Антенны современных радиосистем

    ГЛАВА 1. Антенны современных радиосистем
    
    1.1. Особенности и задачи современных радиосистем
    
    Современный мир невозможно  предстaвить  без технологий в информaционном веке. Кaждый день появляются все новые технологии, нaпрaвленные нa определенное воздействие. Одним из быстро рaзвивaющихся технологий нa  нынешний день является рaзрaботкa беспроводных систем связи, который переживaет реaльный быстрый подъём собственного  рaзвития. Это связaно, во-первых со входом в нaшу жизнь смaртфонов, плaншетных компьютеров и нетбуков, которые для полноценного использовaния требуют неизменный доступ к сети интернет, в том числе и при движении.
    Во-вторых, в индустрии, сельском хозяйстве, а еще в военной сфере имеется надобность в организации достоверных систем управления распределенными объектами и соединение их в глобальную сеть. Из этого следует, что аналогичные тенденции развития беспроводных технологий связи наблюдаются во всем мире. 
    Также стремительное развитие систем связи на сегодняшний день требует решения огромного количества задач, стоящих перед разработчиками новейшего радиотехнического оборудования. В последнее время наблюдается тенденция сильного увеличения количества, например, волоконно-оптических линий связи. По сравнению с традиционными беспроводными системами связи, они имеют множество достоинств, но при любом случае не могут их заменить полностью. 
    Сегодня уже достигнуты успехи в применении цифровых методов обработки сигналов, созданы специальные средства вычислительной техники для аппаратной и программной реализации этих методов. На базе таких методов возможно построение беспроводных систем связи с оптимальным решением задачи формирования требуемых характеристик направленности.
    Также переход с аналогового на цифровое вещание открывает все новые возможности развития. Без своевременной информации высокого качества современный человек уже не может представить свою обыденную жизнь. 
    
    Радиовещание 
    Цифровое радиовещание [1] открывает принципиально новые возможности в передаче звуковых программ и программ "радиомультимедиа", сочетающих звуковую, видео, графическую, текстовую и другие виды информации. Возможность пересылки разнообразной сопутствующей информации существенно расширяет спектр сервисных услуг, которые могут быть предоставлены вещателями. Так, сопровождение музыкальных передач информацией о произведении и исполнителе стало в цифровом радио уже традиционным. Кроме того, практикуется выдача на дисплей приемников текстового содержания передачи, фотографий эстрадных исполнителей и картинок, иллюстрирующих содержание новостей.
    Существующие системы цифрового радиовещания можно разделить на две категории:
    - системы, требующие выделения отдельного частотного диапазона; 
    - системы, которые могут использовать диапазон совместно с существующими радиослужбами.
     Наиболее совершенной из разработанных к настоящему времени систем цифрового радиовещания является Digital Audio Broadcasting (DAB), которая относится к первой категории, является "Эврика-147/ DAB". Она принята Европейским Радиовещательным Союзом (EBU) в качестве общеевропейской и рекомендована для внедрения во всем мире Межсоюзной технической комиссией всемирной конференции радиовещательных союзов (Inter-Union Technical Committee of the World Conference of Broadcasting Unions). Ее приняли не только государства Европы, но и Канада, Китай, Индия, Австралия и другие. Это открывает возможность беспрепятственного обмена радиопрограммами и информацией на международном уровне.
    Ко второй категории можно отнести системы цифрового радиовещания, разработанные в США. Эти системы предназначены для работы в УКВ- диапазоне 87,5…108 МГц и СВ диапазоне 525…1608 кГц одновременно с существующими аналоговыми АМ- и ЧМ-радиостанциями. 
    
    Телевещание
    В 80-х годах XX века в качестве альтернативы существующим аналоговым стандартам передачи телевизионного сигнала PAL, SECAM и NTSC было впервые продемонстрировано цифровое телевидение, которое имеет неоспоримые преимущества перед ними. Так, например, DTV (Digital -цифровое TV) [2] обладает улучшенным качеством картинки и звука, обеспечивает передачу большего количества каналов, кроме того, оно предоставляет и ряд других возможностей: платную передачу по требованию, интерактивное телевидение. Помимо сказанного, освоение производства телевизоров с весьма большой диагональю и повышенной яркостью изображения выявило недостатки аналогового телевидения, связанные с технологическими ограничениями. На большом экране стали отчетливо заметны структура растра, межстрочные и межкадровые мелькания, недостатки при передаче быстродвижущихся объектов.
    В Европе не приняли американские стандарты и разработали свой - DVB (Digital Video Broadcasting), который, в свою очередь, разделяется еще на 4 подформата: DVB-T (Terrestrial), DVB-S (Satellite), DVB-C (Cable) и DVB-H (Handheld). Это деление основано на типах передающих и принимающих устройств. DVB-T предназначен для эфирного приема через наземную антенну, DVB-S - для спутниковых каналов, DVB-C - для кабельного телевидения и последний DVB-H рассчитан на портативные приемники, такие как карманный персональный компьютер (КПК), мобильные телефоны.
    Япония не стала заимствовать ни европейские, ни американский стандарты и создала свой – ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting), который, в отличие от вышеупомянутых, охватывает сразу теле- и радиовещание, а также передачу данных.
    Большой интерес появляется и к аппаратуре, которая поддерживает стандарты цифрового телевидения. Популярностью пользуются ресиверы, которые преобразуют цифровой сигнал в аналоговый, а значит, позволяют не менять телевизор, который работает с PAL, SECAM и NTSC. Кроме того, появляются телевизионные тюнеры, поддерживающие стандарты цифрового телевидения. 
    Как это часто бывает, одной из самых больших проблем в процессе внедрения новой технологии является выработка стандартов, которые приняли бы все участники рынка телевидения. 

    Спутниковая связь
    Спутниковая связь является одним из видов радиосвязи, который основан в применении искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.
    Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае - почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает - в большинстве случаев достаточно и одного.
    Для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. 
    Спутниковые системы связи (ССC) используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам.
    Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств которыми они обладают. К ним, в частности, относятся большая пропускная способность, безграничные перекрываемые пространства, высокое качество и надежность каналов связи. Эти достоинства, которые определяют широкие возможности спутниковой связи, делают ее уникальным и эффективным средством связи. Спутниковая связь в настоящее время является основным видом международной и национальной связи на большие и средние расстояния. Использование искусственных спутников Земли для организации связи продолжает расширяться по мере развития существующих сетей связи. Многие страны создают собственные национальные сети спутниковой связи.
    В настоящее время в космических системах для решения задач персональной радиосвязи применяют спутники, которые могут находиться на следующих орбитах: низких (круговых или близких к круговым), средневысотных (круговых или эллиптических) и геостационарных.
    
    Радиосвязь
    Радиосвязь - разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве. 
    Как отрасль связи радиосвязь проделала гигантский путь в своем развитии. Радиосвязь – не изолированная отрасль связи, а необходимая часть общей телекоммуникационной сети, которая объединяет сети городской, сельской, внутриобластной, магистральной связи, компьютерные сети, сети передачи данных и т.д. и состоит из воздушных, кабельных, радиорелейных и космических линий связи. Это позволяет передавать разнообразную информацию, принимаемую в одном пункте, например по радио, дальше по каналам проводной связи. 
    Особенно велика роль радио для связи с кораблями, самолетами, автомобилями, экспедициями, полярными станциями, т.к. связь с этими объектами возможна только по радио. 
    
    Мобильная связь
    Сейчас нельзя представить людей без сотовых аппаратов, которые удовлетворяют наши потребности.
    Мобильная связь – вид телекоммуникаций, при котором голосовая, текстовая и графическая информация передается на абонентские беспроводные терминалы, не привязанные к определенному месту или территории. Как известно, каждому сотовому аппарату присваивается свой электронный серийный номер (ESN), который кодируется в микрочипе телефона при изготовлении телефона. Активируя SIM карту (Subscriber Identity Module) — микрочип, в котором “прошит” абонентский номер, мобильный телефонный аппарат получает мобильный идентификационный номер (MIN).
    Площадь, охватываемая сетью GSM разбита на отдельные, прилегающие друг к другу ячейки (соты) — отсюда пошло название "сотовая связь", в центре которых находятся приемо-передающие базовые станции. Обычно такая станция имеет шесть передатчиков и обеспечивают равномерное покрытие площади. Одна станция одновременно может обслуживать до 1000 каналов. Площадь "соты" в городе составляет около 0,5-1 км2, вне города в зависимости от географического расположения она может достигать и 20, и 50 км2. Телефонный обмен в каждой "соте" управляется базовой станцией, которая принимает и передает сигналы на широком диапазоне радиочастот. Базовая станция подключена к проводной телефонной сети и оснащена аппаратурой преобразования высокочастотного сигнала сотового телефона в низкочастотный сигнал проводного телефона и наоборот, чем обеспечивается сопряжение этих двух систем.      
      
    Системы персональной связи
    Системы радиосвязи с подвижными объектами, потребность в которых с каждым годом все более возрастает, подразделяются следующим образом: 
        - системы персонального радиовызова (Paging Systems); 
        - профессиональные (частные) системы подвижной радиосвязи (PMR, PAMR);
        - системы сотовой подвижной радиосвязи (Cellular Radio Systems);
        - системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony);
        - системы персональной связи с использованием ИСЗ. 
    Высший уровень подобной системы позволяет производить переговоры с индивидуального радиотелефона внутри системы и выходить в общественную телефонную сеть через диспетчера. Подобными системами оборудуются предприятия, больницы, промышленные комплексы и др. (PMR,PAMR). РМR понимают как частные системы подвижной радиосвязи, которые не обеспечивают непрерывности связи при пересечении абонентами границ зон радиопокрытия, не имеют автоматического роуминга, не гарантируют абонентам других систем одинаковый набор имеющихся услуг связи, включая вопросы оплаты. РАМR в отличие от РМR обеспечивает соединение подвижных абонентов с абонентами телефонных сетей общего пользования. 
    
    Системы широкополосного доступа к сети Интернет
    Доступ абонентов к телекоммуникационным и информационным ресурсам Интернета обеспечивается посредством сетей доступа: беспроводных, построенных с применением разнообразных радиотехнологий (GSM, UMTS, CDMA, WiMAX, Wi-Fi и т.п.), либо проводных, использующих в качестве среды для передачи сигналов различные металлические и оптические кабели связи, кабели электроснабжения и электропроводки. Важнейшей характеристикой абонентского доступа является скорость доступа. К линиям широкополосного доступа (ШД) совсем недавно относили линии со скоростью передачи выше 64 кбит/с; сегодня к ШД относят, как правило, доступ со скоростью более 1 Мбит/с.
    Оборудование широкополосного доступа использует вполне определенный частотный диапазон. Прежде всего, это диапазон 2,4 ГГц. Обусловлено это тем, что во многих странах этот диапазон свободен от лицензирования и инсталляции оборудования, работающего в этом диапазоне, имеют массовый характер. Во-первых, это дает широкие возможности для тех операторов, кто не специализируется в развертывании радиосетей доступа. Во-вторых, невзыскательный характер самого оборудования сказывается на его характеристиках в сторону минимального сервисного набора (например, только передача данных), а также небольшой емкости подобных систем.
    Системы широкополосного беспроводного доступа типа "точка - много точек", работающие в микроволновом диапазоне до 38 ГГц, обладают уникальной емкостью. Так поток информации, подводимый к базовой станции в максимальной конфигурации в системе PMP компании P-COM, составляет 4800 Мбит/с. Информационные потоки, которыми оперируют подобного рода системы, позволяют характеризовать их радио интерфейс как ATM в эфире.
    Используемые частоты обеспечивают работу систем в условиях прямой видимости. Возможности систем, характеристики, а также условия их применения обуславливают фиксированный доступ. 
    В последние годы широкое распространение получили системы передачи данных по беспроводным каналам связи. Это системы Wi-Fi и WiMAX. Wi-Fi-сети в Узбекистане  используют корпоративные клиенты, имеющие высокоскоростной выделенный интернет-канал. Это гостиницы и бизнес-центры, где проводятся всевозможные семинары, требующие мощную информационную поддержку. В Узбекистане выделена полоса частот в 455 МГц в диапазоне 5…6 ГГц для создания условий организации быстрого и недорогого доступа к сети Интернет в школах, больницах, аэропортах, вокзалах, офисах, конференц-центрах и высокоскоростного доступа к национальным и международным сетям населенных пунктов, в том числе в сельской местности. Таким образом, государственное регулирование радиочастотного диапазона позволяет развивать сети Wi-Fi, а все остальные проблемы зависят от возможностей провайдеров услуг.
    Технология  WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) используется в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн. WiMAX является беспроводной технологией, позволяющая предоставлять услуги телефонии, доступа в Интернет и передачи данных без использования кабельных линий. История стандарта WiMAX ведется с 2001 года, когда, собственно, и была начата активная работа по созданию нового беспроводного стандарта широкополосной связи. В декабре 2001 года была принята первая версия стандарта WiMAX-2001, который изначально предусматривал рабочую полосу частоты 10…66 ГГц [3].
    Еще одним стандартом беспроводных технологий является 3G — «третье поколение», набор услуг, которые объединяют высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создает канал передачи данных. Однако это не просто быстрый доступ к Интернету, это кардинально новый подход к общению, доступу к информации и т. д. Сети третьего поколения 3G работают на частотах диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяют организовать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д. Главное отличие 3G от эксплуатируемых сейчас сетей второго поколения (2G) - передача большого объема информации на высоких скоростях. 
    
    1.2. Частотный спектр современных радиосистем
    
    Использование частотного спектра на сегодняшний день имеет важное практическое значение. Это обосновано тем, что сфера внедрения радиосистем в различных областях человеческой деятельности быстро расширяется и количество радиосредств, работающих в общих полосах частот на ограниченной территории, постоянно возрастает.
    Развитие таких систем связи, как радиосвязь и вещание неразрывно связано с решением сложнейших технических вопросов использования частотного спектра. Сегодня имеются следующие основные области применения радиосистем:
    - служба радиовещания (звукового (3В) и телевизионного (ТВ) наземного и спутникового. Услугами этой службы сегодня пользуются более миллиарда людей, и для нее выделены значительные участки спектра в разных диапазонах частот;
    - фиксированная служба, к которой относятся как радиосистемы фиксированной связи, обеспечивающие передачу многоканальных сообщений между двумя фиксированными пунктами на земной поверхности средствами наземной и спутниковой связи, так и системы абонентского радиодоступа, позволяющие подключать отдельных абонентов к сети связи общего пользования;
    - системы наземной и спутниковой подвижной связи, которые на сегодняшний день приобрели огромное значение. Сегодня количество абонентов сотовых систем связи во всем мире приближается к 650 миллионам, и это уже не предел;
    - системы радионавигации и радиолокации, обеспечивающие управление движением воздушного, морского и сухопутного транспортов и их безопасность, а также всемирная спутниковая служба точного времени и частоты, играющие значительную роль в современной технике. Это обусловлено тем, что общей тенденцией развития систем связи является объединение отдельных цифровых систем связи в общую, глобальную цифровую сеть обмена сообщениями. 
    - весьма важно применение радио для различных научных и прикладных исследований: поверхности Земли, космического пространства, в области радиоастрономии и т. п.
    Интенсивность использования радиочастотного спектра (РЧС) постоянно возрастала и сопровождалась перегрузкой частотного спектра и необходимостью решения чрезвычайно острых проблем устранения взаимных помех между работающими радиостанциями. Это требовало на всем протяжении истории развития радиосвязи и вещания разработки процедур проведения международной координации наземных и спутниковых систем связи, принятия международно-признанных стандартов на параметры радиооборудования, методов радиоконтроля за работой действующих радиосистем, методов частотного планирования сетей радиосвязи и вещания, а также расширения используемого спектра частот.
    В настоящее время создаются и внедряются системы радиосвязи, работающие в диапазоне частот до 60 ГГц. Высокочастотные диапазоны предполагается использовать для создания глобальных спутниковых систем фиксированной связи, а также для так называемых систем наземной фиксированной связи высокой плотности, в которых за счет высокой направленности приемных и передающих антенн на ограниченной территории в общей полосе частот может развертываться большое количество линий фиксированной связи.
    Радиоволны распространяются, не зная границ между странами, и поэтому эффективное использование РЧС - этого важнейшего природного ресурса - возможно только при проведении всеми странами мира согласованной технической политики.
    Регулирование спектра для систем 3G привело к большей конкуренции и ожиданиям в области систем связи и бизнеса. Было также опровергнуто общее заблуждение о том, что радиочастота является бесконечным естественным ресурсом. Сейчас количество мобильных абонентов превысило миллиардную отметку, а главным предложением мобильных сетей становятся высокоскоростные услуги. Пользователь сможет не только разговаривать со своим собеседником, но и видеть его с помощью видеотелефона, путешествовать по сети Интернет, вести бизнес, обучаться, развлекаться и все это с помощью небольшого устройства, напоминающего сегодняшний сотовый телефон. Естественно, такие услуги требуют высокоскоростной передачи данных. Для этого предусматривается пошаговая модернизация существующих сетей мобильной связи, которые изначально проектировались в расчете на узкополосную передачу данных, до широкополосных сетей, обеспечивающих необходимую скорость для мобильных услуг мультимедиа и доступа к Интернету.
    Сети 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяют организовать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д. В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (или W-CDMA) и CDMA2000. UMTS распространен в основном в Европе, CDMA2000 - в Азии и США. Для сотовых систем применение высокой частоты ведет к увеличению количества базовых станций (БС), требующихся подсистеме для обеспечения необходимой зоны покрытия, что увеличивает авансовые и эксплуатационные расходы на систему. 
    Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения.
    БС поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 2200 МГц.
    МРТ представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453…2200 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи "мобильный радиотелефон - базовая станция", т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125…1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05…0,2 Вт.
    Wi-Fi – торговая марка объединения Wi-Fi Alliance, представляющая собой семейство стандартов спецификации IEEE 802.11 для широкополосной радиосвязи. В зависимости от стандарта, Wi-Fi использует для передачи данных диапазон частот в районе 2,4 ГГц или 5 ГГц и обеспечивает скорость передачи данных от 2 Мбит/с на расстояниях до 200 метров.
    WiMAX – беспроводная технология передачи данных основанная на стандарте IEEE 802.16. Основным назначением технологии является высокоскоростная связь на больших расстояний и предоставление доступа в интернет. Существует две ревизии WiMAX, одна из которых (собственно WiMAX) основана на стандарте IEEE 802.16d, а вторая (WiMAX Mobile) основана на стандарте IEEE 802.16e. В разработке находится третья ревизия - WiMAX 2, которая будет значительно опережать по скорости и дальности связи первые две ревизии. WiMAX осуществляет передачу данных на частоте 1,5…11 ГГц со скоростью до 75 Мбит/с на расстояние до 80 км. WiMAX Mobile осуществляет передачу данных на частоте 2,3…13,6 ГГц со скоростью до 40 Мбит/с на расстояние до 5 км.
    LTE (Long-Term Evolution) – технология построения беспроводной сети нового поколения, которая отличается от сотовых сетей поколения 2G и 3G тем, что в сетях LTE используется технология коммутации пакетов и технология множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA). В свою очередь эти технологии дают кардинальные преимущества перед сетями предыдущего поколения с технологиями коммутации каналов и множественного доступа с кодовым разделением. Так теоретическая пропускная скорость от базовой станции к абоненту будет составлять до 300 Мбит/с, а от абонента к базовой станции - до 75 Мбит/с. Это позволит получить принципиально новое качество связи и позволит предоставлять ранее недоступные услуги: просмотр видео онлайн, многопользовательские онлайн игры, организации массовых видеоконференций, системы мониторинга и т.д.
    С каждым годом качество телевизионного вещания обирает новшества.
    Цифровое телевидение  представляет собой передачу видео и аудио сигнала от транслятора к телевизору. Оно использует цифровую модуляцию и сжатие для передачи данных.
    Существует несколько стандартов цифрового телевидения:
    DVB - европейский стандарт цифрового телевидения;
    ATSC - американский стандарт цифрового телевидения;
    ISDB - японский стандарт цифрового телевидения.
    В Узбекистане принят европейский стандарт цифрового телевидения DVB-T.
    DVB-T характеризуется высоким разрешением в 625 строк, использует чересстрочную развертку, при этом частота полукадров составляет 50 Гц. DVB-T в состоянии обеспечить удвоенное (по сравнению с базовым) разрешение по горизонтали и вертикали, а также может передавать изображение с соотношением сторон 16:9. DVB-T поддерживает звук в формате Dolby Digital AC-3, используя для передачи аудио сигнала стандарт MUSICAM. [4]
    Также, одним из ключевых преимуществ стандарта DVB-T является устойчивость приема сигнала и его невосприимчивость к другим переотраженным сигналам. 
    Сейчас телевизионные станции используют частоту от 30 МГц до З ГГц.
    На сегодняшний день спутниковая связь представляет собой качественный доступ в Интернет и надежную связь по радиоканалам через космические аппараты, находящиеся на геостационарной орбите Земли. Это единственная технология глобальной телефонии и широкополосной сети, доступная везде. 
    В соответствии с Регламентом Международного Союза Электросвязи (МСЭ) для систем спутниковой связи выделено несколько диапазонов частот:
    L-диапазон — диапазон частот дециметровых длин волн, используемых для наземной и спутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 1 до 2 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 30 до 15 см). В нем работают все GSM-сети, но они не являются предметом данного обзора. Из спутниковых операторов, предоставляющих услуги связи, в настоящее время работает один — Iridium Satellite LLC, планирует еще один — «Инмарсат».
    S-диапазон — диапазон частот дециметровых и сантиметровых длин волн, используемых для наземной и спутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 2 до 4 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 15 до 7,5 см).
    C-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых для наземной и спутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 4 до 8 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 7,5 до 3,75 см), хотя в спутниковой связи этот диапазон «сдвинут» в сторону S-диапазона и лежит примерно между 3,4 и 7 ГГц.
    X-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых для наземной и спутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 8 до 12 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 3,75 до 2,5 см), хотя в спутниковой связи этот диапазон «сдвинут» в сторону C-диапазона и лежит примерно между 7 и 10,7 ГГц. Активно используется в военной спутниковой связи, а также для дальней космической связи.
    Ku-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в спутниковом телевидении. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 12 до 18 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 2,5 до 1,67 см). В спутниковой связи к этому диапазону также относят часть X-диапазона: в этом случае Ku-диапазон лежит между 10,7 и 18 ГГц.
    K-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в основном для радиолокации, а также для спутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 18 до                                         26,5 ГГц электромагнитного спектра (что соответствует длинам волн от 1,67 до 1,13 см). В этом диапазоне работают практически все классические VSAT-сети, многие операторы которых предоставляют услугу спутникового интернет-доступа.
    Ka-диапазон — диапазон частот сантиметровых и миллиметровых длин волн, используемых в основном для спутниковой радиосвязи и радиолокации. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 26,5 до 40 ГГц электромагнитного спектра (что соответствует длинам волн от 1,13 до 0,75 см).
    
    
1.3. Электромагнитная совместимость современных радиосистем

    В последние годы вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосистем приобретают все большее значение. Стремительное развитие радиотехнических систем различного назначения сопровождается, как освоением новых диапазонов частот, так и предоставлением одной полосы частот нескольким радиослужбам. В результате основные спектры, излучаемые и принимаемые отдельными радиосредствами, оказываются частично или полностью перекрывающимися, что приводит к увеличению числа мешающих сигналов и снижению отношения сигнал/шум. Вопросы, связанные с изучением причин возникновения и способов снижения помех, относятся к проблеме электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосредств. 
    Работы по проблемам ЭМС, проводимые во многих странах, включают в себя как разработку более помехозащищенных радиосистем, так и совершенствование методик их проектирования с целью минимизации создаваемых помех.
    Понятие электромагнитной совместимости возникло еще в начале развития радиотехники и имело узкое смысловое значение – выбор частотного диапазона. В настоящее время Международная электротехническая комиссия (МЭК) определяет ЭМС, как способность оборудования или системы удовлетворительно работать в данной электромагнитной обстановке без внесения в нее какого-либо недопустимого электромагнитного возмущения. ЭМС нарушается, если уровень помех слишком высок, помехоустойчивость оборудования недостаточна.
    Над проблемой ЭМС долгое время не задумывались, пока не были зарегистрированы сбои в банковских системах при воздействии помех. Сегодня человек настолько зависит от используемой электро- и радиотехники, что проблема обеспечения ЭМС стала для него жизненно важной [5].
    Условно все помехи можно разделить на два класса: естественного и искусственного происхождения.
    Помехи искусственного происхождения возникают в процессе человеческой деятельности. Помехи естественного происхождения не связаны с процессами жизнедеятельности человека и существуют, не зависимо от них.
    Помехи искусственного происхождения, в свою очередь, делятся на непреднамеренные и организованные.
    Непреднамеренные помехи возникают в процессе использования человеком различного рода устройств, генерация помех которыми является естественным следствием их функционирования.
    При совместной работе радиоэлектронного средства (РЭС), а также различной высокочастотной аппаратуры, электрических устройств и установок могут создаваться непреднамеренные радиопомехи искусственного происхождения (взаимные, индустриальные и контактные), нарушающие нормальное функционирование РЭС или, иначе говоря, электромагнитную совместимость РЭС. Поэтому возникновение проблемы ЭМС РЭС обусловлено теми причинами, которые приводят к появлению указанных непреднамеренных помех и недопустимому по своим результатам их воздействию на РЭС. 
    Взаимные радиопомехи возникают при одновременной работе нескольких РЭС как следствие:
    - большой загруженности диапазона радиочастот РЭС различных назначений; поэтому нередко они работают на совпадающих или близких частотах излучения и приема;
    - высокой пространственной (или территориальной) плотности размещения РЭС, в результате уровни создаваемых ими помех могут превышать допустимые;
    - технического несовершенства РЭС, проявляющегося в том, что устройства излучают радиосигналы и подвергаются их мешающему воздействию не только в основной полосе частот, но и за ее пределами.
    Индустриальные радиопомехи создаются различной высокочастотной аппаратурой, электрическими устройствами и установками промышленного, транспортного, научного, медицинского, бытового и иного назначения, излучающими электромагнитные колебания радиочастотного диапазона, не предназначенные для передачи какой-либо информации, чаще всего являются паразитными и возникают в результате технических недостатков перечисленных источников этих помех.
    Контактные помехи обусловлены переизлучениями электромагнитных волн переменными во времени сопротивлениями между проводящими телами, находящимися в поле излучения радиопередающих устройств. Эти помехи наиболее характерны при размещении РЭС на подвижных объектах и наблюдаются при работе радиопередающих устройств в движении. 
    Воздействие на РЭС недопустимых по уровню взаимных, индустриальных и контактных помех приводит к нарушению ЭМС. При этом к числу причин, усугубляющих остроту проблемы РЭС, следует отнести большие мощности излучения радиопередающих устройств и высокую чувствительность радиоприемных устройств современных РЭС.
    Организованные помехи создаются искусственно с целью ухудшения функционирования или вывода из строя РЭС. Организованные помехи в теории обеспечения требования ЭМС РЭС не рассматриваются. Тем не менее на практике они имеют место, и по характеру своего воздействия на элементы РЭС во многом идентичны мощным непреднамеренным электромагнитным помехам, особенно с точки зрения влияния на нормальное функционирование РЭС предполагаемой неблагоприятной ЭМC, в которой могут оказаться эти средства. Поэтому, чтобы выдержать основные, сложившиеся в практике обеспечения требований ЭМС РЭС аспекты, в классификации они объединены в единую группу с непреднамеренными помехами.
    Основными источниками мощных электромагнитных помех являются: грозовые разряды, радиоэлектронные средства (мощные радиопередающие средства и радиолокационные станции), высоковольтные линии передачи, контактная сеть железных дорог, а также высоковольтные установки для научных исследований и технологических целей.
    Практическое решение проблем ЭМС упрощенно сводится к двум моментам: знанию электромагнитной обстановки и помехоустойчивости оборудования и в приведении их в соответствие друг другу. Уже проведена огромная исследовательская и практическая работа, которая нашла отражение, прежде всего, в создании нормативной базы в области ЭМС в таких международных организациях, как МЭК, СИСПР и др. В настоящее время продолжается интенсивно вестись исследовательская работа. Расширяется методическая база, и создаются все более совершенные средства защиты от электромагнитных возмущений.
    Большое значение имеют экранирующие свойства зданий и сооружений, длины и расположение кабелей, взаимное расположение оборудования и, в первую очередь, правильно выполненные системы заземления и выравнивания потенциалов. Во времени проведения проектных и монтажных работ, а также эксплуатации объекта при проведении мероприятий по за- щите от импульсных перенапряжений нельзя рассматривать различные типы оборудования, различные системы и коммуникации отдельно друг от друга.
    Возникновение импульсных перенапряжений и помех, вызываемых электромагнитными воздействиями (грозовыми, коммутационными, радиочастотными и другими) на низковольтные сети, приводит не только к выходу из строя электроустановок, кабелей, распределительных щитов, но также и к повреждению оконечного оборудования и сбоям в его работе. Это связано, в первую очередь, с насыщенностью со.......................