УКВ-диапазон

УКВ-диапазон (ультракороткие волны, УКВ) — часть радиочастотного спектра, охватывающая диапазон радиоволн с длиной волны от 10 до 1 метра, что соответствует частотам от 30 до 300 МГц. В международной классификации этот диапазон обозначается как VHF (Very High Frequency — очень высокие частоты). УКВ-диапазон занимает промежуточное положение между короткими волнами (КВ) и дециметровыми волнами (ДМВ), обладая рядом уникальных свойств распространения, которые определяют его широкое применение в радиовещании, телевидении, связи, навигации и радиолокации.

Физические характеристики и распространение

Ультракороткие волны распространяются преимущественно в пределах прямой видимости, то есть вдоль поверхности Земли по траектории, близкой к прямой линии, без существенного огибания препятствий (дифракции) и без отражения от ионосферы. В отличие от коротких волн, которые могут распространяться на тысячи километров за счёт многократных отражений от ионосферы, УКВ-волны не отражаются от ионосферы в обычных условиях (за исключением редких случаев спорадического прохождения в слое E). Основными механизмами распространения УКВ являются:

• Прямая волна — распространение в пределах прямой видимости между передающей и приёмной антеннами. Дальность связи ограничивается высотой антенн и кривизной Земли. Для наземных станций типичная дальность составляет 30–80 км, при подъёме антенн (например, на самолётах или вышках) может достигать нескольких сотен километров.
• Земная волна — распространение вдоль поверхности Земли с затуханием, зависящим от проводимости почвы. Для УКВ этот механизм менее эффективен, чем для более низких частот, и дальность редко превышает 100 км.
• Тропосферное распространение — рассеяние и рефракция радиоволн в нижних слоях атмосферы (тропосфере). При определённых метеоусловиях (инверсии температуры, влажности) возможно увеличение дальности до 300–500 км и более. Этот эффект используется в тропосферной связи.
• Дифракция — огибание препятствий (холмов, зданий). Для УКВ дифракция выражена слабее, чем для более длинных волн, поэтому в условиях плотной городской застройки или пересечённой местности зона уверенного приёма может быть ограничена.

УКВ-диапазон характеризуется сравнительно низким уровнем атмосферных и индустриальных помех, что обеспечивает высокое качество передачи сигнала. Однако он подвержен затуханию при прохождении через растительность, стены зданий и другие препятствия.

Поддиапазоны и классификация

Диапазон УКВ (30–300 МГц) делят на несколько поддиапазонов, которые различаются по применению и свойствам:

В России и странах бывшего СССР исторически использовалось деление на метровые волны (МВ, 30–300 МГц) и дециметровые волны (ДМВ, 300–3000 МГц), при этом УКВ часто отождествляли с метровым диапазоном. В международной практике термин VHF (30–300 МГц) является стандартным.

История освоения

Первые эксперименты с ультракороткими волнами проводились в 1920-х годах. В 1924 году советский физик Леонид Мандельштам и его коллеги провели опыты по передаче сигналов на волнах длиной около 1 метра. В 1930-х годах началось практическое использование УКВ для радиосвязи, в том числе в авиации и на флоте. В 1935 году в СССР была создана первая УКВ-радиостанция для связи с самолётами.

Во время Второй мировой войны УКВ-диапазон активно применялся в радиолокации (первые радары работали на частотах около 100–200 МГц) и для тактической связи. После войны началось внедрение УКВ-радиовещания с частотной модуляцией (FM), которое обеспечивало более высокое качество звука по сравнению с амплитудной модуляцией (AM) на средних и коротких волнах. В 1948 году в США была запущена первая FM-радиостанция, а в 1950-х годах FM-вещание распространилось по всему миру.

В СССР УКВ-радиовещание началось в 1950-х годах, первоначально в диапазоне 65,8–74 МГц (так называемый «советский УКВ-диапазон»), который отличался от западного FM-диапазона (87,5–108 МГц). Это различие сохранялось до 1990-х годов, когда в России начался переход на стандартный международный диапазон. В 1960-х годах УКВ-диапазон стал основным для чёрно-белого и цветного телевидения (метровые каналы).

Применение

Радиовещание

УКВ-диапазон является основным для качественного радиовещания с частотной модуляцией (FM). В России и большинстве стран мира FM-вещание ведётся в диапазоне 87,5–108 МГц. В некоторых странах (Япония, страны бывшего СССР) используется также диапазон 65,8–74 МГц. FM-радиовещание обеспечивает широкую полосу пропускания (до 15 кГц), что позволяет передавать стереозвук и дополнительные данные (RDS, DAB).

Телевидение

До перехода на цифровое телевидение (DVB-T/T2) метровый диапазон УКВ (каналы 1–12) использовался для аналогового телевещания. В России аналоговое телевидение в метровом диапазоне было полностью отключено в 2019 году. В настоящее время УКВ-диапазон используется для цифрового телевидения в некоторых странах, а также для ретрансляции сигналов.

Связь

• Авиационная связь: диапазон 108–137 МГц выделен для воздушной радиосвязи (радиообмен между диспетчерами и пилотами, навигационные маяки VOR и ILS). Это критически важный диапазон, обеспечивающий безопасность полётов.
• Морская связь: диапазон 156–174 МГц (морская УКВ-радиосвязь) используется для связи между судами и береговыми станциями, а также для системы автоматической идентификации (AIS).
• Радиолюбительская связь: радиолюбителям выделены участки в диапазонах 50–54 МГц (6 метров), 144–146 МГц (2 метра) и 430–440 МГц (70 см, частично в УКВ). Эти диапазоны популярны для местной и дальних связей (через тропосферу, спутники, Луну).
• Профессиональная радиосвязь: УКВ-диапазон используется в системах транкинговой связи (TETRA, APCO 25), в служебных радиосетях (полиция, скорая помощь, пожарные, такси, коммунальные службы). В России для этих целей выделены диапазоны 146–174 МГц и 403–470 МГц.
• Радиорелейная связь: УКВ-диапазон применяется для организации радиорелейных линий связи (например, в диапазоне 170–230 МГц) для передачи телефонных каналов и данных.

Навигация и радиолокация

• Радионавигация: системы VOR (108–118 МГц) и ILS (108–112 МГц для курсового маяка, 329–335 МГц для глиссадного) обеспечивают посадку самолётов.
• Радиолокация: некоторые метеорологические и авиационные радары работают в УКВ-диапазоне (например, 200–300 МГц), хотя основная часть современных РЛС использует более высокие частоты (S, C, X-диапазоны).

Научные исследования

УКВ-диапазон используется в радиоастрономии для наблюдения пульсаров, галактических радиоисточников и космического фона. В России действует радиотелескоп РТ-32 (Калязин) в диапазоне 1,4–1,7 ГГц (частично в УКВ). Также на частотах около 150 МГц ведутся исследования ионосферы и распространения радиоволн.

Особенности использования в России

В России УКВ-диапазон регулируется Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ). Основные выделенные полосы:

• 65,8–74 МГц — FM-радиовещание (устаревающий стандарт, постепенно вытесняется диапазоном 87,5–108 МГц).
• 87,5–108 МГц — FM-радиовещание (международный стандарт).
• 146–174 МГц — фиксированная и подвижная радиосвязь, радиолюбительская служба.
• 403–470 МГц — профессиональная радиосвязь, транкинг, радиолюбительская служба.

В России существует развитая сеть УКВ-радиостанций, включая аналоговые и цифровые системы (DMR, TETRA). В 2020-х годах активно внедряется цифровое радиовещание стандарта DAB+ в диапазоне 174–230 МГц, однако его распространение пока ограничено.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокое качество передачи звука и данных (благодаря широкой полосе пропускания и низкому уровню помех).
• Относительная простота и компактность антенн (по сравнению с КВ и СВ).
• Возможность использования частотной модуляции, устойчивой к импульсным помехам.
• Хорошая проникающая способность в условиях городской застройки (по сравнению с ДМВ).

Недостатки:

• Ограниченная дальность связи (в основном прямая видимость).
• Зависимость от рельефа местности и препятствий.
• Высокая чувствительность к помехам от электрических устройств (в городских условиях).
• Необходимость использования высоких антенн для увеличения дальности.

Будущее УКВ-диапазона

Несмотря на развитие цифровых технологий и переход на более высокие частоты (например, 5G в диапазоне 3,4–3,8 ГГц), УКВ-диапазон сохраняет своё значение для радиовещания, авиационной и морской связи, а также для радиолюбительской деятельности. В перспективе ожидается дальнейшее внедрение цифровых стандартов (DAB+, DMR, TETRA) и расширение использования УКВ для систем «умного города» и интернета вещей (IoT) в диапазонах 169 МГц и 868 МГц. Однако в связи с ростом спроса на спектр для мобильной связи возможно перераспределение частот, что может привести к сокращению доступных полос для традиционных служб.