Как работает радиоприемник: радио — конец прекрасной эпохи — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Принцип работы радио

Первый радиоприёмник имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и когерер (от латинского слова cogerentia – сцепление). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами.

Современные радиоприёмники
Восприятие сигнала устройством
Принципы радиосвязи
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ РАДИОСТАНЦИЙ
Принцип работы цифрового радио
Схема радиотелефонной связи
Модуляция
Демодуляция
Диапазоны волн

В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты.

Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.

С. Попова со 100000 до 1000 — 500 Ом, то есть в 100-200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала.

Под действием радиоволн, принятых антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включая звонок, а когерер получал “легкую встряску”, сцепление между металлическими опилками в когерере ослабевало, и к ним поступал следующий сигнал.

Первый радиоприёмник А. С. Попова (1895г.)

Современные радиоприёмники

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе.

Схема простейшего радиоприёмника

Современные радиоприёмники обнаруживают и извлекают передаваемую информацию.

Достигая антенны приёмника, радиоволны пересекают её провод и возбуждают в ней очень слабые частоты.

В антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков.

Поэтому один из важнейших элементов радиоприёмника – избирательное устройство, которое из всех принятых сигналов может отображать нужный.

Таким устройством является колебательный контур.

Контур воспринимает сигналы того радиопередатчика, высокочастотные колебания которого совпадают с собственной частотой колебаний контура приёмника. Назначение других элементов радиоприёмника заключается в том, чтобы усилить принятые колебания, выделить из их колебания звуковой частоты, усилить их и преобразовать в сигналы информации.

Восприятие сигнала устройством

В отдаленном от источника месте отправленный сигнал улавливается приемной антенной радио. Это знаменует этап обработки радиочастотного сигнала, что происходит поэтапно:

Колебания электромагнитных полей порождает в приемнике электрические токи.
Электроток малой мощности фильтруется для устранения помех и выявления полезной информации.
«Очищенные» сигналы расшифровываются, детектируются, выделяется полезная информация.
Происходит преобразование набора радиочастот в понятный для устройства вид: звук, изображение, видео.

В большинстве случаев перед расшифровкой сигнал проходит через большое количество приборов – усилителей, преобразователей частот – а также подвергается оцифровке и программной обработке. И только затем мы сможем понять сведения, полученные радио. Это же одновременно улучшает качество и восприятие информации.

Принципы радиосвязи

Для радиосвязи нужны два отдельных прибора: передатчик и приёмник электромагнитных волн. Для понимания принципов их работы рассмотрим простейшие приборы, созданные немецким учёным Г.Герцем в 1886 году.

Вы видите устройство передатчика. Проволоку разрезали пополам, присоединив получившиеся отрезки к высоковольтному трансформатору.

Размер воздушного промежутка между концами проволок установили таким, чтобы в нём часто проскакивали искры.

Искры – это электрический ток в воздухе. Поэтому в момент их проскакивания электроны с отрицательно наэлектризованной части проволоки устремлялись к её положительно наэлектризованной части. Это значит, что в проволоке возникал пульсирующий (переменный) ток, а вокруг неё – пульсирующее (переменное) электромагнитное поле.

Таким образом, проволоки представляют собой и передатчик, и передающую антенну. Электромагнитное поле распространяется электромагнитными волнами, поэтому может быть уловлено на расстоянии. Для этого требуется

приёмник: два таких же отрезка проволоки, располагаемые параллельно антенне передатчика. Поскольку энергия волн передатчика распространяется во все стороны, а приёмник улавливает только небольшую их часть, искры в воздушном промежутке приёмника очень малы. Однако их можно видеть невооружённым глазом в темноте.

Передатчик и приёмник Герца не могли быть использованы для дальней радиосвязи. Причина этого – небольшая мощность радиоволн из-за невысокой частоты переменного тока, создаваемого искрами. Поэтому нужно было создать такой генератор тока высокой частоты, мощности которого хватило бы для радиопередач на расстоянии десятков и сотен километров. Когда эта задача была решена, стала возможна не только

радиотелеграфная связь, когда слова (по буквам) передаются посредством коротких и длинных импульсов азбуки Морзе, но и радиотелефонная связь, передающая человеческий голос.

Принципиальная схема радиотелефонной связи показана на рисунке ниже. Во-первых, передатчик содержит высокочастотный генератор для обеспечения нужной мощности излучения. Именно он формирует так называемую несущую частоту, на которую настраивается приёмник. Во-вторых, передатчик содержит модулятор – устройство, изменяющее амплитуду или частоту несущей волны «в такт» с передаваемым голосом или музыкой. В-третьих, передатчик имеет

передающую антенну.

Наиболее проста для понимания амплитудная модуляция. Высокочастотные колебания, созданные генератором, сначала имеют постоянную амплитуду (см. на рисунке слева). Модулятор меняет амплитуду несущей частоты «по форме» низкочастотного сигнала, поступающего от микрофона. Модулированный сигнал достигает приёмной антенны в виде волн с меняющейся амплитудой (см. на рисунке в центре).

Обратный процесс называется демодуляцией. Приёмная антенна улавливает волны сразу от множества передатчиков, работающих на разных частотах. Поэтому нужно отделить сигнал только от определённого передатчика, работающего на выбираемой нами несущей частоте. Для этого служит

приёмный настроечный контур. Выделенный им сигнал «нашего» передатчика направляется в демодулятор – устройство, отделяющее полезный для слушателя низкочастотный сигнал от несущих колебаний. Именно этот сигнал и поступает в наушники или громкоговорители.

Для различных потребителей услуг радиосвязи используются разные диапазоны волн. Различают сверхдлинные, длинные, средние, короткие и ультракороткие радиоволны (см.

таблицу).

Диапазон волн	Частота волн	Длина волн
Сверхдлинные	менее 30 кГц	более 10 км
Длинные	30 кГц – 300 кГц	10 км – 1 км
Средние	300 кГц – 3 МГц	1 км – 100 м
Короткие	3 МГц – 30 МГц	100 м – 10 м
Ультракороткие	30 МГц – 150 ГГц	10 м – 2 мм

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ РАДИОСТАНЦИЙ

Радиостанция состоит из передающей части (передатчика), приемника, блока вызывного устройства, блока питания и приемопередающей антенны. Переносчиками низкочастотных сигналов, заключающих в себе полезную информацию, являются радиочастотные колебания, вырабатываемые задающим генератором в передатчике.

Передатчик

Структурная схема радиопередающего устройства показана на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Структурная схема радиопередающего устройства:

УМН — умножитель частоты; Пол.Ф — полосовой фильтр; ПУ — предварительный

усилитель; УМ — усилитель мощности

Так как звуковые колебания, создаваемые микрофоном, незначительны по величине, их предварительно усиливают усилителем низкой частоты (УНЧ). Затем сигналы НЧ и ВЧ от задающего генератора (ЗГ) поступают в модулятор, в результате чего ВЧ — сигнал изменяет свою амплитуду (при амплитудной модуляции), частоту (при частотной модуляции) или фазу (при фазовой модуляции). Схема однокаскадного усилителя звуковой частоты приведена на рис.3.17.

Рис. 3.17. Однокаскадный микрофонный усилитель звуковой частоты (УЗЧ)

Переменный сигнал от микрофона М через разделительный конденсатор С1 подается на базу транзистора Т, в результате чего величина его сопротивления между эмитером и коллектором будет уменьшаться при отрицательной полуволне и увеличиваться при положительной полуволне входного сигнала на базе транзистора. Соответственно будет изменяться и ток, протекающий от плюса + Е через резистор R4, транзистор Т, резистор R3. На резисторе R3 будет выделяться переменное напряжение, получаемое за счет напряжения источника постоянного тока — Е. Причем полученное таким образом переменное напряжение соответствует частоте колебании сигнала на входе транзистора. Усиленное напряжение снимается через разделительный конденсатор С3 для последующего его использования в модуляторе.

Рассмотрим принцип действия задающего генератора высокой частоты (рис. 3.18). Простейший генератор незатухающих колебаний включает транзистор Т, колебательный контур С2, катушку связи Lсв, включенную в цепь базы транзистора и связанную индуктивно с катушкой колебательного контура L.

Сопротивление в цепи базы R1 служит для создания запирающего напряжения смещения на базе транзистора за счет падения напряжения на нем от прохождения постоянной составляющей тока базы.

Конденсатор С1 предназначен для передачи переменной составляющей напряжения возбуждения. При замыкании ключа К питание подается на схему, в результате чего через транзистор потечет ток по цепи: +Е, транзистор, конденсатор С2, —Е.

Рис. 3.18. Схема задающего генератора радиочастоты

Конденсатор С2 зарядится до соответствующей величины. После прекращения нарастания тока через транзистор заряд конденсатора (накопление заряда) также прекратится, начнется разряд его на включенную параллельно ему катушку индуктивности L. По катушке L потечет ток, индуктирующий при своем нарастании ЭДС в катушке Lсв, которая включена своими концами таким образом, что на базу транзистора в этот момент будет подаваться плюсовое напряжение (плюс на базу и минус на эмиттер). Транзистор будет закрываться, ток через него будет уменьшаться, что способствует более форсированному завершению разряда конденсатора С2 на катушку L. После полного разряда конденсатора транзистор полностью закроется, подача тока прекратится. Магнитное поле катушки будет уменьшаться, в результате чего в катушке возникнет ЭДС, вызывающая в ней ток обратного направления. Этот ток заряжает конденсатор С2 до напряжения обратной полярности. И одновременно при своем нарастании будет индуктировать в катушке Lсв ЭДС также обратной полярности, т.е. на базу транзистора будет подаваться минус, а на эмиттер — плюс. По мере увеличения минусового потенциала на базе транзистор будет открываться, и ток через него будет увеличиваться, содействуя форсированному заряду конденсатора. Ток через транзистор, достигнув своего максимального значения, определяемого сопротивлением перехода эмиттер-коллектора, перестает увеличиваться, конденсатор прекратит свой заряд (накопление зарядов). После этого конденсатор будет разряжаться на катушку L и процесс повторится. Таким образом, возникает колебательный процесс, частота которого определяется величинами L и С2, т. е. частотой собственных колебаний LС2-контура. представляющего собой цепь резонанса токов. Для настройки контура в резонанс применяют конденсатор С2 переменной емкости.

Так как при настройке в резонанс LС2-контура (резонанс наступает при условии равенства проводимостей катушки и конденсатора, включенных параллельно друг другу) сопротивление его для переменной составляющей тока большое, то на нем происходит соответствующее этому сопротивлению падение напряжения переменной составляющей, которое снимает через разделительный конденсатор С3 для дальнейшего использования.

Генератор с самовозбуждением колебаний, по существу, является усилителем с глубокой обратной связью, т.е. усилителем собственных колебаний. Непременным условием самовозбуждения колебаний является сдвиг фаз переменных напряжений на коллекторе и базе на 180о и наличие достаточной величины обратной связи по напряжению, обеспечиваемой соответствующим соотношением витков катушек L и Lсв.

Частота собственных колебаний колебательного контура, а следовательно, и частота генератора определяется по формуле

(3.9)

где Q

(3.10)

где r — активное сопротивление катушки; ω — угловая частота колебаний. Чем меньше затухание колебаний в контуре, тем выше его качество. Хорошими контурами считаются контуры с добротностью Q > 150.

Важным параметром для задающих генераторов является стабильность частоты вырабатываемого напряжения. Существуют параметрическая и кварцевая стабилизации частоты высокочастотных генераторов. Параметрическая стабилизация осуществляется соответствующим подбором параметров и элементов схемы.

В радиостанциях КВ и УКВ применяется, как правило, кварцевая стабилизация, обеспечивающая достаточно простой технической реализацией высокую стабильность частоты колебаний.

Эквивалентная схема кварцевого резонатора представлена на рис. 3.19, а, где Lкв, Скв, rкв — соответственно индуктивность, емкость и сопротивление кварцевой пластины; С0 — емкость кварцедержателя. Характерно, что добротность кварцевого резонатора достигает значений Q = 106 -107, что на 4-5 порядков больше, чем у обычного LC-контура.

Рис. 3.19. Схема включения кварцевых резонаторов:

а — эквивалентная схема кварцевого резонатора; б — эквивалентная схема кварцевого

в — эквивалентная схема автогенератора

Для рассматриваемой эквивалентной схемы характерны две резонансные частоты: частота, соответствующая резонансу левой последовательной цепи, состоящей из Lкв, Скв, rкв:

(3.11)

(3.12)

Использование кварцевого резонатора для стабилизации частоты возможно в интервале частот fкв – f0. В этом случае эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора носит индуктивный характер.

При высокой добротности и малых значениях коэффициентов линейного и объемного расширения кварца его эквивалентные параметры (Lкв, Скв, rкв) остаются практически неизменными при значительных изменениях температуры окружающей среды, что позволяет обеспечить высокую стабильность частоты задающего генератора. Из эквивалентной схемы того же автогенератора (рис. 3.19, в) видно, что контур подключается к усилительному элементу тремя тёчками, и эта схема называется емкостной трехточкой. В колебательный контур входят две емкости (С1, С2), а кварцевый резонатор КВ выполняет роль индуктивности. Обратная связь в схеме осуществляется при помощи емкостного делителя контурного напряжения, состоящего из конденсаторов С1 и С2. Такое включение кварца (кв) обеспечивает (по сравнению с другими известными схемами) меньшую стабильность частоты при изменении окружающей температуры в широком интервале.

В рассматриваемой схеме выполняется условие баланса фаз, так как напряжение Uо.с на конденсаторе обратной связи С2 находится в противофазе с напряжением Uэк относительно общей заземленной точки, подключенной к эмиттеру транзистора.

Для емкостной трехточки коэффициент обратной связи

(3.13)

где Ic — ток, проходящий через емкостную цепь контура; wo

Частичное подключение колебательного контура к усилительному элементу снижает влияние нестабильных емкостей р-п перехода транзистора. Смещение на базу транзистора, предназначенное для выбора его рабочего режима, выполняется комбинированным способом. Оно осуществляется в рассматриваемой схеме (см. рис. 3.19, 6) за счет подачи фиксированного напряжения с помощью делителей сопротивлений R1 и R2, а также автоматического смещения, образованного за счет RэCэ, цепочки при протекании постоянной составляющей эмиттерного тока через резистор Rэ.

Известно, что резонансная частота механических колебаний кварцевой пластинки зависит от ее толщины. При работе на частотах свыше 15 МГц толщина этой пластинки должна быть менее 0,3 мм, а механическая прочность становится ниже допустимой. Поэтому для обеспечения работы радиостанций, используемых в пожарной охране в диапазоне 140 — 174 МГц, задающие генераторы радиопередатчиков выполняют на более низкие частоты, а повышение рабочей частоты осуществляют с помощью специальных каскадов, называемых умножителями частоты.

В практических схемах современных радиопередатчиков процесс, в частности, амплитудной модуляции осуществляется чаще всего не в схеме самого задающего генератора, а в последующей ступени усиления этих колебаний. Это позволяет снизить паразитные эффекты модуляции и повысить качество радиопередатчика в целом.

На рис. 3.20 приведена схема амплитудного модулятора на усилительной ступени высокочастотных колебаний.

Ступени высокочастотных колебаний

Резисторы R1, R2 и емкость С2 предназначены для обеспечения соответствующего режима работы каскада как усилителя, на вход которого (клеммы 1,2) от задающего генератора через С1 подаются высокочастотные колебания. Колебательный контур LСЗ настроен на частоты задающего генератора. На этой частоте контур обладает максимальным сопротивлением для переменной составляющей коллекторного тока, создающего соответствующее падение переменного напряжения, которое снимается с коллектора транзистора и через конденсатор С4 подается в последующие узлы передатчика.

Модуляция осуществляется благодаря применению трансформатора, на первичную обмотку w1 которого (клеммы 3, 4) подаются сигналы звуковой частоты (НЧ) от микрофонного усилителя, а со вторичной обмотки w2 снимаются для управления транзистором Т. Отрицательные полуволны модулирующих сигналов открывают транзистор, положительные полуволны закрывают, в результате увеличивается (или уменьшается) усиливаемый транзистором высокочастотный ток. Графики процесса амплитудной модуляции показаны на рис. 3.21.

На рис. 3.22, а приведена упрощенная схема частотного модулятора, состоящего из колебательного контура LС, диода Д и блокировочных конденсаторов С1, С2.

Действие управляемого диода (варикапа) Д основано на изменении емкости электронно-дырочного перехода при изменении приложенного к нему напряжения. Характеристика варикапа представлена на рис. 3.22, 6. Выбор рабочей точки на характеристике производится установкой требуемого напряжения Е0 от источника питания Е. Конденсаторы С1 и С2

LСС1 параллельно емкости контура подключается варикап Д. Под действием звуковых колебаний внутреннее сопротивление, например, угольного

Принцип работы цифрового радио

Как альтернатива аналоговому радио в мире стало распространяться цифровое и онлайн-радио. Последнее и вовсе отошло от классических стандартов радиовещания и было основано на потоковой трансляции аудиоданных через web-средства. Другими словами, это то же радио, но его вещание осуществляется через Интернет.

Еще на заре развития глобальной сети предпринимались попытки передачи звука с помощью компьютера. Это делалось посредством оцифровки аналоговых сигналов, используя соответственное программное обеспечение. В результате чего получались звуковые файлы, которые пользователи и выкладывали в сеть.

Большинство современных онлайн-ресурсов радиовещания по своим функциональным возможностям не уступают FM-приемникам. Аудиоформаты, наиболее часто поддерживаемые серверами онлайн-радио: MP3, RealAudio, Ogg/Vorbis и WMA. Сегодня большинство станций веб-радио могут предоставить скорость аудиопотока от 64 кбит/с до 128 кбит, при этом, качество звука уже приближается к уровню CD.

Популярность онлайн-радио возрастает с каждым годом. В одних лишь Соединенных Штатах Америки насчитывается около 60 миллионов человек, которые еженедельно слушают подобные радиостанции.

Еще одной особенностью веб-радио является то, что практически любой человек может организовать собственную радиостанцию в сети! Для этого достаточно иметь компьютер, качественный доступ в Интернет, несколько нехитрых программ и жесткий диск, забитый музыкой. Лицензирование пока еще не добралось до такого рода сервиса.

Схема радиотелефонной связи

Рассмотрим основные принципы радиосвязи и примеры их практического использования.

В современном передатчике присутствует генератор высоких частот для создания необходимой мощности излучения.

С его помощью образуется несущая частота, используемая приемником для настройки.

У современного передатчика есть модулятор.

Он представляет собой устройство, которое изменяет амплитуду либо частоту волны синхронно с музыкой либо голосом.

Обязательным элементом передатчика является и передающая антенна.

Модуляция

Самой простой для восприятия является амплитудная модуляция.

У высокочастотных колебаний, которые создает генератор, существует постоянная амплитуда.

С помощью модулятора происходит ее изменение «по форме» сигнала низкой частоты, идущего от микрофона.

Модулированный сигнал попадает на приемную антенну в качестве волн с непостоянной амплитудой.

Демодуляция

Принцип радиосвязи характеризуется и демодуляцией. После улавливания приемной антенной волн происходит отделение сигнала от одного передатчика, который функционирует на частоте, выбранной в качестве несущей величины. Для проведения таких преобразований применяется настроечный приемный контур. Тот сигнал, который выделен от одного передатчика, поступает в демодулятор. В этом устройстве происходит разделение низкочастотных колебаний от высокочастотного сигнала. Далее он поступает в громкоговоритель или в наушники.

Диапазоны волн

Рассматривая принципы радиосвязи, отметим, что волны имеют разные диапазоны.

В настоящее время применяют средние, сверхдлинные, короткие, длинные, а также ультракороткие радиоволны.

Их достаточно широко используют в разнообразных сферах электроники:

радиосвязь;
телевидение;
радиовещание;
радиоразведка;
метеорология.

Принцип современной радиосвязи предполагает превращение звуковых колебаний в электрические виды с помощью микрофона. Сложность передачи такого сигнала состоит в том, что для осуществления радиосвязи требуются высокочастотные колебания, а звуковые волны имеют низкую частоту. Для решения проблемы используются мощные антенны. Для звуковой частоты накладывание колебаний осуществляется так, чтобы переносить сигнал на существенные расстояния.

Современные принципы радиосвязи и телевидения базируются на радиопередающем устройстве. Он имеет генератор высокой частоты, который преобразует постоянное напряжение в высокочастотные гармонические колебания. Несущая частота должна быть постоянной величиной.

Принципы радиосвязи и телевидения предполагают определенное строение генератора. Он преобразовывает полученные сообщения в электрический сигнал, который и используется для процесса модуляции постоянной частоты. Выбор такого устройства основывается на физической природе транслируемого сигнала, В случае звука для этого используется микрофон, для передачи картинки применяют передающую телевизионную трубку.

Модулятор необходим для проведения процесса перевода сигнала высокой частоты в ту величину, которая соответствует звуковому сигналу с передаваемой информацией. Также используются один либо два каскада для усиления модулированного сигнала. Излучающая антенна предназначена для выброса в окружающее пространство электромагнитных волн.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 8 чел.
Средний рейтинг: 4.4 из 5.

РАДИОПРИЕМНИКИ: ВИДЫ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Растущая популярность технологии беспроводной связи, модулей SDR и всех современных радиоинтерфейсов, вызвала желание вспомнить характеристики и свойства базовых конфигураций радиоприемников.

Окончательный выбор схемы конечно зависит от типа, сложности и объема передаваемых данных. Методы проектирования радиоприемников тоже изменились с годами. В основном это произошло за счет увеличения возможностей имеющихся интегральных микросхем, за счет разработки новых технологий их производства.

Также важно снизить затраты, увеличивая при этом функциональность систем обработки сигналов (процессоров DSP). Однако независимо от архитектуры схемы приемников, они должны отвечать определенным неизменным требованиям в отношении частотного диапазона, эффективности и основных параметров: селективности и чувствительности. Начнём краткий обзор.

Приемник AM

Одной из основных, базовых исторически схем является приемник, предназначенный для обработки амплитудно-модулированного сигнала, то есть несущей волны, в которой изменение значения амплитуды отражает передаваемую информацию. Демодуляции такого сигнала можно добиться с помощью простого диодного детектора. Принципиальная схема базового AM-приемника включает в себя: антенну, фильтр, диодный детектор и усилитель, обеспечивающий соответствующий уровень демодулированного (уже звукового) сигнала. Диодный детектор в простейших решениях AM-приемников работает как односторонний выпрямитель, который отслеживает изменения огибающей модулированного сигнала путем зарядки и разрядки конденсатора.

Есть различные модификации амплитудной модуляции, возникшие из-за недостатков базовой версии. Спектр амплитудно-модулированного сигнала, помимо несущей частоты, также включает компоненты, частоты которых являются суммой и разностью частоты несущей волны и частоты информационного сигнала. Это так называемые боковые полосы, они называются так потому, что на самом деле сигнал, которым модулируется несущая волна, может содержать множество компонентов с разными частотами. Для воссоздания исходного сигнала нужна только одна полоса. Получение узкой полосы излучения и высокой энергоэффективности достигается за счет подавления одной боковой полосы и несущей волны – технология SSB.

Приемник с прямым усилением

Следующим шагом в развитии радиотехники стало внедрение приемников прямого усиления, создание которых было связано с распространением усилителей на электронных лампах. Это решение широко использовалось в первых радио. В отличие от более поздних решений, приемники с прямым усилением не использовали преобразование частоты, поэтому задача детектора заключалась в демодуляции непосредственно принятого радиочастотного сигнала. Достоинством этой простой конструкции было, прежде всего, отсутствие влияния так называемого зеркального сигнала.

В приемниках, использующих смешение частот, это серьезная проблема, поскольку случайно принятый зеркальный сигнал ухудшает качество полезного. Каждый дополнительный резонансный контур увеличивает избирательность приемника. Но недостатком этого решения была необходимость одновременной перенастройки всех схем, что было сложной задачей при проектировании.

Другая проблема заключалась в том, что избирательность приемника снижалась с увеличением частоты. Недостатки этого решения способствовали быстрому распространению преобразователей частоты с прямым преобразованием и супергетеродинных приемников.

Прямое преобразование

Способ избежать необходимости использовать множество индивидуально настраиваемых фильтров заключался в передаче радиочастотного сигнала в полосе частот низкой частоты. Приемник с прямым преобразованием, также известный как гомодин, состоит из следующих модулей: входной цепи, смесителя, то есть элемента в котором принимаемый в антенне сигнал передается в низкочастотный диапазон, генератора, фильтра и усилителя.

Характерной особенностью этого решения является двойная роль смесителя, который также действует как детектор. Другой конфигурацией выступают так называемые супергетеродинные приемники, в которых каскад преобразования частоты отделен от блока детекторов. В группе приемников этого типа есть две основных конструкции: супергетеродинный приемник с одинарным и двойным преобразованием частоты.

Супергетеродинный приёмник

В супергетеродинной схеме – модулированный радиочастотный сигнал преобразуется в сигнал более низкой частоты путем смешивания входного радиочастотного сигнала с сигналом другой частоты, вырабатываемой отдельной схемой генератора, так называемого гетеродина. Частотное смешение выполняется в компоненте с нелинейной характеристикой (диод, транзистор). В результате этой операции создается искаженный сигнал, который кроме составляющих с частотой ВЧ, и гетеродинных частот, также содержит компоненты, частоты которых являются их суммой и разностью.

После смесителя вводится фильтр, настроенный на один из этих компонентов, например f h – f w. cz, называемый промежуточной частотой ПЧ. Промежуточная частота фиксированная. Перестраиваемый элемент – гетеродин. Частота местного генератора меняется в зависимости от принимаемого сигнала.

Зеркальный радиосигнал

Недостатком приемников с преобразованием частоты является необходимость подавления так называемого зеркального сигнала. Объяснение неблагоприятного влияния зеркального сигнала можно увидеть на примере. Предполагаем, что модулированный сигнал имеет частоту 100 МГц, а гетеродин генерирует сигнал с частотой 110,7 МГц. В результате смешивания обоих сигналов создается сигнал с частотой f h – f RF = 10,7 МГц. Фильтр ПЧ настроен на эту частоту, но сигнал с частотой 121,4 МГц также достигает антенны. Это зеркальный сигнал, то есть форма волны с частотой, которая отличается от частоты полезного сигнала на величину, равную удвоенной промежуточной частоте.

Если сигнал этот не подавляется входными цепями, то смешивание этого сигнала и сигнала от генератора также даст форму волны 10,7 МГц. Это будет мешать правильному приему полезного сигнала. Решением проблемы помех при приеме зеркальных сигналов является использование супергетеродинного приемника с двойным преобразованием.

Двойное преобразование частоты

Чем выше промежуточная частота, тем больше частотное разделение полезного радиочастотного сигнала и частота зеркального сигнала. Это увеличивает вероятность подавления мешающего сигнала во входной цепи. Следовательно, в супергетеродинном приемнике с двойным преобразованием промежуточная частота на первом этапе преобразования намного выше, чем ПЧ во втором каскаде. Из-за меньшего значения вторая ступень преобразования обеспечивает лучшую селективность.

Работу описанного супергетеродинного приемника следует проследить на таком примере. Предположим, что сигнал с частотой 25 МГц достигает антенны, а промежуточная частота первого каскада преобразования составляет 20 МГц. Отсюда следует, что гетеродин должен генерировать сигнал с частотой 45 МГц. Мешающий сигнал в таком случае будет зеркальной волной, которая может быть легко устранена во входных цепях из-за ее почти в три раза более высокой частоты (65 МГц) по сравнению с частотой полезного сигнала.

Входные цепи и гетеродин

Основным элементом каждого тракта обработки приемника являются входные цепи, а в случае конфигурации преобразователя частоты также гетеродин и смеситель. Основная задача входных цепей – отделить форму волны определенной частоты от сигналов, достигающих антенны, привести ее к следующему этапу обработки с минимально возможными потерями и подавить все мешающие сигналы, достигающие антенны. Поэтому важнейшим параметром входных цепей является избирательность. Также важны диапазон настройки и частотная характеристика.

В последние годы были разработаны многие другие методы, включая прямой цифровой синтез (DDS), которые используются для генерации сигналов на желаемой частоте. Гетеродин должен обеспечивать генерацию сигналов в определенной полосе и настройку с соответствующим шагом частот. Кроме того, он должен характеризоваться достаточно низким уровнем фазового шума в заданной полосе, совпадающим с шириной канала. Выходной сигнал генератора также должен иметь соответствующий уровень, необходимый для управления смесителем.

Часто бывает необходимо использовать дополнительный усилитель. Его задача – обеспечить приемлемый уровень сигнала для потерь преобразования в смесителе. В случае портативных устройств дополнительным важным параметром гетеродина является питание и потребляемая мощность.

Смесители и усилители

Смесители построены в основном на основе нелинейных полупроводниковых элементов (диодов, транзисторов). Из-за простоты конструкции, среди беспроводных устройств преобладают решения с диодными смесителями. Самыми популярными конфигурациями схем этого типа являются односторонние и одно- или двухбалансные смесители.

Возможны различные дополнительные модификации схем, например смесители с подавлением, которые используются в основном в диапазоне высоких частот (ГГц). Простейший диодный смеситель – одиночный, относящийся к группе суммирующих усилителей. Эта схема состоит из трансформаторов, которые соединяют входные сигналы (ВЧ и гетеродин) со смесителем, одним диодом и выходным фильтром, настроенным на желаемую частоту.

Второй тип смесителей – это смесители в которых входной сигнал и сигнал от гетеродина подаются на два независимых входа. Примером системы такого типа является сбалансированный. Он используется для устранения нежелательных гетеродинных частот, проникающих в выходной усилитель промежуточной частоты.

Схема состоит из двух диодов, соединенных таким образом, чтобы на выходе смесителя не появлялось напряжение частоты гетеродина. Модификация этой схемы, двухбалансный смеситель, содержит четыре диода, а также позволяет исключить влияние составляющих принимаемого сигнала. Потери преобразования в смесителях обоих типов сопоставимы.

Существуют также активные смесители, которые обычно изготавливаются в виде интегральных микросхем и позволяют снизить потери преобразования и даже усилить обработанный сигнал. Благодаря этому они могут взаимодействовать с генераторами с более низким уровнем выходного сигнала.

Усилители приемника должны быть малошумящими и устойчивыми к искажениям. Также важно, чтобы входной малошумящий усилитель мог обеспечить адекватное усиление сигнала. Соответствующий параметр SNR (сигнал/шум) на входе следующего каскада приемника должен достичь уровня, позволяющего в дальнейшем корректную обработку сигнала.

Наиболее важными параметрами усилителей являются полоса пропускания, коэффициент шума, усиление, напряжение питания, потребляемая мощность и линейность. В идеале усилитель должен обеспечивать достаточное усиление для воспроизведения слабых сигналов, но не вносить чрезмерных искажений в сигналы с большой амплитудой.

Цифровые радиоприёмники

В настоящее время большинство аналоговых элементов тракта промежуточной частоты могут быть реализованы в цифровой технологии, это решение называется SDR – Software Defined Radio. Это связано с тем, что все больше и больше операций, таких как фильтрация сигналов и преобразование частоты, которые до сих пор были областью аналоговой электроники, выполняются с использованием цифровых фильтров и процессоров. Также бывает что сигналы промежуточной частоты преобразуются в цифровую форму в схемах аналого-цифрового преобразователя и только затем демодулируются в процессоре DSP.

В этом случае выбор аналого-цифрового преобразователя в основном определяется типом архитектуры приемника. На это влияют селективность фильтров, динамический диапазон усилителей, а также ширина полосы и тип используемой модуляции.

Уровень сигнала, подаваемого на аналого-цифровой преобразователь, требует использования соответствующего разрешения. Например, в случае приемника с двойным преобразованием, предназначенного для приложения стандарта IEEE 802.16 для обработки радиочастотных сигналов используются 12-битные преобразователи. В случае использования одиночного преобразования, когда промежуточная частота выше, используются преобразователи с более высоким 14-битным разрешением. Это связано с меньшей избирательностью приемников этого типа.

Из-за преобладания цифровых схем решение о том, какие функции приемника должны быть аналоговыми, а какие – цифровыми, зависит от таких факторов как производительность, стоимость, размер и потребляемая мощность. Практически в каждом устройстве, работа которого основана на беспроводной передаче, есть интегральные микросхемы, состоящие из модулей, выполняющих большинство функций обработки аналоговых сигналов, включая фильтрацию, демодуляцию и усиление.

В принципе сейчас идёт повсеместная тенденция к миниатюризации, что и влияет на конструкцию приемников. Интеграция все большего числа функций в единую микросхему влияет на свойства готового устройства, которые важны с точки зрения пользователя (низкая стоимость, низкое энергопотребление, небольшие размеры). Но независимо от уровня интеграции, основные элементы архитектуры приемника и основные этапы обработки принятого сигнала остаются неизменными.

Форум по приёмной аппаратуре

Как работает радио | Как работает

«» Радиоволны управляют всем: от AM/FM-трансляций до беспроводных сетей и устройств открывания гаражных ворот. Уильям Тауфик / Getty Images

Электромагнитные радиоволны являются одним из самых значительных открытий для технологий 20-го и 21-го века. Вы их не видите, но бесчисленные высокочастотные волны каждый день отражаются в воздухе вокруг вас. Они облегчают беспроводную связь для таких вещей, как автомобильные радиоприемники, смартфоны и Wi-Fi-интернет. Благодаря радио передача данных между людьми стала быстрее и удобнее, чем когда-либо.

Вот лишь некоторые из повседневных технологий, которые зависят от радиоволн:

Даже такие вещи, как радары и микроволновые печи, зависят от радиоволн. Спутники связи и навигации были бы невозможны без радиоволн, как и современная авиация — самолет зависит от дюжины различных радиосистем. Сети Wi-Fi, от которых мы зависим на работе, дома и в школе, также полностью зависят от радиоволн для передачи данных.

Самое смешное, что по своей сути радио — это невероятно простая технология. Имея всего пару электронных компонентов стоимостью не более доллара или двух, вы можете построить простые радиопередатчики и приемники. В этой статье мы рассмотрим технологию радио, чтобы вы могли полностью понять, как невидимые радиоволны делают возможным так много вещей.

Содержание

Самое простое радио
(Немного) более сложное радио
Основы радио: части
Простые передатчики
Создание собственного простого передатчика
Передача информации
Прием AM-сигнала
Самый простой AM-приемник
Основы антенны
Антенна: примеры из жизни
Аналоговое и цифровое радио

Самое простое радио

Радио может быть невероятно простым, и на рубеже 20-го века эта простота сделала первые эксперименты возможными практически для всех. Насколько простым это может быть? Вот пример:

Возьмите свежую 9-вольтовую батарейку и монету.
Найдите AM-радио и настройте его на ту часть циферблата, где вы слышите статические помехи.
Теперь поднесите батарею к антенне и быстро коснитесь монетой двух клемм батареи (чтобы на мгновение соединить их вместе).
Вы услышите треск в радио, вызванный подключением и отключением монеты.

Ваша комбинация батарея/монета является радиопередатчиком! Он не передает ничего полезного (только статические помехи) и не будет передавать очень далеко (всего несколько дюймов, потому что он не оптимизирован для расстояния). Но если вы используете статические помехи, чтобы выстукивать азбуку Морзе, вы действительно можете общаться на расстоянии нескольких дюймов с помощью этого грубого устройства.

(Немного) более сложное радио

Если вы хотите что-то более сложное, используйте металлический напильник и два куска проволоки. Подсоедините ручку напильника к одному из контактов вашей 9-вольтовой батареи. Подсоедините другой кусок провода к другой клемме и пропустите свободный конец провода вверх и вниз по файлу. Если вы сделаете это в темноте, вы сможете увидеть очень маленькие 9-вольтовые искры, пробегающие по напильнику, когда кончик провода соединяется и разъединяется с ребрами напильника. Держите файл рядом с AM-радио, и вы услышите много помех.

На заре радио передатчики назывались искровыми катушками, и они создавали непрерывный поток искр при гораздо более высоком напряжении (например, 20 000 вольт). Высокое напряжение создавало большие толстые искры, как в свече зажигания, и они могли передаваться дальше. Сегодня такой передатчик незаконен, потому что он рассылает спам по всему радиочастотному спектру, но в первые дни он работал нормально и был очень распространен, потому что радиоволны не регулировались строго.

Основы радио: части

Как видно из предыдущего раздела, с помощью статического электричества невероятно легко передать сигнал. Однако сегодня все радиоприемники используют непрерывные синусоидальные волны для передачи информации. Самые ранние радиопередатчики одновременно излучали большую полосу частот. Все, что они могли воспроизвести, — это простые звуки, которые можно было использовать для общения с помощью азбуки Морзе. Синусоидальный передатчик сужает эту полосу до более конкретных частот, которые могут эффективно воспроизводить сложную информацию, такую как аудиопотоки, видео и интернет-данные. Узкая полоса частот также позволяет многим передатчикам работать в одном районе, не мешая друг другу.

Сегодня мы используем непрерывные синусоидальные волны, потому что есть так много разных людей и устройств, которые хотят использовать радиоволны одновременно. Если бы у вас был какой-то способ увидеть их, вы бы обнаружили, что прямо сейчас вокруг вас буквально тысячи различных радиоволн (в форме синусоидальных волн) — телевизионные передачи, радиопередачи AM и FM, полицейские и пожарные радиостанции, спутниковое телевидение. передачи, разговоры по мобильному телефону, сигналы GPS и так далее. Удивительно, как много сегодня можно использовать для радиоволн. Каждый отдельный радиосигнал использует разную частоту синусоидальной волны, и именно так они все разделены.

Любая радиоустановка состоит из двух частей:

передатчик
приемник

Передатчик принимает какое-то сообщение (это может быть звук чьего-то голоса, картинка для телевизора, данные для радиомодема и т. д.), кодирует его в синусоиду и передает с помощью радиоволн. Приемник принимает радиоволны и декодирует сообщение из полученной им синусоидальной волны. И передатчик, и приемник используют антенны для излучения и захвата радиосигнала.

Простые передатчики

Вы можете получить представление о том, как работает радиопередатчик, начав с батареи и куска провода. Батарея посылает электричество (поток электронов) по проводу, если вы подключите провод между двумя клеммами аккумулятора. Движущиеся электроны создают магнитное поле, окружающее провод, и это поле достаточно сильное, чтобы воздействовать на компас.

Допустим, вы берете другой провод и размещаете его параллельно проводу батареи, но на расстоянии 2 дюймов (5 сантиметров) от него. Если вы подключите к проводу очень чувствительный вольтметр, то произойдет следующее: Каждый раз, когда вы будете подключать или отключать первый провод от аккумулятора, вы будете ощущать очень маленькое напряжение и ток во втором проводе; любое изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрическое поле в проводнике — это основной принцип любого электрического генератора. Итак:

Батарейка создает поток электронов в первом проводе.
Движущиеся электроны создают вокруг провода магнитное поле.
Магнитное поле тянется ко второму проводу.
Электроны начинают течь по второму проводу всякий раз, когда изменяется магнитное поле в первом проводе.

Подключение и отключение аккумулятора изменяет магнитное поле.

HowStuffWorks

Важно отметить, что электроны текут по второму проводу только тогда, когда вы подключаете или отключаете аккумулятор. Магнитное поле не заставляет электроны течь по проводу, если магнитное поле не меняется. Подсоединение и отсоединение батареи изменяет магнитное поле (подключение батареи к проводу создает магнитное поле, а отсоединение разрушает поле), поэтому в эти два момента электроны текут по второму проводу.

Создание собственного простого передатчика

Чтобы создать простой радиопередатчик, вам нужно создать быстро меняющийся электрический ток в проводе. Вы можете сделать это, быстро подключая и отключая батарею, как показано слева:

Лучший способ — создать постоянно меняющийся электрический ток в проводе. Самая простая (и самая плавная) форма непрерывно меняющейся волны — это синусоида, подобная той, что показана ниже:

«» Синусоида плавно колеблется между, например, 10 вольт и -10 вольт.

HowStuffWorks

Создавая синусоиду и пропуская ее по проводу, вы создаете простой радиопередатчик. Очень легко создать синусоидальную волну с помощью всего нескольких электронных компонентов — конденсатор и катушка индуктивности могут создать синусоидальную волну, а пара транзисторов может усилить волну в мощной и простой схеме передатчика. Посылая этот сигнал на антенну, вы можете передавать синусоидальную волну в космос.

Передача информации

Если у вас есть синусоидальная волна и передатчик, передающий синусоидальную волну в космос с помощью антенны, у вас есть радиостанция. Единственная проблема в том, что синусоида не содержит никакой информации. Вам нужно каким-то образом модулировать волну, чтобы закодировать на ней информацию. Существует четыре распространенных способа модуляции синусоидальной волны:

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

В ШИМ вы просто включаете и выключаете синусоидальную волну. Это простой способ отправить азбуку Морзе. ШИМ не так распространен, но хорошим примером является радиосистема, которая посылает сигналы на радиоуправляемые часы в Соединенных Штатах. Один ШИМ-передатчик способен охватить все Соединенные Штаты!

Амплитудная модуляция (АМ)

«» При амплитудной модуляции изменяется амплитуда синусоиды (ее размах напряжения).

HowStuffWorks

Радиостанции

AM используют амплитудную модуляцию для кодирования информации. При амплитудной модуляции изменяется амплитуда синусоиды (ее размах напряжения). Так, например, синусоидальная волна, создаваемая человеческим голосом, накладывается на синусоидальную волну передатчика для изменения ее амплитуды.

Частотная модуляция (FM)

«» При частотной модуляции синусоида изменяется незначительно.

HowStuffWorks

FM-радиостанции и сотни других беспроводных технологий используют частотную модуляцию. Преимущество FM в том, что он в значительной степени невосприимчив к статическому электричеству. В FM частота синусоидальной волны передатчика очень незначительно изменяется в зависимости от информационного сигнала. FM использует сигналы более высокой частоты, чем AM, которые имеют более высокую точность, но меньший диапазон.

Цифровая модуляция

Цифровая модуляция кодирует цифровую информацию в аналоговый несущий сигнал и обеспечивает более высокую точность без каких-либо типичных помех. В случае таких вещей, как беспроводные маршрутизаторы, цифровая модуляция также позволяет шифровать сигнал. Таким образом, передатчик будет отправлять данные только на определенные устройства.

Однако слишком слабый цифровой сигнал быстро придет в негодность. Аудиоданные будут звучать зашифрованными, а видео будут сильно пикселизированными. В США эфирное телевидение полностью перешло на цифровую передачу, и многие наземные радиостанции работают не только с аналоговыми сигналами, но и с цифровыми антеннами.

После модуляции синусоидальной волны информацией вы можете передавать информацию.

Прием AM-сигнала

Вот реальный пример. Когда вы настраиваете AM-радио своего автомобиля на станцию — например, 680 на шкале AM — синусоидальная волна передатчика передается с частотой 680 000 герц (синусоидальная волна повторяется 680 000 раз в секунду). Голос ди-джея модулируется этой несущей за счет изменения амплитуды синусоидальной волны передатчика. Усилитель усиливает сигнал примерно до 50 000 Вт для большой AM-станции. Затем антенна посылает радиоволны в космос.

Так как же AM-радиоприемник вашего автомобиля — приемник — получает сигнал частотой 680 000 герц, посланный передатчиком, и извлекает из него информацию (голос ди-джея)? Вот как это работает. /\r\n/

Если вы не сидите рядом с передатчиком, вашему радиоприемнику нужна антенна, чтобы помочь ему улавливать радиоволны передатчика из воздуха. Антенна AM представляет собой просто провод или металлическую палку, которая увеличивает количество металла, с которым могут взаимодействовать волны передатчика.
Ваш радиоприемник нуждается в тюнере. Антенна будет принимать тысячи синусоидальных волн. Задача тюнера состоит в том, чтобы отделить одну синусоиду от тысяч радиосигналов, принимаемых антенной. В этом случае тюнер настроен на прием сигнала частотой 680 000 герц. Тюнеры работают по принципу резонанса. То есть тюнеры резонируют и усиливают одну конкретную частоту и игнорируют все остальные частоты в эфире. Легко создать резонатор с конденсатором и катушкой индуктивности.
Тюнер заставляет радиоприемник принимать только одну синусоидальную частоту (в данном случае 680 000 герц). Теперь радио должно извлечь голос ди-джея из этой синусоиды. Это делается с помощью части радиоприемника, называемой детектором или демодулятором. В случае AM-радио детектор состоит из электронного компонента, называемого диодом. Диод позволяет току течь в одном направлении, но не в другом, поэтому он обрезает одну сторону волны.
Далее радиостанция усиливает обрезанный сигнал и посылает его на динамики (или наушники). Усилитель состоит из одного или нескольких транзисторов (больше транзисторов означает большее усиление и, следовательно, большую мощность для динамиков).

Из динамиков вы слышите голос ди-джея!

В FM-радио детектор другой, а все остальное то же самое. В FM детектор превращает изменения частоты в звук, но антенна, тюнер и усилитель в основном те же.

Самый простой AM-приемник

В случае сильного АМ-сигнала оказывается, что можно создать простой радиоприемник, используя всего две детали и немного провода. Процесс предельно прост — вот что вам нужно:

Диод
Два отрезка провода: Вам понадобится от 20 до 30 футов (от 15 до 20 метров) магнитной проволоки 22-го калибра.
Небольшой металлический стержень или труба , которую можно вбить в землю (или, если рядом с передатчиком есть ограждение или металлическое ограждение, вы можете использовать их).
Кристаллический наушник: Этот простой предшественник наушников подключается непосредственно к антенному диоду.

Чтобы упростить процесс, некоторые наборы также доступны онлайн, содержащие большинство необходимых деталей в коробке. Кристаллический радиоприемник Home Science Tools также поставляется с электрическим усилителем, что делает наушники ненужными.

«» Сделать AM-приемник несложно.

HowStuffWorks

Теперь вам нужно найти передающую вышку AM-радиостанции и находиться рядом с ней (в пределах 1 мили/1,6 км или около того), чтобы это сработало. Вот что вам нужно сделать:

Вбить кол в землю или найти удобный металлический столб для забора. Снимите изоляцию с конца 10-футового (3-метрового) куска провода и оберните его вокруг столба пять или десять раз, чтобы получить надежное соединение. Это заземляющий провод.
Присоедините диод к другому концу заземляющего провода.
Возьмите еще один кусок провода длиной от 10 до 20 футов (от 3 до 6 метров) и соедините один его конец с другим концом диода. Этот провод и есть ваша антенна. Положите его на землю или повесьте на дерево, но убедитесь, что оголенный конец не касается земли.
Подсоедините два провода от беруши к любому концу диода.

Теперь, если вставить беруши в ухо, вы услышите радиостанцию — это самый простой радиоприемник! Этот сверхпростой проект не сработает, если вы находитесь очень далеко от станции, но он демонстрирует, насколько простым может быть радиоприемник.

Вот как это работает. Ваша проволочная антенна принимает все виды радиосигналов, но, поскольку вы находитесь так близко к определенному передатчику, это не имеет большого значения. Ближайший сигнал подавляет все остальное в миллионы раз. Поскольку вы находитесь так близко к передатчику, антенна также получает много энергии — достаточно, чтобы привести в действие наушники! Поэтому вам не нужен ни тюнер, ни батарейки, ни что-то еще. Диод действует как детектор АМ-сигнала, как описано в предыдущем разделе. Так что станцию слышно, несмотря на отсутствие тюнера и усилителя. Однако добавление такого усилителя в учебный комплект усилит сигнал и придаст ему большую громкость.

Основы антенны

«» Антенна в радиопередатчике запускает радиоволны в космос. Эта вышка сотовой связи обслуживает клиентов со смартфонами. Антон Петрус / Getty Images

Вы, наверное, заметили, что почти каждое радио, которое вы видите (например, ваш мобильный телефон, радио в автомобиле и т. д.), имеет антенну . Антенны бывают всех форм и размеров, в зависимости от частоты, которую антенна пытается принять. Антенна может быть любой: от длинного жесткого провода (как в автомобильных радиоантеннах AM/FM) до чего-то столь же причудливого, как спутниковая антенна. Радиопередатчики также используют чрезвычайно высокие антенные башни для передачи своих сигналов.

Идея антенны в радиопередатчике состоит в том, чтобы запускать радиоволны в космос. В приемнике идея состоит в том, чтобы улавливать как можно больше мощности передатчика и подавать ее на тюнер. Для спутников, находящихся на расстоянии миллионов миль, НАСА использует огромные параболические антенны диаметром до 230 футов (70 метров).

Размер оптимальной радиоантенны зависит от частоты сигнала, который антенна пытается передать или принять. Причина этой взаимосвязи связана со скоростью света и расстоянием, которое в результате могут пройти электроны. Скорость света составляет 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду). Итак, как узнать, какой размер антенны вам нужен?

htm»> Антенна: примеры из жизни

Допустим, вы пытаетесь построить радиомачту для радиостанции 680 AM. Он передает синусоидальную волну с частотой 680 000 герц. За один цикл синусоидальной волны передатчик будет перемещать электроны в антенне в одном направлении, переключать и возвращать их обратно, переключать и выталкивать их, переключать и снова перемещать обратно. Другими словами, электроны будут менять направление четыре раза в течение одного цикла синусоиды. Если преобразователь работает на частоте 680 000 герц, это означает, что каждый цикл завершается за (1/680 000) или 0,00000147 секунды. Одна четверть этого составляет 0,0000003675 секунд.

Со скоростью света электроны могут пройти 0,0684 мили (0,11 км) за 0,0000003675 секунды. Это означает, что оптимальный размер антенны для передатчика на частоте 680 000 Гц составляет около 361 фута (110 метров). Итак, AM-радиостанциям нужны очень высокие башни. С другой стороны, для сотового телефона, работающего на частоте 900 000 000 (900 МГц), оптимальный размер антенны составляет около 3 дюймов или 8,3 сантиметра. Вот почему сотовые телефоны могут иметь такие короткие антенны.

Возможно, вы заметили, что антенна АМ-радио в вашем автомобиле не находится на высоте 90 футов (90 футов).1 метр) в длину — это всего пара футов в длину. Если бы вы сделали антенну длиннее, прием был бы лучше, но AM-станции настолько сильны в городах, что на самом деле не имеет значения, является ли ваша антенна оптимальной длины.

Вы можете задаться вопросом, почему, когда радиопередатчик что-то передает, радиоволны стремятся распространяться в пространстве от антенны со скоростью света. Почему радиоволны могут распространяться на миллионы миль? Почему антенна просто не имеет магнитного поля вокруг себя, близко к антенне, как вы видите с проводом, присоединенным к батарее? Один простой способ представить это таков: когда ток входит в антенну, он действительно создает магнитное поле вокруг антенны.

Мы также видели, что магнитное поле создает электрическое поле (напряжение и ток) в другом проводе, расположенном рядом с передатчиком. Оказывается, в космосе магнитное поле, создаваемое антенной, индуцирует в пространстве электрическое поле. Это электрическое поле, в свою очередь, индуцирует другое магнитное поле в пространстве, которое индуцирует другое электрическое поле, которое индуцирует другое магнитное поле, и так далее. Эти электрические и магнитные поля (электромагнитные поля) индуцируют друг друга в пространстве со скоростью света, распространяясь наружу от антенны.

Аналоговое и цифровое радио

Хотя аналоговые источники радиосигналов все еще широко распространены, цифровые сигналы, такие как Wi-Fi и Bluetooth, взяли верх. В 2009 году США обязали большинство эфирных аналоговых телестанций перейти на цифровые передатчики. Для многих радиостанций также доступен цифровой формат, известный как HD Radio. Тем не менее, FM-сигналы остаются текущим стандартом, вероятно, потому, что большое количество старых транспортных средств на дороге по-прежнему используют тюнеры AM/FM.

Преимущества, обеспечиваемые цифровой радиопередачей, — точность и безопасность. Цифровые сигналы переносят гораздо более высокие скорости передачи данных, необходимые для обеспечения таких вещей, как видео высокой четкости или беспроводной доступ в Интернет. Приемник также не получает никакого шума и статики, которые всегда присутствуют в аналоговых передачах. Однако фактический способ передачи может быть сложным.

Поскольку радиоволны являются традиционным аналоговым сигналом, передатчик должен преобразовывать свои данные с помощью цифро-аналогового преобразователя . Как только приемная антенна улавливает сигнал, она затем должна «расшифровать» данные обратно в их первоначальную форму, используя аналого-цифровой преобразователь . Этот метод кажется слишком сложным, но он позволяет выполнять такие действия, как шифрование данных.

По сути, приемная антенна должна иметь правильные инструкции для расшифровки цифровых данных, преобразованных передатчиком. Без этих инструкций доступ к данным невозможен. Вот почему люди обычно не могут получить доступ к вашему Wi-Fi или Bluetooth без сопряжения с правильными устройствами. Этот процесс также помогает уменьшить радиопомехи в воздухе. Аналоговые радиосигналы, с другой стороны, могут быть доступны любому человеку, находящемуся поблизости с работающей антенной.

Radio FAQ

Могу ли я слушать радио на своем компьютере?

Вы можете слушать радио на своем компьютере, хотя оно передается в цифровом виде через подключение к Интернету. Поищите в Интернете свою любимую радиостанцию, чтобы узнать, можете ли вы настроиться на нее с ее веб-сайта. Если вы не уверены, как называется станция, или предпочитаете просматривать различные станции, зайдите на сайт www.radio-locator.com для поиска по городу, почтовому индексу, позывному, формату или стране (если вы ищете для международного радио).

Могу ли я слушать радио на своем телефоне?

Некоторые радиостанции имеют собственные приложения для прослушивания через смартфон. Приложение TuneIn — отличный способ просматривать и слушать популярные радиостанции. Вы можете использовать бесплатную версию и слушать рекламу или заплатить за работу без рекламы за 9,99 долларов США в месяц после бесплатной 7-дневной пробной версии.

Радио не работает?

Существует довольно много споров о том, исчезает ли радио или нет. Потоковая музыка составила серьезную конкуренцию традиционному радио. Однако, если вы посмотрите на что-то вроде популярной Apple Music 1 от Apple, окажется, что, возможно, просто меняется формат радио, а не его потребление людьми.

Много дополнительной информации

Статьи по теме

Другие полезные ссылки

Ранняя история радио США
Национальная радиоастрономическая обсерватория

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks. com:

Marshall Brain & Talon Homer «Как работает радио» 7 декабря 2000 г.
HowStuffWorks.com. 22 июня 2023 г.

Citation

Как работает радио | Как работает

Вот лишь некоторые из повседневных технологий, которые зависят от радиоволн:

Содержание

Самое простое радио
(Немного) более сложное радио
Основы радио: части
Простые передатчики
Создание собственного простого передатчика
Передача информации
Прием AM-сигнала
Самый простой AM-приемник
Основы антенны
Антенна: примеры из жизни
Аналоговое и цифровое радио