Коротковолновый диапазон

Коротковолновый диапазон (КВ, короткие волны, англ. High Frequency, HF) — диапазон радиоволн с длиной волны от 10 до 100 метров, что соответствует частотам от 3 до 30 МГц. Короткие волны обладают способностью распространяться на большие расстояния за счёт отражения от ионосферы Земли, что делает их пригодными для дальней радиосвязи, радиовещания и любительской радиосвязи. Диапазон делится на поддиапазоны, используемые различными службами радиосвязи.

Физические основы распространения

Распространение ионосферными волнами

Основной особенностью коротковолнового диапазона является возможность распространения радиоволн на тысячи и десятки тысяч километров за счёт однократного или многократного отражения от ионосферы. Ионосфера — верхняя часть атмосферы (высоты от 50 до 500 км), ионизированная солнечным излучением. При падении на ионосферу короткая волна преломляется и возвращается к Земле. После отражения от земной поверхности волна может снова отразиться от ионосферы, обеспечивая многоскачковое распространение.

Критическая частота и максимальная применимая частота

Прохождение коротких волн зависит от частоты и состояния ионосферы. Для каждого слоя ионосферы существует критическая частота — максимальная частота, при которой волна отражается при вертикальном падении. Для наклонного падения используется понятие максимальной применимой частоты (МПЧ) — наибольшей частоты, при которой возможна радиосвязь между двумя пунктами в данных условиях. При превышении МПЧ волна проходит сквозь ионосферу в космос.

Слои ионосферы

Ионосфера состоит из нескольких слоёв:

• Слой D (60–90 км) — поглощает волны низких частот, особенно днём, что ограничивает работу на частотах ниже 5–7 МГц.
• Слой E (90–150 км) — отражает волны частотой до 10–15 МГц, особенно в дневное время.
• Слой F (150–500 км) — основной отражающий слой для коротких волн. Днём разделяется на F1 и F2, ночью сливается в один слой F2. Обеспечивает отражение волн до 30 МГц и выше.

Суточные и сезонные изменения

Прохождение радиоволн в КВ-диапазоне сильно меняется в течение суток и года. Днём, благодаря высокой ионизации, лучше работают более высокие частоты (10–30 МГц). Ночью ионизация падает, и наилучшее прохождение наблюдается на частотах 3–7 МГц. В зимние месяцы прохождение на высоких частотах улучшается, летом — ухудшается. На прохождение также влияет 11-летний цикл солнечной активности: в максимуме активности МПЧ возрастает.

Классификация и поддиапазоны

Деление по длине волны

Коротковолновый диапазон условно делится на поддиапазоны:

• 10–20 метров (15–30 МГц) — «дневные» волны, обеспечивающие дальнюю связь днём, особенно в периоды высокой солнечной активности.
• 20–40 метров (7–15 МГц) — переходный диапазон, работающий и днём, и ночью.
• 40–80 метров (3,5–7 МГц) — «ночные» волны, обеспечивающие связь на средние и дальние расстояния ночью.

Распределение по службам

Международный союз электросвязи (МСЭ) распределяет коротковолновый диапазон между различными службами:

• Радиовещание (диапазоны 49 м, 41 м, 31 м, 25 м, 19 м, 16 м, 13 м, 11 м) — вещание на зарубежные страны.
• Любительская радиосвязь (диапазоны 80 м, 40 м, 30 м, 20 м, 17 м, 15 м, 12 м, 10 м) — работа радиолюбителей.
• Фиксированная и подвижная службы — связь между стационарными и мобильными станциями (например, морская, авиационная, дипломатическая связь).
• Служба точного времени — передача сигналов точного времени (например, станции RWM, RBU в России).

История

Открытие и первые опыты

В конце XIX — начале XX века считалось, что для дальней связи пригодны только длинные волны. В 1921 году итальянский инженер Гульельмо Маркони провёл эксперимент по передаче коротких волн через Атлантику на частоте около 2,5 МГц, что продемонстрировало их потенциал. В 1920-х годах началось систематическое изучение коротковолнового диапазона.

Развитие в 1920–1930-е годы

К 1925 году было установлено, что короткие волны могут распространяться на тысячи километров за счёт отражения от ионосферы. В 1927 году в США была создана первая коммерческая коротковолновая радиовещательная станция (KDKA). В 1930-е годы коротковолновое радиовещание стало основным средством международной пропаганды, особенно в предвоенные годы.

Вторая мировая война и холодная война

Во время Второй мировой войны коротковолновая связь активно использовалась для военных целей, разведки и дипломатии. В послевоенные годы, в период холодной войны, коротковолновое радиовещание стало инструментом идеологической борьбы. Государства создавали мощные передатчики для вещания на территорию противника. В СССР и России вещание на зарубежные страны осуществлялось через радиостанции «Радио Москвы» (позднее «Голос России»), а в США — через «Голос Америки» и «Радио Свобода» (последние признаны в РФ нежелательными организациями).

Современное состояние

С развитием спутниковой связи и интернета роль коротковолнового радиовещания снизилась, но оно остаётся востребованным в регионах с неразвитой инфраструктурой, для связи с удалёнными объектами (экспедиции, морские суда, самолёты), а также в любительской радиосвязи. В России коротковолновый диапазон используется для государственного радиовещания (например, «Радио России», «Маяк»), а также для дипломатической и военной связи.

Применение

Радиовещание

Коротковолновое радиовещание позволяет передавать сигнал на большие расстояния, охватывая целые континенты. В России и мире существуют государственные и частные коротковолновые радиостанции, вещающие на зарубежные аудитории. Например, «Радио России» ведёт вещание на коротких волнах на русском и других языках.

Любительская радиосвязь

Любительская радиосвязь (радиолюбительство) — одно из ключевых применений КВ-диапазона. Радиолюбители используют выделенные поддиапазоны для связи с корреспондентами по всему миру. В России любительская радиосвязь регулируется Министерством цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ. Радиолюбители могут работать в диапазонах 80, 40, 30, 20, 17, 15, 12 и 10 метров.

Связь с удалёнными объектами

Короткие волны используются для связи с полярными станциями, научными экспедициями, морскими судами и самолётами, находящимися в зонах, где отсутствует спутниковая связь. В России коротковолновая связь применяется в Арктике и на Дальнем Востоке.

Аварийная и резервная связь

В случае выхода из строя спутниковых и кабельных линий коротковолновая связь может служить резервным каналом. Она используется в системах гражданской обороны и МЧС России.

Оборудование

Передатчики и приёмники

Для работы в коротковолновом диапазоне используются специализированные радиопередатчики и радиоприёмники. Современные КВ-приёмники могут быть как стационарными, так и портативными. Многие радиолюбители используют трансиверы — устройства, объединяющие передатчик и приёмник. Популярные модели: Icom IC-7300, Yaesu FT-991A, Elecraft KX3.

Антенны

Эффективность коротковолновой связи сильно зависит от антенны. Типы антенн:

• Диполь — простейшая антенна, состоящая из двух плеч.
• Вертикальная антенна (GP) — компактная антенна для работы на одной частоте.
• Направленные антенны (Yagi, «волновой канал») — обеспечивают усиление и подавление помех с определённых направлений.
• Лучевые антенны (Beam) — используются для дальней связи.

Модуляция

В коротковолновом диапазоне применяются различные виды модуляции:

• Амплитудная модуляция (АМ) — используется в радиовещании.
• Однополосная модуляция (SSB) — наиболее распространена в любительской и профессиональной связи, так как обеспечивает лучшую энергетическую эффективность.
• Частотная модуляция (ЧМ) — используется реже, в основном на частотах выше 28 МГц.
• Цифровые виды модуляции (FT8, RTTY, PSK31) — набирают популярность в любительской радиосвязи.

Интересные факты

• В коротковолновом диапазоне существует явление «скачка» — зона молчания (мертвая зона) вокруг передатчика, где сигнал не слышен, но на большом расстоянии он появляется вновь.
• В 2020-х годах, несмотря на развитие интернета, коротковолновое радиовещание остаётся востребованным в странах Африки и Азии, где доступ к сети ограничен.
• В России действует сеть станций точного времени, работающих на коротких волнах (например, RWM на частоте 4996 кГц).
• Радиолюбители могут получить позывной сигнал, который выдаётся государственными органами. В России позывные выдаются Главным радиочастотным центром.

Источники

• Международный регламент радиосвязи (Регламент радиосвязи МСЭ)
• «Распространение радиоволн» — учебное пособие, под ред. В. В. Гуревича
• «Коротковолновый диапазон: история и современность» — журнал «Радио», № 5, 2021
• Официальный сайт Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ
• «Любительская радиосвязь: справочник» — А. А. Головин, 2019