Как найти укв волны

Изучение прохождение радиоволн на УКВ диапазоне

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Вероятнее всего, для кого то данный материал не новинка, но есть большая часть людей, которые когда либо сталкивались с понятием радио (поверхностно) и не имея представления о том, как это работает, строят свои доводы и иллюзии. Они основываются на своих теориях распространения радиоволн, ломая все законы физики.

Частично на своих словах и материалами собранным из сети Интернет, попробую донести некоторую полезную информацию, о распространение радиоволн.

И так — Как это работает?! Теория радиоволн. Просто о сложном.

Думаю все крутили ручку радиоприемника, переключая между «УКВ», «ДВ», «СВ» и слышали шипение из динамиков.
Но кроме расшифровки сокращений, не все понимают, что скрывается за этими буквами.

Цельисследовательскойработы – Изучить зависимость распространения радиоволн от свойств атмосферы.

Теория радиоволн.

Давайте ближе познакомимся с теорией радиоволн.

Радиоволна

Длина волны(λ) — это расстояние между соседними гребнями волны.
Амплитуда(а) — максимальное отклонения от среднего значения при колебательном движении.
Период(T) — время одного полного колебательного движения
Частота(v) — количество полных периодов в секунду

Существует формула, позволяющая определять длину волны по частоте:

Где: длина волны(м) равна отношению скорости света(км/ч) к частоте (кГц) Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).

Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.
Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.

Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).

Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.

Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).

Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли. Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.

Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).

Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.

Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).

Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне:

Так, к примеру при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.

Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) 

v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).

Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.

Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.

Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон)

 v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).

Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.

Зачастую, приемные устройства имеют положения переключателей am-fm, что же это такое:

AM — амплитудная модуляция

Это изменение амплитуды несущей частоты под действием кодирующего колебания, к примеру голоса из микрофона.
АМ — первый вид модуляции придуманный человеком. Из недостатков, как и любой аналоговый вид модуляции, имеет низкую помехоустойчивость.

FM — частотная модуляция

Это изменение несущей частоты под воздействие кодирующего колебания.
Хотя, это тоже аналоговый вид модуляции, но он имеет более высокую помехоустойчивость чем АМ.

Радиоволны различных диапазонов распространяются на разные расстояния. Распространение радиоволн зависит от свойств атмосферы. Законы распространения радиоволн в свободном пространстве сравнительно просты, но чаще всего радиотехника имеет дело не со свободным пространством, а с распространением радиоволн над земной поверхностью. Как показывает опыт и теория, поверхность земли существенно влияет на распространение радиоволн, причем сказываются как физические свойства поверхности (например, различия между морем и сушей), так и ее геометрическая форма (общая кривизна поверхности Земного шара и отдельные неровности рельефа – горы, ущелья и т. п.). Влияние это различно для волн разной длины и для разных расстояний между передатчиком и приемником РЛС.

Понятно, что любая радиолокационная система включает в свой состав тракт распространения, поэтому безупречная и надежная работа всей системы в целом в значительной мере определяется условиями распространения радиоволн на участке, разделяющем передающую и приемную антенны.

Наблюдение прохождение радиоволн на УКВ диапазоне при восходе солнца

В нашем случае наблюдение осуществлялся между радиолюбительским маяком в городе Шымкент и антеннами радиоприемника, расположенными во Дворце студентов в городе Туркестан.

Радиолюбительский маяк в г.Шымкент.

Антенна: четверт волновой штырь;

Мощность передатчика – 2 Вт;

Высота подвеса – 18 м;

Модуляция – FM.

Приемник Дворца школьников в г.Туркестан.

Приемник на трансивер – iC-9700;

Антенна стек – 2х5 элементов;

Волновой канал.

Ниже на понарамном индикаторе приемника показан наглядный пример как меняется прохождение радиоволн на УКВ диапазоне при восходе солнца. Наблюдение проводилось 01 марта 2023 года. День безоблачный. Ясная погода. На начало наблюдения в 09:02 часов солнце не прогрело ионосферу находящиююся низко. По прямой видимости связи нет. Отражение от тропосферы нет. (Рисунок 1)

По мере прогревания воздуха солнцем, слой ионосферы постепенно начинает подниматься вверх, тем самым наступает момент отражения от ионосферы, где проходит сигнал на расстоянии 146 км. (Рисунок 2)

09:22: Нет прохождения. Сигнал отсутствует. (Рисунок 3)

09:32: Постепенно появляется прохождение сигнала от другого слоя ионосферы. (Рисунок 4)

До 09:53 прохождение устойчивое. (Рисунки 5,6)

С 09:53 – до 10:02 постепенно прохождение ухудшается.

После 10:02 прохождение пропадает. (Рисунок 7)

На карте (Рисунок показано расстояние между маяком в г.Шымкент и приемника г.Туркестан с местностью с различным рельефом, в связи с этим прямой видимости сигнала при мощностью маяка 2 Вт нет.

Заключение

Наблюдения показали, что вследствие нерегулярности появления сигнала тропосферные волноводы не могут обеспечить устойчивую работу радиолокационных средств (РЭС), например, радиосвязь на большое расстояние. Однако они могут послужить причиной создания взаимных помех от РЭС, работающих в сантиметровом диапазоне волн, разнесенных на большие расстояния.

Летний период температура поверхности земли прогрета и ионосфера находится выше чем зимой и отражения от слоя не попадает в зону проведения связи.

Таким образом, явление тропосферной рефракции может приводить как к улучшению, так и к ухудшению условий распространения радиоволн и обязательно подлежит учету.

Литература

https://habr.com/ru/post/158161/

nearspace.ru/tech/map/predict.html

Приложения

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Просмотров работы: 48

Данный материал подготовлен на основе перевода публикаций американского техно-энтузиаста и сурвайвалиста, известного под псевдонимом Sparks31. Оригинальная статья сокращена и структурирована для лучшего усвоения, часть материала переработана и не является прямым переводом, так как в США и РФ разная специфика использования радиочастотного спектра. Ссылка на источник не приводится, поскольку автор удалил блоги, где размещал публикации, и свои вновь открываемые блоги также время от времени удаляет. — Примечание переводчика.

---

Предварительные соображения

Прежде всего, несколько важных моментов:

• недостаток важных и своевременных сведений, поступающих через средства массовой информации, приводит к необходимости мониторинга радиосвязи с целью получения внятной картины происходящего в вашей местности. В ходе развития определённых событий, эта деятельность становится жизненно важной. Если вы не делаете больше ничего в плане коммуникаций, то хотя бы располагайте оборудованием для мониторинга;
• ваше связное оборудование должно быть автономным, работать без электросети;
• отказ электросистем во многих сценариях означает, что вам придётся самим добывать энергию для питания оборудования;
• ограниченность объёма энергии от собственных генераторов означает, что вам нужно использовать наименьшую мощность, необходимую для реализации задач;
• многие сценарии потребуют возможности работы из полевых условий. Ваше оборудование должно быть портативным или хотя бы легко транспортабельным;
•  мастерские по ремонту радиоэлектроники будут закрыты, если мы рассматриваем долгосрочные сценарии энергетической автономности. В лучшем случае вы сможете обратиться к кустарю или самоучке со скромным выбором запчастей и диагностических приборов. Ваше оборудование должно быть ремонтопригодным в этих условиях;
• социально-политические последствия определённых сценариев могут подтолкнуть вас к необходимости применить некоторые методы защиты связи (COMSEC). В зависимости от вида и серьёзности сценария, вам придётся рассматривать угрозы от бандитов с портативным сканером до профессиональных служб радиоразведки (SIGINT).

Эти ключевые моменты следует держать в голове, обдумывая свои коммуникационные возможности в автономных условиях.

Первый из них — самый важный из всех, и, к сожалению, самый часто упускаемый из виду. Выясняется, что большинство читателей скорее заинтересованы возможностью передавать сигнал (кому? зачем?), чем принимать сигналы, интерпретируя их как разведывательные данные. Это отношение следует изменить.

Слушать — в два раза важнее, чем передавать. Хороший набор оборудования для радиомониторинга каждому выживальщику следует рассматривать как насущную необходимость. К счастью, для оснащения скромного, но эффективного поста мониторинга вам потребуется совсем немного специфического фирменного оборудования.

Как и любое оборудование, рассчитанное на ситуацию обесточивания, ваши приборы должны быть приспособлены к работе от автономных источников питания. Это означает, что их нужно будет питать от батареек или 12-вольтового постоянного тока. Это может весьма серьёзно сказаться на запитывании старого лампового оборудования в разрезе ЭМИ. Некоторые ламповые радиоприборы питаются от постоянного тока, поэтому исследуйте этот вопрос.

---

Мониторинг вещательных станций диапазона УКВ и СВ

Нехватка информации по каналам вещания имеет значение с тактической точки зрения, особенно в отношении к мониторингу аварийной связи. Однако, со стратегической точки зрения отслеживание вещательных каналов ещё важнее,например, для оценки текущих и будущих тенденций. Для вас важно понимать, о чём люди в массе своей думают и беспокоятся, особенно, если это может вас коснуться. Можно отслеживать интересные и/или полезные мемы и обращать их себе на пользу, если ваши навыки позволяют это сделать.

Итак, оборудование первой очереди для вашего поста радиомониторинга уже наверняка находится в вашем распоряжении. Это портативный вещательный радиоприёмник на УКВ и СВ (Примечание переводчика. Вещательные диапазоны на средних волнах (СВ) и на ультракоротких (УКВ) часто называют соответственно AM-диапазон и FM-диапазон. Это ошибка, поскольку AM и FM обозначают не частоты — а модуляцию, способ формирования сигнала. Впрочем, на средних волнах применяется модуляция AM, а на УКВ FM, что приносит некое подобие логики в рассматриваемое заблуждение. Что касается УКВ, то диапазон ультракоротких волн рациональнее делить более подробно, на ОВЧ, или VHF, метровые волны, от 30 до 300 МГц, и УВЧ, или UHF, дециметровые волны, от 300 до 3000 МГц. В свою очередь, ОВЧ делится на нижнюю часть диапазона, упоминаемый в тексте статьи лоу-бэнд, и верхнюю. Это деление касается свойств волн той или иной частоты. В контексте же упоминания двусторонней связи VHF, как правило, относится к промежутку 136-174 МГц, а UHF — промежутку 400-500 МГц. С первого раза это запомнить трудно, но по мере вникания в вопрос данный нюанс становится естественным и очевидным.) и небольшой телевизор. Если возможно, оба должны быть подсоединены к качественным внешним антеннам для наилучшего приёма. Такие антенны можно купить в универмагах, хозяйственных магазинах и магазинах электроники. Приёмники оснащены внутренней ферритовой антенной для приёма СВ, которая работает неплохо, но для приёма дальних станций лучше использовать внешнюю антенну, например, петлевую, особенно когда нужно отдельно услышать две станции на одной частоте. У петлевых антенн отлично выражено такое качество, как направленность.

Основные станции, которые вам нужно будет услышать — местные ретрансляторы федеральных каналов, поскольку они служат наилучшим источником новостей с определённых сторон политического спектра. В большинстве мест, всенаправленная антенна справится с задачей, но я рекомендую направленную антенну по причинам, которые проясню ниже. Ваше оборудование должно позволить вам принимать сигналы радио и телевидения от передатчиков, находящихся на расстоянии до ста километров от вас. Приём на СВ будет поближе в течение дня, и более дальний ночью. Не заморачивайтесь с кабельным и спутниковым телевидением — расходы не стоят того.

Вещательные новости добавляют один кусочек к картине происходящего, которую вы сложите из информации, которой располагаете. Как пример, пользователь фейсбука размещает видео, заявленное место съёмки — Денвер, Колорадо, с военной техникой, перевозимой по железной дороге. Не заостряя внимание на плохом качестве видео и массе мусорной информации, сопровождающей его (что типично для «разведдонесений» ополчения и трёхпроцентников, текущий мониторинг вещательных станций приводит нас к новостям о тренировках нацгвардейцев из Форт-Карсон в Учебном Центре Нацгвардии. Отсюда вы можете начинать разматывать клубок подробностей. Именно это вы делаете, когда хотите знать, что происходит вокруг вас.

Настройка современного телевизора незамысловата. Включаете, и запускаете сканирование каналов. Он сам найдёт станции, передающие в данный момент в эфир. Всё, что вам нужно сделать — это разжиться расписанием новостей и передач местного значения, интересующих вас. С радио несколько больше возни. Вам нужно будет промотать ручку настройки по всему доступному диапазону сперва днём, а затем поздно вечером (потому, что прохождение радиоволн днём и ночью отличается).

В поиске близлежащих передатчиков вам может помочь интернет, например, перечень точек цифрового вещания на http://карта.ртрс.рф/

Одни из лучших радиоприёмников для мониторинга СВ можно найти на барахолках, разборках и т.п. Ищите автомобильные приёмники из стандартной комплектации, в силу специфики установки, они оснащены системой подавления шума, питаются от 12-вольтового постоянного тока и созданы для работы с короткими антеннами.

Также особый интерес будут представлять местные радиостанции, содержание чьих передач создаётся поблизости от вас и, соответственно, отражает интересы обитателей прилегающих окрестностей. Они могут быть довольно «неформатными», но этим и ценны.

Что касается направленной антенны, предназначенной для зон неуверенного приёма — вам нужно всегда стремиться к максимальной эффективности вашего поста радиомониторинга. Она вам может очень пригодиться, например, при попытке услышать станцию малой мощности, передающую «неформатные» сообщения, или если что-либо случится с ретранслятором по соседству.

На дату одиннадцатого сентября 2001го года на зданиях ВТЦ было размещено 12 разных телевизионных передатчиков. Только одна из этих станций располагала резервным передатчиком, на Эмпайр Стэйт Билдинг. Также на Эмпайр Стэйт Билдинг находился основной передатчик небольшой общественной станции. Когда башни рухнули, все 12 станций прекратили вещание. Мой знакомый, обитавший тогда неподалёку, в недавнем разговоре вспоминал, как он пытался принять станции из соседних районов, вещающие на одном канале или на соседних. В качестве временной меры вещание было перенесено на другое высотное здание, но сигнал оттуда принимался не так хорошо, как с ВТЦ. Если у вас есть дополнительные возможности приёма, они могут оказаться очень кстати для приёма сигнала с запасной площадки вещания, или из другого района.

Приём вещательного диапазона — хорошая отправная точка, поскольку у вас есть многое, если не всё, чтобы справиться с этим, и финансовые вложения минимальны. Установка радио-теле-приёмной антенны — хорошее задание для новичка, прокладывающее путь более сложной работе. То же относится и к сканированию радиовещательного диапазона, учитывая, что приём СВ по ночам даёт некоторое представление о связи с DX (Примечание переводчика. DX — обозначение редкой и/или далеко расположенной радиостанции, связь с которой затруднена, но очень желанна. В течение суток характеристики связи на разных частотах и на разные расстояния изменяются, чем ниже частота, тем сильнее различия).

---

Мониторинг коротковолнового вещания

Пока я упоминал только вещательные каналы, предназначенные для широкой аудитории, доступные к прослушиванию с помощью потребительской электроники. УКВ и СВ радио, телевидение, погодное радио (Примечание передодчика. Система оповещения о погодных и других аварийных ситуациях, доступная на территории США и находящаяся в ведении NOAA — Национального управления океанических и атмосферных исследований.) может предоставить целостное общее представление о новостях, общественно-политической ситуации в вашем регионе, настроениях местного руководства, и предупреждения о приближающихся природных катаклизмах. Всё это важно для составления общей картины происходящего вокруг вас и выяснения, чего опасаться в будущем. Теперь мы расширим наши интересы до коротковолнового вещания.

Коротковолновые диапазоны (от 1,7 до 30 МГц) обладают возможностью обеспечить связь по всему миру, однако, многие пользователи аварийной радиосвязи (такие, как РАС (Прим. Переводчика. В радиолюбительстве, представляющем собой по сути хобби, есть место общественно полезной деятельности. Объединения радиолюбителей, занимающихся аварийной радиосвязью, называются РАС (собственно радиолюбительская аварийная служба), ARES, RACES и т.п. При аварийной связи используется то же самое оборудование и те же режимы связи, что и при обычной хоббийной деятельности радиолюбителей в эфире.) любительского радио, и государственные организации аварийного реагирования) используют их для региональной связи с использованием АЗИ, антенн зенитного излучения, когда радиостанции УКВ-диапазона с задачей не справляются. Короткие волны также используются различными вещательными станциями по всему миру. Эти станции демонстрируют другую точку зрения на новости, отличающуюся от того, что передают ваши местные вещатели. Это важно, поскольку единственный источник информации не может дать целостной картины, да и каждый источник в той или иной мере оказывается предвзятым. Собирая разноплановые данные, вы можете нейтрализовать искажения и относительно достоверно представлять, что происходит.

Убедитесь, что ваш коротковолновый приёмник способен улавливать сигналы в модуляции SSB (Прим. Переводчика. Существует вид модуляции, он же способ формирования радиосигнала, более современный, чем AM — это SSB, по-русски ОБП, одна боковая полоса. Он бывает либо USB, или ВБП, верхняя боковая полоса, либо LSB, или НБП, нижняя боковая полоса. SSB «вообще», не верхней и не нижней, не бывает. Ведомственная и служебная связь, как правило, использует вариант USB/ВБП.). SSB — это узкополосный голосовой режим связи, используемый радиолюбителями и государственными ведомственными станциями на коротких волнах. Вам нужна возможность приёма SSB также для мониторинга разнообразных цифровых режимов, используемых любительскими и ведомственными станциями. Многие приёмники нижнего ценового уровня способны демодулировать (принимать) сигналы только в модуляции (режиме) AM, используемом коротковолновыми вещателями.

Я рекомендую обзавестись наилучшим коротковолновым приёмником, какой вы только можете себе позволить, поскольку вам предстоит уделить этим частотам много внимания. Хороший приёмник покрывает частоты от 500 кГц до 30 МГц и выше. Это включает в себя любительские диапазоны, международных радиовещателей, ведомственные станции военных и государственных служб, разные нелегальные станции, и Си-Би.

На иллюстрации показан замечательный приёмник Icom R-75, который я настоятельно рекомендую. Это лёгкий в обращении прибор, с запасом возможностей «на вырост». Он принимает модуляции AM, SSB, CW, и FM от 30 кГц до 60 МГц. Это последний приёмник фирмы Айком аналоговой архитектуры (не SDR, программно-определяемое радио). Новые продаются по шестьсот долларов, с рук же, при высокой Удаче и хорошем навыке Красноречия, можно купить за триста.

Мне нравится 75й не только за его эффективность в разрезе стоимости, но и за перекрытие диапазона нижнего УКВ, лоубэнда, который используется военными для связи на тактическом уровне и общественными службами США для межрегионального взаимодействия. Военные радиостанции тактического звена работают в диапазоне 30-88 МГц, с шагом 25 кГц. Когда они не в режиме ППРЧ, то обычно работают с субтоном 150 Гц (стандартный субтон 151,4 вполне совместим). Также многие нелегальные станции работают в модуляциях AM, FM, и SSB в промежутке 25-33 МГц на экспортных радиостанциях диапазона Си-Би, раскрытых на приём и передачу выше сиби-шных частот.

Многие любительские трансиверы имеют сплошное перекрытие КВ-диапазона — способность принимать сигналы на всём промежутке от 1,7 до 30 МГц, а не только в пределах любительских диапазонов. Если вы со временем планируете обзавестись позывным, лицензией радиолюбителя, то, вероятно, предпочтёте этот вариант, а не приёмник. Многие люди с интересами к выживанию вполне довольны моделями Icom IC-718 или Yaesu FT-857. Что именно выбрать — не так важно, как всё же выбрать что-то и настойчиво практиковаться с выбранным. Однако, если вы не планируете передавать в эфире, то лучше сэкономить деньги и остановиться на приёмнике.

Разные диапазоны коротких волн ведут себя лучше или хуже в зависимости от времени суток. В общем, волны 1,7-6 МГц лучше распространяются ночью, 15-30 МГц хорошо работают днём, 6-15 МГц нормально функционируют 24 часа в сутки.

Начинать лучше всего с прослушивания международных коротковолновых вещательных радиостанций. Они используют модуляцию AM, вещают на определённых частотах по известному расписанию. Найти это расписание можно на специализированных сайтах:

• primetimeshortwave.com
• shortwaveschedule.com
• worldofradio.com
• short-wave.info
• dxsignal.ru
• novosibdx.info
• dxinfocentre.com
• swling.com

Коротковолновые диапазоны также используются государственными организациями для связи на дальних расстояниях. Об этой связи говорят как о передачах «ведомственных» станций, в отличие от «вещательных». Когда используется голосовой режим, модуляция применяется USB. Некоторые сведения об используемых частотах можно отыскать в таблице частот радиосканнер.ру, ссылка ниже.

Любительское радио — ещё один заядлый пользователь коротковолновой связи, вас может заинтересовать мониторинг сетей РАС, погодных и региональных сетей. Эти данные нетрудно найти при помощи интернет-поисковика.

Продолжение следует.

Привет, Хабр.

В первой части были описаны некоторые сигналы, которые можно принять на длинных и коротких волнах. Не менее интересным является диапазон УКВ, на котором тоже можно найти кое-что интересное.

Как и в первой части, будут рассмотрены те сигналы, которые можно самостоятельно декодировать с помощью компьютера. Кому интересно, как это работает, продолжение под катом.

В первой части мы использовали голландский онлайн приемник для приема длинных и коротких волн. К сожалению, на УКВ аналогичных сервисов нет — диапазон частот слишком велик. Поэтому желающим повторить описанные ниже эксперименты придется обзавестись собственным приемником, из самых дешевых можно отметить RTL SDR V3, который можно приобрести за 30$. Такой приемник покрывает диапазон до 1.7ГГц, все нижеописанные сигналы приняты именно на него.

Итак, приступим. Как и в первой части, сигналы будем рассматривать по возрастанию частоты.

FM-радио

Само FM-радио вряд ли кого-то удивит, нас же в нем будет интересовать RDS. Наличие RDS (Radio Data System) обеспечивает передачу цифровых данных “внутри” FM-сигнала. Спектр сигнала FM-станции после демодуляции выглядит так:

На частоте 19КГц расположен пилот-тон, а на его утроенной частоте 57КГц передается сигнал RDS. На осциллограмме, если вывести оба сигнала вместе, это выглядит примерно так:

C помощью фазовой модуляции здесь закодирован низкочастотный сигнал с частотой 1187.5Гц (кстати, частота 1187.5Гц тоже выбрана не случайно — это частота 19КГц пилот-тона, деленная на 16). Далее, после побитового декодирования, расшифровываются пакеты данных, типов которых довольно много — помимо текста, могут передаваться например, альтернативные частоты вещания радиостанции, и при въезде в другую область приемник может автоматически настроиться на новую частоту.

Принять RDS-данные местных станций можно с помощью программы RDS Spy. Ее можно подключить через HDSDR, если выбрать модуляцию FM, ширину сигнала 120КГц и битрейт 192КГц, как показано на рисунке.

Затем достаточно перенаправить сигнал с помощью Virtual Audio Cable с HDSDR на RDS Spy (в настройках VAC тоже нужно указать битрейт 192КГц). Если все было сделано правильно, мы увидим всю информацию о RDS, гораздо больше, чем покажет обычный бытовой радиоприемник:

Кроме FM, кстати можно декодировать и DAB+, про это была отдельная статья. В России он пока не работает, но в других странах может быть актуально.

Авиадиапазон

Так исторически сложилось, что в авиации используется амплитудная модуляция (АМ) и частотный диапазон 118-137МГц. Переговоры пилотов и диспетчеров никак не зашифрованы, и принять их может любой желающий. Лет 20 назад для этого “перетягивали” обычные дешевые китайские радиоприемники — достаточно было раздвинуть катушки гетеродина, и диапазон смещался, если повезет то в сторону более высоких частот. Интересующиеся “цифровой археологией” могут почитать обсуждение на форуме radioscanner за 2004 год. Позже китайские производители пошли навстречу пользователям, и просто добавили диапазон Air в приемники (в комментариях к первой части рекомендовали Tecsun PL-660 или PL-680). Но разумеется, использование более специализированных устройств (например, приемников AOR, Icom) более предпочтительно — они имеют шумодав (звук выключается когда нет сигнала и нет постоянного шипения) и более высокую скорость перебора частот.

Каждый крупный аэропорт использует довольно много частот, вот для примера, частоты аэропорта Пулково, взятые с сайта radioscanner:

Кстати, послушать трансляции переговоров из разных российских городов (Москва, С-Пб, Челябинск и некоторые другие) можно онлайн на http://live.radioscanner.net.

Для нас в авиадиапазоне интересен цифровой протокол ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System). Его сигналы передаются на частотах 131.525 и 131.725МГц (европейский стандарт, частоты разных регионов могут отличаться). Это цифровые посылки с битрейтом 2400 или 1200bps, с помощью такой системы пилоты могут обмениваться сообщениями с диспетчером. Для декодирования в MultiPSK нужно настроиться на сигнал в режиме АМ (нужен SDR-приемник, т.к. ширина полосы сигнала более 5КГц) и перенаправить звук с помощью Virtual Audio Card.

Результат показан на скриншоте.

Формат сигналов ACARS является довольно простым, и его можно посмотреть в программе SA Free. Для этого достаточно открыть фрагмент записи, и мы увидим что в “внутри” АМ записи на самом деле содержится частотная модуляция.

Далее, применив к записи частотный детектор, мы легко получаем битовый поток. В реале, вряд ли придется это делать, т.к. готовые программы для декодирования ACARS давно написаны.

Метеоспутники NOAA

Послушав переговоры авиаторов, можно забраться еще выше — в космос. В котором для нас интересны метеоспутники NOAA 15, NOAA 18 и NOAA 19, передающие изображения поверхности Земли на частотах 137.620, 137.9125 и 137.100МГц. Декодировать сигнал можно с помощью программы WXtoImg.

Принимаемая картинка может выглядеть примерно так (фото с сайта radioscanner):

К сожалению (законы физики не обманешь, да и Земля-таки круглая хотя не все в это верят), принять сигнал спутника можно только тогда, когда он пролетает над нами, и не всегда эти пролеты имеют удобное время и угол над горизонтом. Раньше чтобы узнать дату и время ближайшего полета требовалось ставить программу Orbitron (программа-долгожитель, существующая аж с 2001 года), сейчас это проще сделать онлайн по ссылкам https://www.n2yo.com/passes/?s=25338, https://www.n2yo.com/passes/?s=28654 и https://www.n2yo.com/passes/?s=33591 соответственно.

Сигнал спутников довольно-таки громкий, и слышен практически на любую антенну и на любой приемник. Но чтобы принять картинку в хорошем качестве, все же желательна специальная антенна и хороший обзор горизонта. Желающие могут посмотреть англоязычный туториал в youtube или почитать подробное описание. Лично у меня так и не хватило терпения довести дело до конца, но другим возможно, повезет больше.

Пейджинговые сообщения FLEX/POCSAG

Работает ли еще пейджинговая связь для корпоративных клиентов в России, мне неизвестно, в Европе же она вполне функционирует, ею пользуются пожарные, полиция и разные службы.

Принять сигналы FLEX и POCSAG можно с помощью HDSDR и Virtual Audio Cable, для декодирования используется программа PDW. Написана она была аж в 2004 году, и интерфейс имеет соответствующий, но как ни странно, до сих пор вполне работает.

Также существует декодер multimon-ng, работающий под Linux, его исходники доступны на github. Про протокол передачи POCSAG также была отдельная статья, желающие могут ознакомиться с ней более подробно.

Брелки/беспроводные выключатели

Еще выше по частоте, на 433МГц, находится целое множество различных устройств — беспроводные выключатели и розетки, дверные звонки, датчики давления шин автомобилей и пр.

Это зачастую дешевые китайские девайсы с простейшей модуляцией. Там нет никакого шифрования, и используется простой бинарный код (OOK — on-off keying). Декодированию таких сигналов было рассмотрено в отдельной статье. Мы же можем воспользоваться готовым декодером rtl_433, скачать который можно отсюда.

Запустив программу, можно увидеть различные устройства, и (при наличии рядом автостоянки) узнать например давление в шинах соседского автомобиля. Практического смысла в этом немного, но с чисто математической точки зрения, вполне интересно — протоколы этих сигналов просты для декодирования.

Да кстати, покупающим такие беспроводные выключатели следует иметь в виду, что они никак не защищены, и теоретически ваш хакер-сосед при наличии HackRF или аналогичного устройства может злостно выключить вам свет в туалете в самый неподходящий момент или сделать что-то аналогичное. Лично я не заморачиваюсь, но если вопрос безопасности актуален, можно использовать более серьезные и дорогие устройства с полноценными ключами и аутентификацией (Z-Wave, Philips Hue и пр).

TETRA

TETRA (Terrestrial Trunked Radio) — это профессиональная система корпоративной радиосвязи с достаточно большими возможностями (групповые вызовы, шифрование, объединение нескольких сетей и пр). И ее сигналы, если они не зашифрованы, также можно принимать с помощью компьютера и SDR-приемника.

Декодер TETRA для Linux существовал довольно давно, но его настройка была далеко нетривиальной, и примерно год назад российский программист создал плагин для приема TETRA для SDR#. Теперь эта задача решается почти буквально в два клика, программа позволяет выводить информацию о системе, прослушивать голосовые сообщения, собирать статистику и пр.

Плагин реализует не все возможности стандарта, но основные функции более-менее работают.

Согласно Википедии, Тетра может использоваться в скорой помощи, полиции, на ж/д транспорте и пр. Насчет ее распространения в России мне неизвестно (вроде сеть Тетра использовалась на ЧМ2018, но это неточно), желающие могут проверить самостоятельно — сигналы Тетра легко узнаваемы, и имеют ширину 25КГц, как видно на скриншоте.

Разумеется, если в сети включено шифрование (такая возможность в Тетре есть), плагин работать не будет — вместо речи будет лишь «булькание».

ADSB

Поднимемся еще выше по частоте, на частоте 1.09ГГц передаются сигналы транспондеров воздушных судов, что позволяет таким сайтам как FlightRadar24 показывать пролетающие самолеты. Этот протокол уже разбирался ранее, так что повторяться здесь я не буду (статья и так получилось большой), желающие могут прочитать первую и вторую части.

Заключение

Как можно видеть, даже с приемником за 30$ можно найти в эфире много чего интересного. Уверен, перечислено здесь далеко не все, и что-то я наверно пропустил или не знаю. Желающие могут попробовать самостоятельно — это хороший способ разобраться с принципом работы той или иной системы получше.

Любительскую радиосвязь я не рассматривал, хотя на УКВ она тоже есть, но статья все же про связь служебную.

P.S.: Специально для кулхацкеров можно отметить, что ничего действительно секретного в открытом эфире не передается уже наверное лет 50, так что с «этой» точки зрения, не стоит тратить время и деньги. А вот с точки зрения изучения принципов связи и разных инженерных систем, ознакомление с реальной работой реальных сетей вполне интересно и познавательно.

Люди более старшего возраста вспомнят «Маяк», работающий на средних и длинных волнах. А ведь на самом деле радиоэфир «заселен» чрезвычайно плотно, это целый мир, невидимый «невооруженным глазом». Тому, что можно увидеть и услышать в эфире, посвящена эта статья.

Начнем путешествие по эфиру снизу вверх, от более длинных волн к более коротким.

ДВ-СВ-КВ диапазоны

Сверхдлинные волны (длина волны более 10 км).

Радиоволны столь большой длины волны интересны тем, что способны не только огибать препятствия, но и проникать под воду. На частоте 18,1 KHz работает станция, использующаяся для связи с подводными лодками. Эта станция была построена ещё в Германии во времена Второй мировой войны, затем перевезена в Россию, собрана заново и работает до сих пор.

Естественно, диапазона сверхдлинных волн нет в бытовых приемниках. Однако принимать сигналы на этой частоте может любой желающий, причем совершенно бесплатно — обычная звуковая карта компьютера способна записывать сигналы такой частоты. Если установить на ноутбук программу визуализации звука, подключить к разъему микрофона провод длиной несколько метров и отъехать подальше от города и индустриальных помех — то эти сигналы вполне реально увидеть на экране.

Длинные и средние волны (от 100 м до 10 км)

На частоте 77 кГц можно услышать сигналы точного времени, передаваемые станцией DFC77, расположенной недалеко от Франкфурта. По этим сигналам часы и метеостанции могут автоматически настраиваться на точное время. В магазинах легко можно найти часы, имеющие функцию такой настройки, но, к сожалению, большинство городов России не входит в область уверенного приема этих сигналов.

На частоте 198 кГц до сих пор работает радиостанция «Маяк». Эта станция выходит в эфир с 1964 года, желающие вполне могут услышать её на длинных и средних волнах и по сей день.

На частотах 400−600 кГц работают радиомаяки аэропортов. С помощью радиокомпаса воздушное судно может выйти точно к аэропорту, что актуально в условиях плохой видимости. Например, в Петербурге на частоте 525 КГц даже на бытовом приемнике можно услышать передаваемый азбукой морзе сигнал PL, относящийся видимо, к Пулково.

Частоты 2130 и 2150 кГц используются для связи на железной дороге, переговоры машинистов и диспетчеров хорошо слышны на расстоянии нескольких километров от ЖД на обычном бытовом радиоприемнике. Многие, наверное, видели длинный провод с изоляторами, протянутый вдоль крыши локомотива, это и есть антенна поездной радиостанции.

Короткие волны (10−100 м)

Информация, передаваемая в диапазоне коротких волн, весьма разнообразна. Это вещательные станции, сводки погоды, метеокарты и пр. Например, станция Hamburg Meteo круглосуточно передает карты погоды на частоте 7880 кГц, принять которые возможно с помощью радиоприемника, подключенного к компьютеру через вход звуковой карты. На частоте 10100 кГц эта же станция передает сводки погоды в телетайпном режиме, декодировать который можно, опять-таки, с помощью компьютера и программного обеспечения.

Частота 14 МГц используется радиолюбителями для экспериментов с разными видами связи, среди достаточно интересных можно отметить например, передачу изображений, этот стандарт называется Slow-scan television (SSTV).

В верхней части КВ-диапазона (27−28 МГц) находится гражданский, так называемый «Си-Би» (Citizen Band) диапазон. Любой желающий может приобрести радиостанцию, работающую в этом диапазоне, такие станции активно используются водителями, путешественниками и пр.

Вещательные диапазоны

Эти диапазоны охватывают значительную часть эфира. Наиболее низким по частоте является 1-й канал ТВ, работающий на частоте 50 МГц, частоты остальных каналов находятся выше и могут охватывать частоты до 700 МГц.

В радиовещании путаницы несколько больше, так как есть «советский» диапазон УКВ, охватывающий частоты 66−74 МГц и «зарубежный», использующий частоты 88−108 МГц. В разных регионах могут использоваться либо те, либо иные частоты, да и не все бытовые приемники могут принимать оба диапазона, так что при желании слушать радио на FM/УКВ это нужно учитывать при покупке.

УКВ-диапазоны

Диапазон 117−137 МГц выделен для авиа-связи. На этих частотах диспетчеры общаются с воздушными судами, здесь работают автоматические системы передачи погоды (Automatic Terminal Information Service, ATIS) и координат (Aircraft Communications Addressing and Reporting System, ACARS). Естественно, гражданские лица не могут использовать эти частоты для радиопередачи, однако прием вполне возможен — некоторые бытовые приемники, например Grundig G6, имеют поддержку авиадиапазона.

В диапазоне 137 МГц передают данные метеоспутники NOAA. При помощи программы расчета орбиты, радиоприемника и компьютера получить фотографии из космоса с этих спутников может любой желающий.

Частоты 144−170 МГц используются государственными службами — милиция, скорая помощь, пожарные и пр. В некоторых регионах для этих целей используются также частоты 450 МГц и выше.

Частоты 150 и 300 МГц используются для связи между морскими, речными судами и береговыми станциями.

На частоте 433 МГц работают безлицензионные радиостанции стандарта LPD (Low Power Device). Эти устройства могут использоваться всеми желающими для связи на небольших расстояниях, для наблюдения за ребенком с помощью радионяни, в качестве маяка для поиска домашних животных и пр. На этих частотах могут работать брелки автомобильных сигнализаций, кнопки открытия шлагбаумов и пр.

На частотах 900 и 950 МГц работают телефоны стандарта GSM. Используются две разнесенные частоты, именно поэтому по сотовому телефону можно одновременно и говорить, и слушать.

Радиоволны ещё более высоких частот (1 ГГц и выше) распространяются практически в пределах прямой видимости. Поэтому они используются либо на небольших расстояниях (Bluetooth, Wi-Fi, DECT) либо с крупными направленными антеннами (спутниковое ТВ, линии передачи данных). На этих частотах также передаются сигналы со спутников GPS.

На этом совсем краткий обзор радиоэфира подходит к концу. Вышеприведенный список, естественно, не претендует на полноту, но при наличии интереса любой желающий может заняться этим вопросом самостоятельно, ведь радиоэфир доступен всем без каких-либо ограничений. Более того, этот список и не может быть завершен, «точку» тут ставить рано, ведь постоянно появляются новые стандарты и технологии. Например, уже доступны Wi-Fi-маршрутизаторы, работающие на частота 5 ГГц, ещё лет 10 назад использование столь высоких частот «в быту» казалось бы нереальным. Поживем — увидим…

P. S: В завершение хочется ответить на вопрос, который наверняка возникнет у некоторых читателей — сколько стоит радиоприемник, способный принимать разные виды сигналов? На самом деле, не очень дорого.

Бытовой приемник, способный принимать радиосигналы диапазона 0.1−30, 76−108 и 117−137 МГц стоит около 5−6 тысяч рублей, то есть вполне сопоставим по цене с доступным каждому мобильным телефоном. УКВ-радиостанция, способная работать на передачу в LPD-диапазоне и на прием в диапазоне 1−999 МГц, стоит около 10 тысяч. Дорого это или нет? По мнению автора, это вполне доступная при желании цена (многие тратят куда больше на гораздо более бесполезные вещи), да и стоит ли жалеть деньги на то, что помогает узнавать и открывать для себя что-то новое?

Автор надеется, что хоть немного приоткрыл для интересующихся техникой мир радио. Конечно, в статье такого объема невозможно осветить все, а на дополнительные вопросы автор всегда готов ответить в комментариях.

P.P.S: И еще один момент, на который хотелось бы обратить внимание. В последнее время, особенно после выхода фильма «Радиоволна» модной стала тема приема радиосигналов из потустороннего мира. Много желающих пытаются вслушиваться в шум эфира, прокручивают записи так и этак, надеясь услышать то что хочется. Некоторым даже удается что-то поймать, а при должной фантазии и расшифровать…

Увы, вынужден огорчить всех желающих установить спиритический радиосеанс — все радиосигналы, имеющиеся в эфире, имеют вполне «земную» природу. А различные звуки, которые можно поймать — это либо помехи, либо наводки на этой частоте от более мощных соседних станций, либо доносящиеся на пределе слышимости фрагменты дальних передач с других континентов, либо переговоры служебных станций, использующих не поддерживаемый используемым приемником вид модуляции…

Рассмотрим пару сервисов для удобного расчёта зоны видимости.

Как известно, УКВ волны достаточно редко отражаются от тропосферных образований, и основное количество связей проходит напрямую. Тут стоит вопрос — а насколько далеко сможет долетать сигнал моей антенны?

Вручную посчитать будет сложно, учитывая неоднородный ландшафт местности, поэтому воспользуемся сервисом HeyWhatsThat.

Выбираем создание новой панорамы

Указываем координаты (или выбираем на карте), указываем высоту установки антенны относительно земли (Elevation) и название панорамы (например позывной).

Получаем на карте зоны, отмеченные красным цветом, это места, которые антенна видит «напрямую».

Можно нажать на карте, выбрав цель, и посмотреть что мешает сигналу добраться, например выберу город Рассказово.

Видно, что даже высоты 9 этажного дома не хватает для прямой видимости. Но тут вступает понятие зоны Френеля, и огибание радиоволнами препятствий.

Открыв параметры и установив частоту, можно заметить, что сигнал с легкостью может обходить эти препятствия.

Теперь можно приступить к построению карты прямого прохождения для конкретной антенны и конкретного трансивера, ведь усиление антенны, затухание волн и мощность также влияют на прохождение сигнала. Для этого воспользуемся сайтом VE2DBE Radio Mobile Online.

Регистрируемся на сайте

Добавляем своё местоположение

Двигаем маркер по карте или вбиваем координаты.
Далее создаём новый расчёт зоны покрытия.

Заполняем поля для расчёта:
Antenna Height — высота антенны над землёй;
Antenna Type — тип антенны (Omni — все направленная, или Yagi);
Antenna Azimuth — азимут направления антенны;
Antenna Tilt — наклон антенны относительно горизонта;
Antenna Gain — усиление антенны, у меня она квадрифилярная и смотрит в небо, поэтому укажу отрицательное усиление;
Mobile Antenna Height (m) — высота подвеса антенны корреспондента, по умолчанию 2м (автомобиль);
Mobile Antenna Gain (dBi) — усиление антенны корреспондента;
Frequency (MHz) — частота;
Tx power (Watts) — мощность передатчика;
Maximum range (km) — максимальная дальность расчёта трассы.

Нажимаем Submit и ждём расчёта.

Получилась вполне похожая на реальную картина, примерно так я и слышу корреспондентов на УКВ. Попробуем рассчитать ситуацию, если бы у меня была коллинеарная антенна и 50 ватт мощности.

И это не учитывая тот факт, что у корреспондента тоже может быть хорошая антенна и высота подвеса. И вот тут я задумался о сборке новой антенны))) Всем удачи в расчётах и конструировании!