Сколько станций можно было услышать с AM/FM-радио перед окном купола МКС?

Распространение AM- и FM-радиосигналов в небо будет вести себя иначе, чем распространение вдоль поверхности Земли.

В качестве мысленного эксперимента , если бы вы были на МКС и у окна купола МКС стояло AM/FM-радио, как бы оно звучало, когда вы медленно настраивались на один из диапазонов? Будет ли он заполнен станциями, конкурирующими на каждой частоте, или он будет почти пуст, и только необычно сильная станция сможет пройти? Естественно AM и FM следует обсуждать отдельно.

Если бы вы надеялись поймать особенно слабую AM или FM станцию, вы бы договорились слушать, когда будете пролетать над головой, или лучше было бы использовать другой проход?

введите описание изображения здесь

вверху: из упражнения Radio Jove Project « Влияние верхних слоев атмосферы Земли на радиосигналы» .

введите описание изображения здесь

вверху: Vintage Singer 9-Transistor Radio, диапазоны AM-FM, модель HE-229, сделано в Японии. Отсюда . _

Антенны FM-радиостанций оптимизированы для излучения параллельно поверхности Земли, а не вертикально к ней. Мощность передатчика должна использоваться эффективно. Поэтому позиция над радиостанцией должна быть не самой лучшей.
@Уве, да! Если бы вы могли посмотреть на изображение Земли из космоса (например, с расстояния в миллион километров) с помощью радиотелескопа, настроенного на FM-диапазон (или часть ТВ-диапазона), самые яркие области могли бы быть по краям. Но от ЛЕО, 1 / р 2 по-прежнему очень важно. Но для AM важно учитывать и другие эффекты, в том числе влияние ионосферы.
Не уверен, что есть ответ на этот вопрос... как на картинке "Транзисторный радиоприемник Зингер-9" хотя... как красиво выглядит старая техника... но это, наверное, только я...
@EdwinvanMierlo, на самом деле, я немного подумал, и ответить не так уж сложно. Путь прямой видимости, типичная направленность радиовещательной антенны и известная прозрачность ионосферы - это все, что вы, вероятно, легко приведете к ответу «многие» или даже «сотни» для диапазона FM-вещания. Однако прохождение через ионосферу типичного AM-диапазона ~1 МГц будет чрезвычайно сложным.

Ответы (4)

TL;DR: На основе приведенной ниже информации и с учетом 4 предположений максимальное количество станций, которые можно было бы разборчиво услышать, будет 42 или меньше.

Не уверен, что есть фактический ответ на этот вопрос. Но, поскольку ОП указал «Gedankenexperiment» в качестве основы вопроса. Мы можем предположить, сколько станций вы можете принимать.

Давайте сосредоточимся на диапазоне FM-вещания, который во многих странах колеблется от 87 МГц до 108 МГц, в некоторых странах ниже, а в некоторых странах выше. Однако, глядя на изображение предлагаемого радиоприемника, я думаю, что это тот диапазон, на котором нам нужно сосредоточиться. Эти частоты не отражаются ионосферой обратно на Землю, поэтому мы хорошо их принимаем.

В комментариях упоминается, что основная направленность основных радиовещательных антенн будет направлена ​​на их предполагаемую аудиторию, которая, конечно, не до ионосферы, а горизонтально, параллельно земле или даже под углом вниз.

Однако РФ — странный зверь, и антенны далеки от идеала. Большинство антенн имеют так называемые «боковые лепестки» . И теоретически возможно, что некоторые из этих боковых лепестков направлены больше вверх, под большим углом, поэтому часть сигнала «уходит в космос».

Поскольку МКС находится на высоте примерно 406 км над землей, а радиус Земли составляет около 6371 км, теоретически вычислить площадь, «видимую» с МКС, несложно.

А = 50%/(1+R/д)

Что доводит А примерно до 3%.

Это приводит нас к:

  • сколько станций в 3% видимой земли,
  • и сколько из этих станций имеют антенны с боковыми лепестками, которые излучают сигнал к местоположению и пути МКС
  • и достаточно сильны, чтобы быть принятыми/демодулированными выше уровня шума.

Отсюда догадки, так как фактический расчет невозможен.

  • По крайней мере некоторые
  • Вероятно, многие
  • Возможно много

Теперь еще немного информации, кажется, что в мире насчитывается 44 000 радиостанций , ну, если верить источнику, так как глубокая ссылка, похоже, исчезла.

Давайте возьмем эти 44000, а вместе с ними есть станции AM и FM. При снижении AM давайте применим к этому правилу 80/20 [предположение 1] и установим общее количество FM-станций равным 35200.

Предположим, что эти станции равномерно распределены по поверхности земли [предположение 2], и 3% из них видны. Это доведет количество видимых станций до 1056 станций.

Вышеупомянутые боковые лепестки не все прямо указывают на МКС, это немного случайно, поэтому давайте применим к ним правило 20/80 [предположение 3], которое теперь увеличивает количество принимаемых станций до 211. .

Однако, поскольку это FM: если две или более станций работают на одной частоте, вы не сможете услышать ни одну (скорее всего) или только самую сильную. Это нужно рассматривать в сравнении с AM; если более одной станции работают на одной частоте, вы все равно можете слышать все станции... точно так же, как вы можете слышать, как несколько человек говорят одновременно. (Это одна из причин того, что авиационный трафик на частотах 110–135 МГц по-прежнему передается в AM, полетные диспетчеры могут слышать более одного самолета на одной и той же частоте)

Итак, выбранная нами полоса составляет от 87 МГц до 108 МГц, а с полосой пропускания 200 кГц для FM-станции это означает, что существует 105 возможных «слотов» для непересекающихся передач.

Эти «слоты» на самом деле являются самым ограничивающим фактором. Станции не будут распределены равномерно, многие будут иметь «популярные частоты звучания», и будут происходить перекрытия. Для этого применим к уравнению еще одно правило 20/80 [предположение 4]. Что уменьшит число с 211 до 42.

Предположим, вы взяли радиоприемник, как указано, и «настроились» на приемлемую станцию. Тот факт, что МКС движется с орбитальной скоростью 27000 км/ч, означает, что на принимаемый сигнал влияет эффект Доплера. Вам придется настроиться выше при приближении к местоположению передатчика, постоянно снижая частоту во время прослушивания. Спорный вопрос, будет ли вводиться предполагаемый доплеровский дрейф 2,6 кГц, значителен или нет. Используемый радиоприемник может даже иметь схему AFC, которая может это исправить.

Сколько станций можно было услышать с AM/FM-радио перед окном купола МКС?

Основываясь на приведенной выше информации и учитывая 4 предположения, максимальное количество станций, которые можно было бы разборчиво услышать, было бы 42 или меньше.

Это действительно здорово! Да, вы очень хорошо уловили суть вопроса, но провели более подробный анализ, чем большинство. Похоже, что впечатления от прослушивания будут не слишком приятными, как из-за пайлапа, так и из-за того, что МКС так быстро перемещается в пределах диапазона и вне его, а также внутри и вне лепестков и боковых лепестков. Но как мысленный эксперимент, все равно довольно весело.
@uhoh :-) отсюда и «или меньше» в моем заключении!
@uhoh, добавил последний абзац о допплере
При скорости около 7670 м/с это примерно 26 частей на миллион скорости света. На частоте 100 МГц это будет смещение всего около 2,6 кГц, что довольно мало по сравнению с диапазоном расстройки, в котором захват все еще должен работать.
@uhoh достаточно справедливо, тем не менее, это действительно важный момент, который следует принять во внимание. С современным детектором PLL (Phase Locked Loop) даже не стоит упоминать. Однако с изображенным приемником вам нужна твердая рука! :-)
Хорошо, я думал, что FM-приемники с самого начала имели базовую реализацию фазированной автоподстройки частоты. Не цифровой синтез частот или что-то необычное, а очень простая PLL использовалась в первых телевизорах и первом использовании FM.
Не уверен, сколько лет Зингер-9, я не смог найти ни принципиальных схем, ни данных о выпуске. Кажется, это конец 1950-х или начало 1960-х. И для такого простого радио; Я не знаю, включает ли он детектор PLL. технология PLL устарела, но для того, чтобы сохранить доступные цены, радиоприемники той эпохи могут иметь или не иметь этого. Я пока оставлю свой ответ как есть.
FM-приемник, использующий всего 9 транзисторов и вообще не имеющий интегральной схемы, не может использовать PLL. Без какой-либо ИС использование PLL в бытовом электронном радиоприемнике было экономически невозможно. Вам нужна сложная схема для генерации всех частотных каналов в диапазоне FM, синхронизированных с очень стабильным генератором XTAL.
@Uwe Я не думаю, что это совершенно правильно. Да, современные PLL реализуются с помощью сложных ИС и теперь в основном в цифровом виде, но контуры фазовой автоподстройки частоты действительно использовались в ранних FM-радиоприемниках, а также в первых телевизорах. en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop#History Я не могу быть уверен, что именно у этого радио оно есть, но оно действительно может быть, и, конечно же, подобные FM-радио того времени могут. Итак, давайте узнаем; Я только что спросил , может ли винтажный 9-транзисторный AM/FM реализовать петлю фазовой автоподстройки частоты какой-либо формы?
@Uwe похоже, ты далеко впереди! Возможно, я имел в виду " АФК "
Обновлен допплеровский раздел ответа, также упоминается возможная АЧХ. это хорошее обсуждение.
AFC намного проще, чем PLL. Для AFC в FM-приемнике требуется всего несколько транзисторов и емкостной диод.
~ 3 кГц доплеровского сигнала на широковещательном FM-сигнале шириной 200 кГц определенно не имеет значения (как радиолюбитель, работавший со спутниками, я знаю, что 3 кГц на широковещательном FM-сигнале 25 кГц слегка раздражает, но терпимо, а сигнал 200 кГц быть в 8 раз терпимее). Общее эмпирическое правило для эффекта захвата FM заключается в том, что если два принимаемых сигнала на одной частоте находятся в пределах 3 дБ друг от друга, они будут мешать, но если разница в мощности больше, более сильный полностью подавляет более слабый.

Поскольку в большинстве ответов обсуждаются сигналы FM-вещания, давайте также рассмотрим сигналы AM-вещания и обсудим распространение по всему радиочастотному спектру. Говорю как радиолюбитель и студент младших курсов электротехники.

Мы должны помнить, что AM и FM — это просто методы модуляции. Однако эти методы модуляции используются в вещании на совершенно разных частотах . Когда диапазон AM-вещания (от 500 кГц до 1600 кГц) был стандартизирован, немногие могли представить себе передачу или прием сигналов на несколько порядков выше по частоте в том, что сейчас известно как диапазон FM-вещания (97–107 МГц) .

Сигналы на этих очень разных частотах ведут себя совершенно по-разному. Этими различиями часто пользуются радиолюбители, пытаясь передать сигнал в разные места.

На средних частотах (СЧ) (примерно 400 кГц - 2 МГц) сигналы почти наверняка будут либо поглощаться D-слоем ионосферы, либо отражаться E-слоем. Таким образом, мы можем сделать вывод, что вы, скорее всего, не услышите никаких AM-станций на МКС.

Высокочастотные (ВЧ) волны (примерно 2–30 МГц) иногда отражаются F-слоем ионосферы. Это зависит от уровня ионизации, вызванной солнцем. В настоящее время у нас очень низкий цикл солнечных пятен, поэтому вполне вероятно, что вы могли слышать некоторые КВ-сигналы на МКС.

На очень высоких частотах (VHF) (примерно 30–300 МГц), которые содержат диапазон FM-вещания, сигналы наверняка проникнут в ионосферу и могут быть услышаны МКС. 10-метровый любительский радиодиапазон (29 МГц) иногда используется для спутниковой связи, которая требует проникновения в ионосферу и многого другого. Однако сигналы УКВ иногда пропускают во время сильной ионизации или когда они сталкиваются с аномалиями, такими как северное сияние.

Как правило, чем выше частота, тем больше вероятность того, что ее услышат корабли в космосе. Вот почему Аполлон использовал микроволновые частоты для связи на частоте 2,2 ГГц .

Спасибо за ваш пост. То, что диапазон AM-вещания вряд ли пройдет через ионосферу, уже упоминалось в этом ответе , но хорошо иметь расширенное напоминание.

Мощность FM-передатчиков и чувствительность FM-приемников оптимизированы для дальности действия около 10 км для местных передатчиков и до 200 км для передатчиков в горах. Но если волна идет горизонтально от антенны передатчика прямо к МКС на высоте 400 км над поверхностью, ей приходится преодолевать очень большое расстояние. Использование формулы Пифагора дает расстояние 2292 км, что составляет потерю около 21 дБ по сравнению с 200 км. Слишком много для простого FM-приемника без направленной антенны с высоким коэффициентом усиления и без малошумящего предусилителя.

Если одна и та же частота используется несколько раз в круге радиусом 2292 км, прием может быть нарушен.

Поскольку главный лепесток антенны будет иметь некоторую конечную угловую ширину по вертикали, а над ним определенно будут боковые лепестки, и эти углы приведут к гораздо меньшим расстояниям, это, вероятно, следует принять во внимание, прежде чем объявить прием невозможным.
Фактически факторами, ограничивающими дальность приема FM-вещания, являются кривизна Земли и повышенное поглощение и рассеяние радиочастот наземными объектами (деревьями и т. д.). Как FM-, так и AM-станции могут иметь излучаемую мощность порядка 100 кВт. Земные волны AM распространяются намного дальше, чем земные волны FM из-за лучшего распространения. Чувствительность FM-приемника измеряется в дБф (дБ фемтоватт ) для мощности или долей мкВ на входе...
... поэтому я думаю, что этот ответ может не выдержать дальнейшего количественного анализа, но давайте посмотрим, сможем ли мы сделать цифры (похоже, в прошлый раз я ошибся !)

Диапазон FM-радио разделен на 101 канал с интервалом 200 кГц. В США FCC рекомендует, чтобы передатчики в одном и том же районе имели частоты, разделенные не менее чем на 4 канала, оставляя место для 25 передатчиков в одном районе. Следующая область смещает эту схему на 1 канал и т. д., чтобы минимизировать помехи.

В последние годы это изменилось, чтобы дать передатчикам больше свободы, если они не мешают другим. А в других странах другие правила.

В FM-диапазоне передача осуществляется в пределах прямой видимости, поэтому с МКС можно увидеть гораздо больше станций, чем с земли. Это увеличивает вероятность коллизий, когда две станции ведут передачу на одном и том же канале.

Так что на МКС потенциально можно принимать 100 станций, на практике будет намного меньше из-за помех.

Сколько станций можно было услышать с AM/FM-радио перед окном купола МКС?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v