Дециметровые волны¶

Дециметровые волны (ДМВ, УВЧ — ультравысокие частоты, англ. UHF — Ultra High Frequency) — это диапазон радиоволн с длиной волны от 1 метра до 10 сантиметров, что соответствует частотам от 300 МГц до 3 ГГц. В спектре электромагнитных волн дециметровый диапазон занимает промежуточное положение между метровыми (УКВ) и сантиметровыми (СВЧ) волнами. Благодаря сочетанию свойств — относительно высокой проникающей способности, способности отражаться от препятствий и возможности передачи больших объёмов информации — дециметровые волны широко используются в телевидении, радиосвязи, радиолокации, навигации и беспроводных технологиях.

¶Физические свойства и распространение

Дециметровые волны обладают рядом особенностей, отличающих их от других диапазонов.

¶Распространение в пространстве

ДМВ распространяются преимущественно в пределах прямой видимости, так как они слабо огибают препятствия (дифракция выражена слабее, чем у метровых волн). Однако, в отличие от сантиметровых волн, они способны проникать сквозь стены зданий, листву деревьев и другие преграды, хотя с потерями. Дальность распространения в свободном пространстве ограничена кривизной земной поверхности — обычно до 40–60 км для наземных передатчиков, но может быть увеличена за счёт ретрансляторов и спутников.

¶Влияние атмосферы

Волны этого диапазона испытывают заметное поглощение в атмосфере, особенно в дождь, туман и снег, но меньше, чем сантиметровые. Ионосфера для них прозрачна (не отражает), поэтому спутниковая связь в этом диапазоне возможна. На частотах выше 1 ГГц возрастает роль молекулярного поглощения кислородом и водяным паром, что ограничивает дальность некоторых применений.

¶Отражение и интерференция

ДМВ хорошо отражаются от металлических поверхностей, влажной почвы, бетонных конструкций. Это свойство используется в радиолокации, но создаёт проблемы в виде многолучевого распространения (интерференции), что может приводить к искажению сигнала в телевидении и связи.

¶История освоения

Освоение дециметрового диапазона началось в 1930-е годы, когда стало ясно, что более низкие частоты перегружены и не позволяют передавать широкополосные сигналы (например, телевизионные). Первые эксперименты с УВЧ-радиолокацией проводились в Великобритании, США и СССР. В 1940-е годы, во время Второй мировой войны, дециметровые волны стали активно применяться в бортовых радарах и системах опознавания «свой-чужой».

После войны началось внедрение ДМВ в телевещание. В 1950–1960-х годах в СССР и других странах были запущены первые телевизионные передатчики в диапазоне 470–790 МГц (так называемые 21–60 каналы). В 1970-е годы с развитием спутниковой связи и навигации (GPS, ГЛОНАСС) диапазон стал ключевым для космических систем. В 1990–2000-е годы массовое распространение получили стандарты сотовой связи (GSM, UMTS, LTE) и цифрового телевидения (DVB-T/T2), работающие в ДМВ.

¶Классификация и стандарты

Внутри дециметрового диапазона выделяют несколько поддиапазонов, закреплённых за различными службами радиосвязи. Международный регламент радиосвязи (МСЭ) и национальные регуляторы (в России — Государственная комиссия по радиочастотам) распределяют частоты для конкретных применений.

¶Основные поддиапазоны

¶Стандарты телевидения

В России и большинстве стран мира аналоговое телевещание в ДМВ было прекращено в 2010-х годах. Цифровое эфирное телевидение использует стандарт DVB-T2 (в России — первый мультиплекс на частотах 470–790 МГц). Кабельное телевидение также применяет ДМВ для передачи сигнала по коаксиальным кабелям.

¶Стандарты связи

• GSM-900/1800 — сотовая связь второго поколения (2G), работающая в диапазонах 890–960 МГц и 1710–1880 МГц.
• UMTS (3G) — использует диапазоны 1900–2100 МГц.
• LTE (4G) — диапазоны 800, 1800, 2600 МГц.
• 5G NR — в России выделены диапазоны 700–790 МГц (n28) и 3,4–3,8 ГГц (частично перекрывает ДМВ).
• Wi-Fi — стандарты 802.11b/g/n работают на частоте 2,4 ГГц (диапазон 2400–2483,5 МГц).
• Bluetooth — также использует диапазон 2,4 ГГц.

¶Применение

¶Телевидение и радиовещание

Дециметровые волны являются основным диапазоном для эфирного цифрового телевидения. В России с 2019 года аналоговое телевещание в ДМВ полностью отключено, вещание ведётся в стандарте DVB-T2. Радиовещание в диапазоне 300–470 МГц (УКВ-2) используется для FM-радиостанций, но в основном в метровом диапазоне.

¶Сотовая связь

Сети сотовой связи всех поколений (2G–5G) активно используют дециметровый диапазон. Частоты 800–900 МГц обеспечивают лучшее покрытие в сельской местности, а 1800–2600 МГц — высокую пропускную способность в городах.

¶Спутниковая навигация

Системы GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (ЕС) и BeiDou (Китай) работают в диапазонах L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,60 МГц). Эти частоты выбраны из-за хорошей проникающей способности через атмосферу и возможности точного измерения времени.

¶Радиолокация

Дециметровые волны применяются в метеорологических радарах (для обнаружения осадков), в авиационных системах управления воздушным движением (диапазон 2700–2900 МГц), а также в военных РЛС для обнаружения целей на средних дистанциях.

¶Беспроводные сети и IoT

Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave и другие протоколы для «Интернета вещей» (IoT) работают в диапазоне 2,4 ГГц. Это позволяет создавать локальные сети с высокой скоростью передачи данных.

¶Медицина

В физиотерапии применяются аппараты УВЧ-терапии (ультравысокочастотная терапия), работающие на частотах 27,12 МГц (метровые волны) и 40,68 МГц (пограничный диапазон), но некоторые приборы используют дециметровые волны для прогрева тканей.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Широкая полоса пропускания — возможность передачи телевидения, высокоскоростного интернета и большого числа каналов.
• Относительно высокая проникающая способность по сравнению с сантиметровыми волнами.
• Возможность работы в условиях городской застройки.
• Наличие международных стандартов и совместимость оборудования.

¶Недостатки

• Ограниченная дальность прямой видимости (требуется много ретрансляторов).
• Восприимчивость к помехам от промышленных и бытовых устройств.
• Поглощение в атмосфере при дожде и снеге (особенно на частотах выше 2 ГГц).
• Сложность антенных систем для узконаправленной передачи.

¶Интересные факты

• В России дециметровый диапазон телевидения (470–790 МГц) был освобождён от аналогового вещания в 2019 году, что позволило использовать эти частоты для сетей 4G и 5G.
• Спутниковая навигационная система ГЛОНАСС использует частоты 1602,0 МГц (L1) и 1246,0 МГц (L2), что частично перекрывается с диапазоном GPS, но не полностью.
• Самый мощный в мире радиолокатор дециметрового диапазона — российская РЛС «Воронеж-ДМ» (работает в диапазоне 0,3–1 ГГц), способная обнаруживать баллистические цели на расстоянии до 6000 км.
• В диапазоне 2,4 ГГц работают не только Wi-Fi и Bluetooth, но и микроволновые печи (частота 2,45 ГГц), что может создавать помехи.

¶Источники

• Международный регламент радиосвязи (МСЭ-R). Статьи 5, 8.
• Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) России. Решения о распределении полос радиочастот.
• «Распространение радиоволн» / под ред. В. А. Долуханова. — М.: Связь, 1972.
• «Техника дециметровых волн» / А. Л. Драбкин, В. Л. Зюзин. — М.: Радио и связь, 1985.
• «Цифровое телевидение DVB-T/T2» / В. М. Локшин. — М.: Горячая линия – Телеком, 2013.
• «Спутниковые навигационные системы» / под ред. В. С. Яценкова. — М.: МАИ, 2010.