Radijo ryšio principai: Kaip veikia pasaulis per bangas

Radijo ryšys, informacijos perdavimas radijo bangomis, yra viena iš fundamentalių moderniosios komunikacijos technologijų. Nuo paprasčiausio paspaudimo automobilio pultelyje iki sudėtingų tarptautinių ryšių, visa tai veikia nepastebimai mus supančioje elektromagnetinių bangų erdvėje. Šis straipsnis gilinsis į radijo ryšio veikimo principus, jo istoriją, reguliavimą ir praktinį pritaikymą, ypatingą dėmesį skiriant radijo mėgėjų veiklai Lietuvoje.

Radijo bangos: Nematomi informacijos nešėjai

Radijo bangos yra elektromagnetinės bangos, sklandančios laisvoje erdvėje šviesos greičiu. Jos yra elektromagnetinio spektro dalis, apimanti dažnius nuo 30 Hz iki 300 GHz. Šios bangos, skirtingai nei, pavyzdžiui, šviesa ar rentgeno spinduliai, turi žemesnį dažnį ir gali apeiti kliūtis bei atsispindėti nuo jonosferos, taip pasiekdamos itin tolimus atstumus. Radijo bangų ilgis (λ) yra mažiausias atstumas bangos sklidimo kryptimi tarp dviejų taškų, svyruojančių vienoda faze, o jo vienetas yra metras (m). Bangos greitis laisvoje erdvėje yra pastovus ir siekia 299 792,458 km/s.

Radijo bangų sklidimą lemia daugybė veiksnių: sklidimo terpės savybės, atmosferos sąlygos, reljefas (kalvos, kalnai), pastatai, netgi vandens telkiniai. Dėl šių veiksnių gali atsirasti atspindžiai, refrakcija, difrakcija, absorbcija, sklaida ir poliarizacijos pokyčiai. Tai reiškia, kad priklausomai nuo bangos ilgio ir sklidimo sąlygų, radijo bangos gali įveikti labai skirtingus kelius ir atstumus.

Yra keli pagrindiniai radijo bangų sklidimo būdai:

• Laisvoji erdvė: Bangos sklinda tiesiogiai tarp siųstuvo ir imtuvo, kai tarp jų nėra kliūčių ir jie yra vienas kito tiesioginio matomumo zonoje. Tai būdinga aukštesniems dažniams.
• Paviršinis sklidimas: Radijo bangos sklinda išilgai žemės paviršiaus, sekdamos Žemės kreivumą. Šis sklidimas būdingas ilgosioms ir vidutinėms bangoms. Bangos, prasiskverbdamos į Žemės paviršių, jame sukelia sroves, todėl kiekvienas žemės paviršiaus taškas tampa nauju radijo bangų šaltiniu.
• Jonosferinis sklidimas: Dekametrinės ir metrinės radijo bangos atsispindi nuo jonosferos - atmosferos sluoksnio, kurio dielektrinė skvarba skiriasi nuo apatinių atmosferos sluoksnių. Tai leidžia priimti signalus net esant toli už horizonto. Šis sklidimo būdas ypač svarbus trumpųjų bangų (SW) diapazonui, leidžiančiam susisiekti praktiškai bet kuriuo atstumu, nors ryšio kokybė ir galimybė labai priklauso nuo atmosferos būklės.

Radijo ryšio schema: Siųstuvas ir imtuvas

Radijo ryšio sistema iš esmės susideda iš dviejų pagrindinių dalių: siųstuvo ir imtuvo.

Siųstuvas:Siųstuvas yra sudėtingas elektronikos įrenginys, kurio pagrindinė funkcija - paversti informaciją radijo bangomis ir jas skleisti. Šis procesas apima kelis etapus:

1. Garso signalo gavimas: Informacija, dažniausiai garsas (kalba, muzika), surenkama mikrofonu arba iš kitų šaltinių. Garso bangos svyruoja nuo 20 Hz iki 20 kHz.
2. Moduliacija: Tai procesas, kurio metu žemo dažnio informacijos signalas (garso) „užkeliamas” ant aukšto dažnio nešančiosios bangos. Yra du pagrindiniai moduliacijos tipai:
   • Amplitudės moduliacija (AM): Keičiamas nešančiosios bangos stiprumas (amplitudė) pagal garso signalą. Jei garsas stiprus, banga aukšta, jei silpnas - žema. AM signalo juostos plotis paprastai būna 6 kHz.
   • Dažnio moduliacija (FM): Keičiamas nešančiosios bangos dažnis, o jos stiprumas lieka pastovus. FM signalo juostos plotis paprastai neviršija 12 kHz (nešiojamoms stotims 144 MHz diapazone) ar 25 kHz (bendram naudojimui). Gerai suderinto siųstuvo SSB (vienos šalinės juostos) signalo juostos plotis neturėtų būti didesnis kaip 2,7 kHz.
3. Generavimas ir stiprinimas: Osciliatorius generuoja pastovų aukšto dažnio signalą (nešančiąją bangą). Po moduliacijos signalas stiprinamas galios stiprintuve. Kuo didesnė galia, tuo toliau gali nukeliauti signalas. Siųstuvo išėjimo galia matuojama vatais (W). Pavyzdžiui, 100 vatų galia yra lygi 0,1 kW.
4. Antena: Tai metalinis laidininkas, kuris paverčia elektrinius signalus elektromagnetinėmis bangomis ir spinduliuoja jas į erdvę.

Imtuvas:Imtuvas atlieka atvirkštinį procesą - gauna elektromagnetines bangas ir paverčia jas suprantama informacija (garsu).

1. Antena: Sugeria daugybę radijo bangų iš aplinkos.
2. Derinimo grandinė: Leidžia išrinkti tik norimo dažnio signalą iš visų priimtų signalų. Ši grandinė paprastai susideda iš ritės ir kondensatoriaus, sudarančių virpesių kontūrą, kurio rezonansinį dažnį galima keisti.
3. Stiprintuvas: Sugauto signalo stiprumas paprastai yra labai mažas, todėl jis sustiprinamas.
4. Detektorius (demoduliacija): Šiame etape vyksta atvirkštinis moduliacijos procesas - iš moduliuotos nešančiosios bangos išskiriamas pradinis informacijos signalas.
5. Garsiakalbis: Atkuria informaciją garsu.

Radijo dažnių spektras ir jo valdymas

Radijo spektras yra ribotas gamtinis išteklius, kurį valdo valstybė. Šiuolaikinės visuomenės nuolat augantis poreikis naudotis pažangiomis ryšių technologijomis didina radijo dažnių paklausą. Siekiant užtikrinti suderinamumą tarp įvairių naudotojų, sudaryti sąlygas verslui ir visuomenei naudotis dinamiškos ryšių aplinkos teikiamais privalumais, atliekamas radijo dažnių valdymas. Efektyvus radijo dažnių valdymas yra prielaida naujoms technologijoms įsitvirtinti.

Radijo spektras yra dalijamas į įvairius diapazonus, kurių kiekvienas turi savų ypatybių ir pritaikymo sričių:

• Ilgųjų bangų (LW) diapazonas (150-300 kHz): Naudojamas navigacijai ir specialiems ryšiams.
• Vidutinių bangų (MW) diapazonas (530-1700 kHz): Čia veikia dauguma AM radijo stočių.
• Trumpųjų bangų (SW) diapazonas (3-30 MHz): Bangos gali „šokinėti” tarp žemės ir jonosferos, todėl jomis galima perduoti informaciją į bet kurį planetos kampelį.
• VHF diapazonas (30-300 MHz): Naudojamas FM radijui ir televizijai.
• UHF diapazonas (300 MHz - 3 GHz): Naudojamas mobiliajam ryšiui, WiFi ir kt.
• Mikrobangų diapazonas (nuo 3 GHz): Naudojamas palydoviniam ryšiui, radarams, bevieliams tinklams.

ES valstybės narės, įskaitant Lietuvą, valdo radijo spektrą laikydamosi ES teisės aktų ir tarptautinių susitarimų. LR Ryšių reguliavimo tarnyba (LR RRT) yra atsakinga už radijo dažnių valdymą Lietuvoje, spektro skyrimą naudotojams ir leidimų išdavimą.

Radijo mėgėjų veikla Lietuvoje: Taisyklės ir leidimai

Radijo mėgėjų veiklą Lietuvos Respublikoje reglamentuoja Teisės užsiimti radijo mėgėjų veikla suteikimo tvarkos ir užsiėmimo šia veikla sąlygų aprašas. Svarbu suprasti, kad radijo stoties naudojimas verslo ar komerciniais tikslais yra nesuderinamas su radijo mėgėjų veikla.

Leidimo gavimas:Prieš įjungiant radijo stotį siuntimo režimu, būtina turėti galiojantį leidimą radijo mėgėjų veiklai (toliau - RM veiklai). Leidimus RM veiklai išduoda LR RRT. Norint gauti leidimą, reikia pateikti LR RRT būtinus dokumentus ir, jei jis dar nebuvo išlaikytas, išlaikyti egzaminą.

Lietuvoje yra dvi leidimų klasės:

• A klasės leidimas: Suteikia daugiau teisių jo turėtojui.
• B klasės leidimas: Galioja Lietuvos Respublikoje ir valstybėse, kuriose įgyvendinus CEPT rekomendaciją yra B lygio leidimo nacionalinis atitikmuo. B klasės radijo mėgėjui gali būti skirtas penkių ir šešių ženklų radijo šaukinys. Maksimali leidžiama siųstuvo išėjimo galia B klasės leidimą turintiems radijo mėgėjams 80 m, 40 m, 20 m, 15m ir 10m (trumpųjų bangų) diapazonuose yra 100W.

Amžius ir sutikimas:Amžius, nuo kurio asmenims išduodami B klasės leidimai radijo mėgėjų veiklai, yra neribojamas. Tačiau yra specialios sąlygos nepilnamečiams:

• Asmenys, vyresni nei 16 metų, norėdami gauti leidimą, privalo pateikti LR RRT prašymą.
• Asmenys, jaunesni nei 16 metų, turi pateikti raštišką tėvų ar globėjų sutikimą, kuriame jie sutinka, kad vaikas užsiimtų radijo mėgėjų veikla, ir prisiima atsakomybę dėl taisyklių laikymosi.

Leidimo keitimas ir galiojimas:Jei pasikeičia asmens duomenys, įrašyti į leidimą, radijo mėgėjas privalo ne vėliau kaip per 10 darbo dienų nuo pasikeitimo pateikti prašymą LR RRT dėl pataisyto leidimo išdavimo. Leidimo galiojimas gali būti panaikintas LR RRT direktoriaus sprendimu, taip pat ir leidimo turėtojo prašymu. Baudą už taisyklių pažeidimą nustato LR Administracinių teisės pažeidimų kodeksas.

Radijo stoties įrengimas ir naudojimas:Pagrindinis reikalavimas įrengiant radijo stotį yra tai, kad atliekami darbai neturi kelti grėsmės žmonių sveikatai, gyvybei ir turtui. Leidimo turėtojas atsako už svetimo turto sugadinimą įrengiant radijo stotį. Naudojimasis radijo stotimi neturi sukelti grėsmės žmonių saugumui. Radijo mėgėjas atsako už tai, kad jo radijo stotis būtų naudojama pagal galiojančius teisės aktus.

Radijo stotį be tiesioginės asmens priežiūros leidžiama palikti veikti, jei tai yra retransliatorius, švyturys ar skaitmeninė stotis, arba jei yra galimybė naudotis nuotoliniu valdymu. Skaitmeninė stotis gali būti palikta veikti be tiesioginės radijo mėgėjo priežiūros.

Antenos saugumas:Už darbų saugą įrengiant anteną yra atsakingas antenos savininkas. Antena turi būti įrengta taip, kad atitiktų saugumo technikos reikalavimus ir nekeltų grėsmės žmonių sveikatai, gyvybei ir turtui. Svarbiausia yra žmonių apsauga nuo antenos spinduliuojamos energijos neigiamo poveikio. Kabinti anteną tarp dviejų taškų, esančių virš elektros tiekimo linijos, yra ypač pavojinga ir gali lemti tragiškas pasekmes.

Techninė apžiūra:LR RRT turi teisę atlikti radijo mėgėjų radijo stočių techninę apžiūrą. Apžiūros metu privalo dalyvauti LR RRT įgaliotas pareigūnas ir radijo mėgėjas (arba jo įgaliotas atstovas). Prieš apžiūrą pareigūnas privalo pateikti savo tarnybinį pažymėjimą.

Radijo šaukiniai ir eterio etiketas

Radijo šaukinys:Radijo šaukinys yra būtinas radijo stoties identifikavimui eteryje. Veikianti radijo stotis privalo perduoti jai skirtą šaukinį. Radijo šaukinį skiria LR RRT. Išskirtinė Lietuvos radijo šaukinių savybė - pirmosios raidės visada yra „LY“ (prefiksas, skirtas Lietuvai). Eteryje galima naudoti tik LR RRT skirtą šaukinį. Šaukinio trumpinti negalima. Jis turi būti perduodamas siuntimo pradžioje arba pabaigoje, ir ne rečiau kaip kas 5 minutes ryšio arba radijo stoties bandymų eteryje metu.

Balso telefonijos režimu šaukinys turėtų būti perduodamas aiškiai, vengiant galimų dvipysmiškumų, pavyzdžiui, naudojant fonetinę abėcėlę.

Papildomi simboliai prie šaukinio:

• /AM: Kai radijo stotis naudojama oro laive.
• /M: Kai radijo stotis naudojama valstybės vidaus vandenyse esančiame laive, arba kai naudojama judrioji radijo stotis.
• /MM: Kai radijo stotis veikia tarptautiniuose vandenyse esančiame laive.
• /P: Kai naudojama nešiojama radijo stotis.

B klasės leidimo šaukinys: B klasės radijo mėgėjui gali būti skirtas penkių ir šešių ženklų radijo šaukinys. Klubui gali būti skirtas keturių, penkių ir šešių ženklų radijo šaukinys.

Dažniausiai naudojamos santrumpos ir frazės:

• CQ: Kviečiant ryšiui bet kurią kitą radijo stotį.
• CQ DX: Kviečiant ryšiui radijo stotį, esančią kitame kontinente.
• DX: Tolima radijo stotis.
• DE: Reiškia "nuo". Po frazės „CQ DX DE“ perduodamas radijo šaukinys.
• QTH: Gyvenamoji vieta. Po frazės „my QTH is“ perduodamas savo gyvenamosios vietos pavadinimas.
• RS 58: Jūsų signalo įvertinimas (R - signalo stiprumas, S - signalo skaitomumas).
• 73: "Geriausi linkėjimai".
• CFM: "Patvirtinu".
• RX: Radijo imtuvas.
• TX: Radijo siųstuvas.
• CW: Morzės kodo telegrafija.
• SSB: Vienos šalinės juostos moduliavimas.
• FM: Dažnio moduliavimas.

Signalų kokybę eteryje radijo mėgėjai dažniausiai įvertina pagal RST (Signal, Tone, Readability) arba RS (Readability, Signal strength) skalę.

Informacijos perdavimas ir apribojimai

Bet kokia eteryje siunčiama informacija suprantama kaip pranešimas. Už radijo bangomis siunčiamų pranešimų turinį atsakingas radijo mėgėjas.

Draudžiama siųsti:

• Muziką, naujienas, raginimus melstis.
• Savo sukurtus kodus ir santrumpas, reklamą.
• Tarptautinius nelaimės signalus „SOS“ ir „MAYDAY“, nesilaikant ITU radijo ryšio reglamento nustatytų sąlygų.
• Informaciją, pažeidžiančią asmens privataus gyvenimo neliečiamumą.

Leidžiama siųsti:

• Asmeninius pirkimo ir pardavimo pranešimus, kai siunčiama informacija tiesiogiai susijusi su radijo mėgėjų radijo stotimis.
• Q kodą.
• Kompiuterines programas naudojant skaitmenines stotis, jei toks siuntimas nepažeis autorių, gretutinių ir kitų intelektinės nuosavybės teisių.

Radijo mėgėjams niekada neleidžiama retransliuoti vietinės radiofoninės radijo stoties programos. Nesant ypatingų atvejų, radijo mėgėjams leidžiama užmegzti ryšius tik su kitomis radijo mėgėjų radijo stotimis. Ryšiai tarp radijo mėgėjų stočių ir kitų radijo ryšio tarnybų stočių leidžiami tik tada, kai pastarosios radijo mėgėjams skirtu dažniais siunčia nelaimės signalus. Radijo mėgėjai turi teisę prisijungti prie skaitmeninių tinklų bet kuriuo būdu, įskaitant internetą ir komutuojamąsias telekomunikacijų linijas.

Radijo mėgėjų įranga ir jos veikimo principai

Elektroninės lempos ir puslaidininkiai:Ankstyvojoje radijo technologijos istorijoje svarbų vaidmenį atliko elektroninės lempos, kurių veikimas pagrįstas termoelektronine emisija. Jos galėjo stiprinti elektrinius signalus. Šiuolaikinėje technikoje jos pakeistos puslaidininkiais, tokiais kaip diodai (veikia elektronų rekombinacijos pagrindu) ir tranzistoriai (turi pnp arba npn sandūrą).

Elektros grandinių elementai:

• Rezistoriai: Jungiant nuosekliai, varža didėja; jungiant lygiagrečiai, varža mažėja.
• Kondensatoriai: Jungiant lygiagrečiai, talpa didėja; jungiant nuosekliai, talpa mažėja. Atstumas tarp plokščiojo kondensatoriaus plokštelių padidėjęs 2 kartus, sumažina talpą 2 kartus.
• Ričės: Padidinus ritės vijų skaičių, jos induktyvumas didėja.

Omo dėsnis ir elektriniai matavimai:Omo dėsnis apibrėžia įtampos (U), srovės (I) ir varžos (R) santykį: U = I * R. SI sistemoje pagrindiniai vienetai yra: omas (Ω) - varžos, voltas (V) - įtampos, amperas (A) - srovės, faradas (F) - talpos, vatas (W) - galios, hercas (Hz) - dažnio.

• Matavimo prietaisai: Įtampa matuojama voltmetru (jungiamas lygiagrečiai, idealaus vidinė varža - didelė), srovė - ampermetru (jungiamas nuosekliai, idealaus vidinė varža - maža), galia - vatmetru.
• Dažnių vienetai: 100 vatų galia = 0,1 kW. 200 kHz dažnis = 0,2 MHz. Dažniui didėjant, radijo bangos ilgis mažėja.
• Kintamoji elektros srovė: Buityje dažniausiai naudojamo kintamosios srovės tinklo įtampa yra 230V, dažnis - 50 Hz (tai reiškia, kad srovės kryptis pasikeičia 50 kartų per sekundę).

Virpesių kontūrai:Ritė ir kondensatorius sudaro virpesių kontūrą. Jo rezonansinį dažnį galima pakeisti keičiant ritės induktyvumą ir/arba kondensatoriaus talpą.

Retransliatoriai ir skaitmeninės stotys

Retransliatoriai:Retransliatorius yra įrenginys, skirtas radijo ryšio nuotoliui didinti.

• Balso retransliatorius: Turi įėjimo ir išėjimo kanalus - priima vienu dažniu, o siunčia kitu. Dažnių skirtumas tarp 2 m radijo mėgėjų retransliatoriaus įėjimo ir išėjimo kanalų paprastai būna 600 kHz. Prioritetas, užmezgant ryšius per balso retransliatorių, teikiamas judriosioms radijo stotims. Padidinus siųstuvo galią, ryšio per retransliatorių atstumas ne visada žymiai padidėja, ypač jei signalas jau yra pakankamai stiprus.
• Skaitmeninių signalų retransliatoriaus: Įėjimo ir išėjimo dažniai sutampa. Skaitmeninės stotys gali būti paliktos veikti be tiesioginės radijo mėgėjo priežiūros.

Istorija ir svarbiausi išradėjai

Radijo ryšio istorija yra ilga ir turtinga, pažymėta daugybės mokslininkų ir išradėjų indėliu:

• 1864 m.: Škotų fizikas Džeimsas Klarkas Maksvelas pirmasis aprašė elektrodinamikos dėsnius ir išvedė lygtis, numatančias elektromagnetinių bangų egzistavimą.
• 1887 m.: Vokiečių fizikas Heinrichas Hercas sėkmingai patvirtino D.K. Maksvelo teiginius, eksperimentiškai įrodydamas radijo bangų sklidimą laisvoje erdvėje. Jis sukūrė tobulintą kibirkštinį siųstuvą ir imtuvą.
• 1890 m.: Prancūzų fizikas Eduardas Branli pademonstravo prietaisą, reaguojantį į elektromagnetines bangas - „radijo laidininką” (kohererį), kuris vėliau buvo patobulintas Oliverio Lodžo.
• 1895 m.: Rusijos išradėjas Aleksandras Popovas pademonstravo „žaibo žymekliu” pavadintą patobulintą kohererį.
• 1896 m.: Italų išradėjas Gulielmas Markonis užpatentavo pirmąją iš inžinerijos pusės išbaigtą, komerciškai sėkmingą radijo perdavimo sistemą, kurią laikoma tikrąja radijo ryšio sistema. Jis laikomas radijo išradėju, nors ginčai dėl pirmenybės su Tesla tęsėsi.
• 1897 m.: Serbijos kilmės amerikiečių išradėjas Nikola Tesla sukūrė sistemos patobulinimus, įvesdamas bangos ilgio nustatymo mechanizmą. JAV Aukščiausiasis teismas 1943 m. pripažino Teslos pirmumą šio patobulinimo srityje.
• 1906 m.: Amerikiečių išradėjas Redžinaldas Fesendenas transliavo pirmąją pasaulyje garsinę radijo laidą.
• 1926 m.: Lietuvoje radijo laidas pradėjo transliuoti Kaunas.

Šiuolaikinės radijo technologijos sparčiai vystosi, pereidamos prie skaitmeninės eros (DAB - Digital Audio Broadcasting), internetinio radijo ir programojamų radijo imtuvų (SDR - Software Defined Radio). 5G tinklai naudoja vis aukštesnius dažnius, leidžiančius perduoti milžiniškus duomenų kiekius. Nepaisant technologinės pažangos, radijas išlieka svarbus ir kaip patikimas ryšio būdas ekstremalių situacijų metu.

tags: #radijo #rysio #principai