Как самолеты, передающие ВЧ-сигналы, не наступают на других пользователей ВЧ?

Океаническое воздушное пространство разделено на MWARA , основные зоны воздушных маршрутов мира. Каждая из этих областей определяет набор ВЧ-частот, которые используются для связи воздух-земля. В каждой зоне частота, используемая воздушными судами в любой момент времени, обычно заранее определяется временем суток на основе характеристик распространения данных частот (и публикуется в расписании). Например, на этой странице указаны часы работы для некоторых регионов: Североатлантический (NAT) профиль MWARA и частоты .

Обычно наземная станция одновременно контролирует все свои частоты MWARA. (По крайней мере, это верно для района южной части Тихого океана, с которым я знаком.) Поэтому, если самолет пытается связаться с наземной станцией и не может, он может попробовать другую частоту или просто попробовать позже. Частоты, отличные от назначенных MWARA, не контролируются.

Наземные станции используют оборудование, которое не может настроиться на частоту, отличную от присвоенной (например, пять в случае зоны SP). Я менее знаком с ВЧ-оборудованием, установленным на самолете, но, поскольку во всем мире существует фиксированный список опубликованных частот (несколько десятков), частота может быть выбрана из предопределенного списка.

У нас уже есть действительно хороший и краткий ответ на реальный опубликованный вопрос, но длинная экспозиция в тексте вопроса показывает несколько моментов об использовании СЧ/ВЧ-радио в целом, которые немного неясны, поэтому позвольте мне начать с этой стены текст:

Сам термин HF :
Хотя у нас есть традиционное разделение радиочастот на полосы на основе длин волн, это различие на самом деле не очень полезно в реальной жизни. Это привело к неофициальному расширению некоторых групп. Таким образом, «верхняя» часть полосы средних частот, имеющая верхнее значение над полосой средних частот вещания, поглощалась полосой высоких частот. Коммерческие КВ-радиостанции довольно часто начинают передачу где-то между 1,5 МГц и 2 МГц и продолжают передачу выше 25 МГц. В немецком языке, например, есть термин Grenzwelle (означающий пограничные волны), который представляет собой область между 1,6 МГц и 4 МГц, поскольку она имеет схожие характеристики распространения.

Прерывистые эфирные КВ-диапазоны :
кажется, что разрывы в эфирных КВ-диапазонах вызывают некоторое удивление, но это не ошибка, а особенность.
Фактическое планирование ВЧ-частот очень сложно. Распространение на ВЧ зависит от времени суток, времени года, местоположения, и все это влияет на степень воздействия Солнца на регион. Кроме того, есть локальная космическая погода, влияющая на распространение ВЧ, и долгосрочные солнечные циклы, влияющие на космическую погоду и, следовательно, влияющие на распространение радиоволн на высоких частотах. Легко сказать, что КВ-радио отражает ионосферу, но трудно сказать, на какой высоте, и получить от этого фактические частотные присвоения.
Итак, перестанем писать в общих чертах и ​​уточним:
низкие частоты хорошо работают ночью, высокие лучше работают днем.
Низкие частоты лучше работают зимой, высокие — летом.
Более низкие частоты часто обеспечивают более короткие диапазоны, а более высокие частоты позволяют более высокие диапазоны.
Размахивание руками в приведенных выше утверждениях является преднамеренным. Некоторыми интересными инструментами для ознакомления являются, например, карты почасового прогноза площади, основанные на измерениях ионозонда . Австралийская служба космической погоды предлагает их здесь .
Упомянутые выше диаграммы показывают, какие частоты подходят для связи в зависимости от расстояния. Давайте взглянем на диаграмму, составленную в то время, когда я пишу этот ответ:
допустим, я нахожусь в Белграде и хочу поговорить с кем-то в Португалии. Мне нужно частотное присвоение около 12 МГц, чтобы преодолеть расстояние. С другой стороны, если бы я хотел поговорить с Францией, я бы смотрел на диапазон от 8 до 10 МГц, а если бы мне нужно было общаться локально, я бы искал где-то от 4 до 6 МГц.
Такое планирование весьма интересно, если вы хотите использовать традиционную коммерческую КВ-станцию, например Стокгольмское радио . У них будет набор защитных частот, которые они слушают, обычно по одной на каждом диапазоне, который они охватывают, и набор рабочих частот, которые они слушают.Вот интересная статья (STORadio Pilot Refresh) от них про КВ радио.

Непрерывный радиочастотный диапазон ОВЧ :

Посмотрим на размеры дипольных антенн (эту точку можно экстраполировать и на другие, более распространенные типы)) в свободном пространстве для эфирного диапазона УКВ. Один из многих калькуляторов говорит, что на частоте 118 МГц нам нужна дипольная антенна длиной около 120 см. С другой стороны, на частоте 137 МГц его длина составляет около 105 см. Это разница, но ничего, что не может быть решено. Это делает очень привлекательным иметь непрерывный диапазон на УКВ.
С другой стороны, на ВЧ у нас не может быть непрерывной полосы из-за распространения. Если мы посмотрим на размеры антенны для самой высокой и самой низкой защитной частоты для вышеупомянутого STORadio, мы получим 40,826 м для 3494 кГц на одном конце спектра и 6,146 м для 23120 кГц на другом конце спектра. На практике мобильные КВ-антенны, будь то наземные транспортные средства, корабли или самолеты, часто изготавливаются с учетом компромиссов, пытаясь нормально работать на одном из наиболее важных диапазонов и имея так называемый антенный тюнер. для согласования несоответствия импеданса, что позволяет антенне работать на других частотах. Снижение эффективности антенны обычно компенсируется достаточно большой мощностью передачи.

Подводя итог этому разделу :
мы не хотим иметь смежные ВЧ-частоты из-за распространения ВЧ и из-за разных частот, мы должны идти на компромисс в настройке радио. На УКВ у нас есть технические причины, которые делают привлекательными смежные частоты.

Напоследок немного разглагольствую о культуре на КВ :
Во-первых, высказывание в вопросе о том, что радио должно либо постоянно охватывать все КВ-диапазоны, либо работать только на одном, неверно.
Давайте посмотрим на морскую мобильную радиослужбу. Он также имеет секции VHF и MF/HF. УКВ-радиостанции распределяются по каналам, как и радиостанции эфирного диапазона, но вместо отображения частоты и шага канала они показывают название канала. Так же ведут себя и КВ-радиостанции: есть так называемые ITU-каналы. Например, канал 1201 является первым каналом в морской полосе 12 МГц и имеет заданную частоту для передачи судном, на которой слушает береговая станция, и заданную частоту, на которой судно слушает и береговая станция передает. В зависимости от радио вы получаете ручку канала, которую вы используете для переключения каналов, или вы можете использовать меню для выбора диапазона и канала внутри диапазона.

Для любительского радио это похоже: есть меню выбора диапазона или набор кнопок, которые позволяют вам выбрать диапазон, а затем вы можете выбрать частоты в нем для передачи.

С наземными мобильными КВ-радиостанциями ситуация несколько иная, поскольку обычно имеется набор предварительно запрограммированных частот, на которые может настраиваться радиостанция. Довольно часто у них даже есть методы автоматического выбора лучшей полосы из списка доступных частот.

Однако общим для всех 3 является то, что обычно есть более или менее сложный способ «разблокировать» радио. Радиостанции обычно охватывают почти весь диапазон ВЧ и ограничены «только» программным обеспечением лицензированными частотами.

Наконец, я хотел бы остановиться на заявлении о большом риске , которое, на мой взгляд, также является частью культуры.
А именно, важно понимать, что при использовании ионосферной рефракции для связи на КВ (как это и предполагается) КВ-радио не является надежным! Существует эффект, называемый замиранием , который приводит к различиям в силе сигнала. Он может меняться со временем и с частотой. Иногда это очень медленно по сравнению со скоростью изменения сигнала, а иногда может быть очень быстро. Вот пример замирания на радиовещательной станции AM в диапазоне 31 м HF:

В верхней части изображения, прямо под 9500 (частота в кГц), показан текущий спектр, при этом каждая сетка имеет ширину 2 кГц и высоту сигнала 10 дБ. Нижняя часть с красной линией показывает так называемый водопад, как если бы вы смотрели на спектр сверху, показывающий примерно последние 5 секунд. Желтый - это звуковой сигнал станции, с синими полосами, представляющими затухание, интенсивность которого составляла около 20 дБ, снижение мощности сигнала примерно в 100 раз на этих частотах, что достаточно для снижения звука хорошего качества до нечитаемого уровня. .

Есть помехи от других пользователей ВЧ, которые могут быть преднамеренными и непреднамеренными.
Вот пример типичного дня (точнее, ночи) на КВ-диапазоне: мы видим несколько вещательных станций, работающих в диапазоне AM, мы видим обычный радар, излучающий прямо рядом с парой очень слабых AM-станций, и мы можем увидеть обычное поведение ионозондов, очень быстро охватывая очень широкий спектр, практически не обращая внимания на других пользователей. На самом деле он непрерывно перемещается по частотам, точки моментального снимка, образующие линию, - это артефакты от радио.

Кроме того, есть другие злоумышленники из другого диапазона: нередко можно увидеть, как станции намеренно работают за пределами выделенных им частотных диапазонов. Нередко можно увидеть зашифрованную военную КВ-связь в любительском радиодиапазоне и радары в любительском диапазоне, а также нередко можно увидеть пиратских вещателей в морских диапазонах, передающих либо музыку, либо болтовню, либо пропаганду. Ситуация настолько плоха, что ITU даже имеет «Программу регулярного мониторинга в полосах частот от 2 850 кГц до 28 000 кГц» именно для этого. Вы даже можете взглянуть на их отчеты . Довольно часто можно увидеть такие описания, как НЕМЕЦКИЙ SW PIRATE или ДВА МУЖЧИНЫ В USB, вызывающие помехи на частотах цифрового избирательного вызова, или INTRUDERS LSB и так далее.

Итак, резюмируя часть риска: на КВ вы никогда не узнаете, попадете ли вы в поле зрения радара, цифровой станции, пирата или обычного затухания. Поэтому вам необходимо предпринять шаги, чтобы оправиться от таких ситуаций и иметь возможность продолжать. Это приводит меня к выводу, что риск совсем невелик. Если вы на самом деле немного передаете за пределы своего собственного диапазона, ничего не произойдет. Да, вы можете ненадолго заглушить кого-то, но затухание также может дать тот же эффект. Застрявшей вечеринке просто придется еще раз произнести последнее отношение, и это более или менее так.

Кстати, есть тенденция замены ВЧ-связи на спутниковую, с которой, похоже, гораздо меньше проблем по сравнению с ВЧ.