Każde wywołanie przez radiotelefon, każdy alarm DSC i każdy komunikat ze stacji brzegowej dociera do odbiorcy w ten sam sposób: jako fala radiowa. Radiooperator SRC nie musi być inżynierem, ale powinien rozumieć, czym jest fala radiowa, dlaczego morska łączność bliskiego zasięgu korzysta z pasma VHF i od czego zależy, czy jego wywołanie zostanie usłyszane. Ten materiał otwiera blok o falach radiowych i daje mapę pojęć: pasmo, fala nośna, modulacja, długość i częstotliwość fali oraz zasięg. To orientacja, a nie zestaw liczb do wykucia - konkretne wartości i wzory omawiają kolejne materiały w ścieżce.

Po co fale

Fala radiowa to rodzaj fali elektromagnetycznej, czyli energii, która rozchodzi się w przestrzeni bez potrzeby istnienia przewodu między nadajnikiem a odbiornikiem. Nadajnik wytwarza w antenie szybko zmieniający się prąd, a antena wysyła energię w postaci fali. Antena odbiornika na innym statku albo na brzegu przechwytuje niewielką część tej energii, a odbiornik odtwarza z niej to, co zostało nadane.

Na morzu to jedyny praktyczny sposób, żeby statek utrzymał łączność z innymi jednostkami i z lądem. Nie da się poprowadzić kabla do jachtu na redzie ani do statku na otwartym morzu. Fala radiowa pokonuje tę odległość sama, a do tego dociera jednocześnie do wszystkich stacji, które słuchają na danej częstotliwości. Ta druga cecha ma ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa: wywołanie w niebezpieczeństwie słyszy nie jeden adresat, tylko każda stacja w zasięgu.

Co przenosi fala

Sama fala radiowa nie jest jeszcze informacją. To nośnik, na który trzeba "nałożyć" treść: głos radiooperatora, sygnał cyfrowy DSC albo tekst komunikatu. Cały ten blok materiałów odpowiada w gruncie rzeczy na trzy pytania:

  • na jakiej częstotliwości nadajemy, czyli w jakim paśmie pracuje radiotelefon,
  • w jaki sposób głos zostaje zamieniony na zmiany fali, czyli jak działa modulacja,
  • jak daleko fala dotrze, czyli od czego zależy zasięg łączności.

Pasmo i VHF

Fale radiowe różnią się częstotliwością, czyli liczbą drgań na sekundę. Częstotliwość mierzy się w hercach (Hz), a w radiokomunikacji zwykle w kilohercach (kHz) i megahercach (MHz). Przedział częstotliwości wydzielony według wspólnej cechy nazywa się pasmem. Pasma mają ustalone nazwy i skróty, a fale z różnych pasm zachowują się w odmienny sposób: jedne sięgają daleko, inne działają głównie na krótszych dystansach.

Dla radiooperatora SRC najważniejsze jest pasmo VHF (od angielskiego Very High Frequency, czyli bardzo wielka częstotliwość). W nim pracuje radiotelefon VHF, podstawowe urządzenie łączności na jachtach i statkach pływających blisko brzegu. Budowę i obsługę tego urządzenia omawia materiał Radiotelefon VHF.

Dlaczego VHF

Pasmo VHF nie zostało wybrane przypadkowo. Fale z tego pasma dobrze nadają się do łączności na umiarkowanych odległościach, a urządzenia do nich są stosunkowo małe i mają krótkie anteny. Dlatego licencja SRC, czyli świadectwo operatora łączności bliskiego zasięgu, dotyczy właśnie łączności w paśmie VHF.

To pasmo jest też podstawą obszaru morza A1 w systemie GMDSS. Obszar A1 to rejon w zasięgu brzegowych stacji VHF z DSC, co opisuje materiał Obszar A1. Rolę całego systemu i jego obszarów wyjaśnia materiał System GMDSS.

Morski zakres

Całe pasmo VHF jest bardzo szerokie i korzysta z niego wiele służb, nie tylko żegluga. Radiotelefon morski pracuje w wydzielonym morskim zakresie VHF, podzielonym na ponumerowane kanały. Radiooperator na co dzień posługuje się numerami kanałów, a nie częstotliwościami, ale na egzaminie SRC trzeba znać zarówno granice całego pasma VHF, jak i granice zakresu morskiego oraz inną nazwę fal z tego pasma. Te wartości omawia materiał o paśmie VHF i morskim zakresie częstotliwości, który następuje zaraz po tym wprowadzeniu.

Nośna i modulacja

Ludzki głos to drgania o stosunkowo niskiej częstotliwości. Gdyby próbować wysłać je bezpośrednio z anteny, nie rozeszłyby się skutecznie w przestrzeni, a wszystkie stacje nadawałyby w tym samym zakresie i zagłuszały się nawzajem. Dlatego radio korzysta z dwóch elementów.

Fala nośna to fala o stałej, wysokiej częstotliwości, którą wytwarza nadajnik. To właśnie ona rozchodzi się w przestrzeni i to jej częstotliwość odpowiada kanałowi ustawionemu w radiotelefonie. Sama nośna nie przenosi jeszcze żadnej treści. Ma regularny, powtarzalny kształt i dobrze opisane parametry, o których mowa w materiale poświęconym fali nośnej.

Modulacja to proces, w którym głos (albo sygnał cyfrowy) zmienia wybraną cechę fali nośnej. Odbiornik dostraja się do częstotliwości nośnej, odczytuje te zmiany i odtwarza z nich głos. Dzięki temu wiele stacji może pracować jednocześnie na różnych kanałach, a każda z nich przenosi własną treść.

Rodzaje modulacji

Fala nośna ma kilka cech, które można zmieniać, więc istnieje kilka rodzajów modulacji. Różnią się tym, która cecha fali odzwierciedla głos. Wybór modulacji wpływa na jakość dźwięku i odporność łączności na zakłócenia, dlatego każdy rodzaj służby radiowej ma przypisany konkretny sposób nadawania.

Klasa emisji G3E

Sposób nadawania opisuje się krótkim kodem, nazywanym klasą emisji. Dla fonii w morskim radiotelefonie VHF pojawia się na egzaminie kod G3E. Na tym etapie wystarczy zapamiętać, że to oznaczenie emisji głosowej stosowanej w radiotelefonach VHF. Jaki rodzaj modulacji kryje się za tym kodem i jaką modulację stosują nadajniki morskich radiotelefonów VHF, wyjaśnia materiał o fali nośnej, modulacji i emisji G3E.

Długość i częstotliwość

Fala radiowa ma dwie ściśle powiązane cechy. Częstotliwość mówi, ile pełnych drgań fala wykonuje w ciągu sekundy. Długość fali to odległość, jaką fala pokonuje w czasie jednego pełnego drgania. Długość fali mierzy się w metrach, a oznacza grecką literą lambda (λ).

Obie cechy łączy prędkość rozchodzenia się fali. Fale radiowe są falami elektromagnetycznymi, tak samo jak światło, więc w wolnej przestrzeni poruszają się z tą samą, bardzo dużą prędkością. Skoro prędkość jest stała, to im więcej drgań fala wykonuje w ciągu sekundy, tym krótszy odcinek przypada na jedno drganie. Częstotliwość i długość fali zmieniają się więc w przeciwnych kierunkach: wyższa częstotliwość oznacza krótszą falę, a niższa częstotliwość - dłuższą.

Po co to radiooperatorowi

Ta zależność tłumaczy kilka rzeczy, które spotkasz w praktyce. Nazwy pasm bywają podawane zarówno przez częstotliwość, jak i przez długość fali, więc to samo pasmo może mieć dwie nazwy. Długość fali wpływa też na rozmiar anteny: im krótsza fala, tym krótsza może być antena, co jest jednym z powodów, dla których anteny VHF na jachtach są stosunkowo niewielkie.

Na egzaminie SRC ta część pojawia się w formie obliczeń. Trzeba znać wzór łączący prędkość, częstotliwość i długość fali, wartość prędkości fali elektromagnetycznej w różnych jednostkach i umieć przeliczyć częstotliwość na długość fali oraz odwrotnie. Wzór i przykładowe obliczenia omawia materiał o długości, częstotliwości i prędkości fali.

Zasięg a antena

Zasięg łączności to odległość, na jaką dwie stacje mogą się ze sobą porozumieć. W paśmie VHF fale rozchodzą się w przybliżeniu po linii prostej, podobnie jak światło. Nie uginają się wyraźnie wzdłuż krzywizny Ziemi, więc łączność jest możliwa przede wszystkim wtedy, gdy anteny obu stacji "widzą się" nawzajem ponad horyzontem radiowym.

Z tego wynika praktyczny wniosek: w paśmie VHF o zasięgu decyduje przede wszystkim wysokość anten. Antena umieszczona wyżej widzi dalej, bo jej horyzont jest bardziej odległy. Liczy się przy tym wysokość obu anten, nadawczej i odbiorczej. Dlatego stacje brzegowe umieszczają anteny na wysokich masztach i wzniesieniach, a mały jacht z anteną na niskim maszcie ma zasięg wyraźnie mniejszy niż statek z anteną wysoko nad pokładem.

Czego nie zmienisz mocą

Początkujący często zakładają, że zasięg VHF zwiększa się głównie przez podniesienie mocy nadajnika. Moc ma znaczenie, bo słaby sygnał łatwiej zagłuszyć, ale nie sprawi, że fala VHF obejdzie horyzont. Jeśli anteny są za nisko, żeby się "widzieć", większa moc nie rozwiąże problemu. To rozróżnienie warto mieć w głowie przed przejściem do pytań egzaminacyjnych o zasięg.

Zasięg w liczbach

Egzamin SRC sprawdza tę zależność na konkretnych przykładach: na podstawie wysokości masztu z anteną trzeba oszacować zasięg stacji, także wtedy, gdy podana jest wysokość anteny nadawczej i odbiorczej. Sposób obliczania i wartości z pytań omawia materiał o zasięgu łączności VHF a wysokości anteny.

Co dalej

Po tym wprowadzeniu ścieżka przechodzi przez cztery materiały egzaminacyjne, w których znajdują się wszystkie pytania z tego bloku:

  1. Pasmo VHF i morski zakres częstotliwości - granice pasma VHF, inna nazwa fal z tego pasma i zakres wykorzystywany przez radiotelefony morskie.
  2. Fala nośna, modulacja i emisja G3E - kształt i parametry fali nośnej, rodzaj modulacji w morskich radiotelefonach VHF i znaczenie oznaczenia G3E.
  3. Długość, częstotliwość i prędkość fali - wzór, prędkość fali elektromagnetycznej i przeliczenia między częstotliwością a długością fali.
  4. Zasięg łączności VHF a wysokość anteny - czynniki wpływające na zasięg i obliczanie go na podstawie wysokości anten.

Przy czytaniu kolejnych materiałów warto wracać do mapy z tego wprowadzenia. Każda liczba z tego bloku odpowiada na jedno z trzech pytań: na jakiej częstotliwości nadajemy, jak głos trafia na falę i jak daleko ta fala dotrze.

Co zapamiętać

  • Fala radiowa to fala elektromagnetyczna, która przenosi energię od anteny nadajnika do anteny odbiornika bez przewodu. Dociera jednocześnie do wszystkich stacji w zasięgu.
  • Częstotliwość to liczba drgań fali na sekundę, mierzona w hercach. Przedział częstotliwości o wspólnych cechach to pasmo.
  • Łączność SRC odbywa się w paśmie VHF, a radiotelefon morski korzysta z wydzielonego morskiego zakresu podzielonego na kanały. VHF jest podstawą obszaru A1 w GMDSS.
  • Fala nośna ma stałą, wysoką częstotliwość i rozchodzi się w przestrzeni. Modulacja nakłada na nią głos albo sygnał cyfrowy.
  • G3E to oznaczenie klasy emisji głosowej w morskim radiotelefonie VHF. Jej rodzaj modulacji omawia osobny materiał.
  • Długość fali i częstotliwość zmieniają się w przeciwnych kierunkach: wyższa częstotliwość oznacza krótszą falę. Łączy je prędkość rozchodzenia się fali.
  • Fale VHF rozchodzą się w przybliżeniu po linii prostej, więc zasięg VHF zależy przede wszystkim od wysokości anten nadawczej i odbiorczej. Sama większa moc nie przeniesie fali za horyzont.

Slug: fale-radiowe-wprowadzenie