter wavelength. A "top hat" of radial wires is occasionally added to the top of mast radiators, to allow the mast to be made shorter. For local broadcast stations and amateur stations of under 5 kW, T and L antennas are often used, which consist of one or more horizontal wires suspended between two masts, attached to a vertical radiator wire. A popular choice for lower powered stations is the umbrella antenna, which needs only one mast one tenth wavelength or less in height. This antenna uses a single mast insulated from ground and fed at the lower end against ground. At the top of the mast, radial top load wires are connected (usually about six) which slope downwards at an angle of 40–45 degrees as far as about one third of the total height, where they are terminated in insulators and thence outwards to ground anchors. Thus the umbrella antenna uses the guy wires as the top load part of the antenna. In all these antennas the smaller radiation resistance of the short radiator is increased by the capacitance added by the wires attached to the top of the antenna. In some rare cases dipole antennas are used, which are slung between two masts or towers. Such antennas are intended to radiate a skywave. The medium wave transmitter at Berlin Britz for transmitting RIAS used a cross dipole mounted on five 30.5 metre high guyed masts to transmit the skywave to the ionosphere at nighttime.

Приемные антенны

Поскольку на этих частотах атмосферный шум значительно превышает отношение сигнал/шум приемника, для приема можно использовать неэффективные антенны, размеры которых намного меньше длины волны. Для приема на частотах ниже 1,6 МГц, включая длинные и средние волны, широко используются петлевые антенны благодаря их способности подавлять локальные помехи. Наиболее распространенной антенной для приема радиовещания является ферритная антенна, также известная как антенна-катушка. Высокая магнитная проницаемость ферритового сердечника позволяет сделать ее достаточно компактной для размещения внутри корпуса радиоприемника, сохраняя при этом достаточную чувствительность. Для приема слабых сигналов или для разделения сигналов на одной частоте используются направленные антенны. Для достижения оптимального отношения сигнал/шум их рекомендуется устанавливать на открытом воздухе, вдали от источников электрических помех. Примеры таких антенн для средних волн включают широкополосные ненастроенные петли, удлиненные согласованные петли, волновые антенны (например, антенна Beverage) и ферритную петлевую антенну с гильзой.