Электрика-это просто!.ru
Наш адрес-elektrikaetoprosto@yandex.ru

Диапазоны радиоволн.

Как работает передатчик.

Как работает приемник.





Приемники и передатчики.


Что такое радиоволны.
Различные диапазоны радиоволн.
Как работает передатчик.
Как работает приемник.
Детекторный приемник.
Приемник прямого усиления.
Супергетеродин.
Регенеративный приемник.
Приемник прямого преобразования.

Электрический ток, протекая в каком либо проводнике, порождает электромагнитное поле, распостраняющееся в окружающем его пространстве.
Если этот ток является переменным, то электромагнитное поле способно наводить(индуцировать) Э. Д. С. в другом проводнике, находящемся на каком то удалении - осуществляется передача электрической энергии на расстояние.


Подобный метод передачи энергии не получил пока широкого применения - весьма высоки потери.
Но для передачи информации, он используется уже более ста лет, и весьма успешно.

Для радиосвязи используются электромагнитные колебания, так называемого, радиочастотного диапазона направленные в пространство - радиоволны. Для наиболее эффективного излучения в пространство используют антенны различных конфигураций.

Полуволновой вибратор.

Простейшая антенна - полуволновой вибратор, состоит из двух отрезков провода, направленных в противоположные стороны, в одной плоскости.

Общая длина их составляет половину длины волны, а длина отдельного отрезка - четверть. Если один из концов вибратора направлен вертикально, вместо второго может использоваться земля, или даже - общий проводник схемы передатчика.

Например, если длина вертикальной антенны составляет - 1 метр, то для радиоволны длиной 4 метра (диапазон УКВ) она будет представлять наибольшее сопротивление. Соответственно, эффективность такой антенны будет максимальной - именно для радиоволн этой длины, как при приеме, так и при передаче.

Говоря по правде, в диапазоне УКВ, наиболее уверенный прием должен наблюдаться, при горизонтальном расположении антенны. Это связано с тем, что передача в этом диапазоне с частотной модуляцией на самом деле, выполняется чаще всего, с помощью горизонтально расположенных полуволновых вибраторов. Поэтому, именно - полуволновой вибратор(а не четвертьволновой) будет являться более эффективной приемной антенной.

Различные радиоволновые диапазоны.

Радиоволны делятся на различные радиодиапазоны, в зависимости от их длины. Что такое - длина радиоволны? Радиоволны распостраняются со скоростью света(который сам по себе является одним из диапазонов электромагнитных колебаний). За секунду, они распостраняются на расстояние около 300000 километров. Разделив это расстояние на частоту электромагнитных колебаний можно узнать их длину волны.

Например, колебания частотой от 3 до 30 Кгц. порождают радиоволны сверхдлинного диапазона. Соответственно, длина сверхдлинных радиоволн лежит в пределах от 10 до 100 километров. Передача информации на большие расстояния, в этом диапазоне возможна, с применением очень больших передающих антенных устройств(более километра) и очень мощных передатчиков. Сверхдлинные волны применяют для дальней подводной связи.

Колебания частотой от 30 до 300 Кгц вызывают радиоволны длинноволнового диапазона. Их длина от 1 до 10 километров. Они способны огибать земную поверхность, за счет явления - дифракции. Дифракцией радиоволн называют их способность огибать в той или иной степени препятствия, лежащие на пути распостранения - выпуклость земного шара, горы, строения и. т. д.

Дифракция возникает в результате возбуждения радиоволной высокочастотных колебаний на поверхности препятствий. Эти колебания вызывают в свою очередь вторичное излучение радиоволн, проникающих в области пространства затененные от передающей антенны радиопередатчика. Часть энергии радиоволн при этом неизбежно теряется - на нагрев поверхности.

Передающие антенны длинноволнового диапазона довольно велики, как и мощность передатчика.


Главным достоинством длинных волн, является возможность очень устойчивой связи, на большое расстояние - без ретранслятора.

Частоты от 0,3 до 3Мгц - принадлежат средневолновому диапазону, от 3 до 30Мгц - коротковолновому. Волны этих диапазонов способны отражаться от различных слоев ионосферы, что способствует сверхдальней связи, при относительно невысокой мощности передатчика и небольших размерах передающей антенны.
Наряду с отражением имеет место частичное поглощение, возрастающее с увеличением длины волны.

Отражение и поглощение в ионосфере также связано с концентрацией электронов - величиной непостоянной. Ее изменения носят циклический характер - суточные, сезонные и связанные с 11-летним солнечным циклом, но нередко случаются и внезапные изменения - из за вспышек на солнце и падения метеорных потоков.


Частоты от 30Мгц до 3Ггц - радиоволны ультрокороткого(метрового и дециметрового) диапазона. Радиоволны этого диапазона хорошо поглощаются земной поверхностью и проходят через ионосферу - устойчивая связь возможна до линии горизонта. Плюсом здесь является качественная связь, при крайне малой мощности передатчика - и сответственно,возможности миниатюризации его размеров.


Сверхвысокочастотный диапазон 3 - 30Ггц(сантиметровый) используется для космической связи. Электромагнитные колебания такой частоты по своим свойствам вплотную приближаются к свету. Их можно легко фокусировать с помощью сферических отражателей, для передачи на очень большие расстояния.




Как устроен радиопередатчик?

Основой любого радиопередатчика является - задающий генератор несущей частоты.


Эта схема генератора,сама вполне может служить маломощным передатчиком(при наличии антенны). Электромагнитные колебания генерируемой им частоты, сами по себе не несут никакой полезной информации. Что бы появилась возможность ее передачи, необходимо изменить несущую частоту, промодулировав ее полезным сигналом.

Применяются три вида модуляции - амплитудная, частотная и фазная. При амплитудной модуляции меняется амплитуда несущей частоты, в такт с амплитудой информационного сигнала. Частотная модуляция обуславливает девиацию (отклонения) несущей частоты в такт с амплитудой полезного сигнала. При фазной модуляции, подобное происходит соответственно, с фазой колебаний несущей частоты.

Процесс модуляции осуществляется с помощью различных электронных схем. Например, для частотной модуляции необходимо воздействовать на такие параметры задающего генератора, как емкость или индуктивность его колебательного контура. Если подать на переход база - эмиттер транзистора переменное напряжение низкой частоты, это вызовет изменение его емкости, с периодом поданной частоты. Соответственно, произойдет частотная модуляция задающего генератора.

Если собрать подобную схему, используя самые распостраненные высокочастотные транзисторы (например кт315), микрофон динамического типа, можно получить простейший радиомикрофон. С катушкой L1, состоящей из одного витка одножильного провода диаметром 1-1,5 см, он будет перекрывать радиовещательный диапазон FM.

Сигнал от такого устройства можно принимать на расстоянии от 50, до 150 метров, в зависимости от чувствительности используемого приемника. Точная подстройка осуществляется конденсатором С5.
Устройства для прослушки - жучки, собирают по схожим схемам.
Если требуется большая дальность передачи, сигнал задающего генератора необходимо дополнительно усилить, с помощью выходного усилителя мощности и подать на передающую антенну.

Простейшей передающей антенной может служить отрезок провода, с длиной в четверть длины излучаемой волны. Для амплитудной модуляции необходимо, что бы выходная мощность передатчика менялась согласно с периодом колебаний частоты полезного сигнала. Для этого используется воздействие усиленного полезного сигнала, на выходной усилитель мощности.

Устройство радиоприемника.

Пространство буквально набито электромагнитными колебаниями разной длины и силы. Первоочередной задачей радиоприема является выделение из этой массы сигнала определенной радиостанции. Входные цепи приемника содержат в себе селектор, на основе колебательного контура. Настроенный на определенную частоту он хорошо пропускает сигнал радиостанции, на этой частоте транслирующей.

Дальнейшим этапом идет усиление полученого радиочастотного сигнала и выделение (детектирование) из него полезной информационной составляющей. В зависимости от вида модуляции принимаемого сигнала применяются различные схемы амплитудных и частотных детекторов. Причем,большинство существующих схем частотного детектора разработаны для приемников с преобразованием частоты - супергетеродинов.

Детекторный приемник.

Детекторный приемник самое простое устройство, позволяющее произвести прием радиовещательных радиостанций, использующих амплитудную модуляцию. Классический детекторный приемник рассчитанный на прием в диапазоне длинных и средних волн состоит из колебательного контура, амплитудного детектора, собранного на одном диоде и высокоомных головных телефонов (наушников, говоря по-просту). Рисунок иллюстрирующий принцип работы амплитудного детектора


На рисунке диод "обрезает" отрицательную составляющую радиосигнала. Затем, фильтрующая емкость производит выделение огибающей выпрямленного сигнала высокой частоты - получается сигнал низкой частоты. Вот так, может выглядеть схема реального детектороного приемника.


В качестве колебательного контура можно использовать конденсатор переменной емкости(C1), от любого неисправного промышленного приемника и магнитную антенну от него же. Наушники - старинные головные телефоны ТОН-2.

У такого приемника нет усилителя, поэтому радиосигнал на его входе должен быть достаточно силен. Отсюда - обязательно подключение протяженной (не менее 10 метров) внешней антенны и заземления.



Приемник прямого усиления.

Без внешней антенны и заземления можно обойтись, модернизировав детекторный приемник - добавив к нему усилитель высокой частоты(УВЧ).


Такое устройство называется - приемник прямого усиления. Теперь приемник уже не нуждается во внешней антенне и заземлении - напряжения усиленного сигнала, полученного с магнитной антенны достаточно, для работы детектора. Добавив усилитель звуковой частоты(УЗЧ) и динамик, получим почти полноценный карманный транзисторный приемник, позволяющий прослушивать радиопередачи, без наушников.


Почему почти? Селективность(избирательность)входного контура такого приемника невысока, и в случаe приема нескольких радиостанций близкого диапазона, их сигналы будут сильно мешать друг - другу.

Эта проблема становится тем актуальней, чем меньше длина волн перекрываемого диапазона. Практически, диапазон коротких волн - уже не доступен для приемников, собранных по такой схеме. Кроме того, поднимать чувствительность до необходимых пределов, с помощью широкополосных высокочастотных каскадов крайне сложно, из-за их самовозбуждения.

Регенеративный приемник.

Хотя, по правде говоря, существует способ повышения селективности одиночного колебательного контура. Если связать его, с выходом одного из каскадов УВЧ приемника, то при определенном уровне положительной обратной связи, электромагнитные колебания контура на резонансной частоте, перестают быть затухающими, восстанавливаются - регенерируют. Это ведет к резкому увеличению добротности контура, и, соответствено - улучшению его селективности.

Это дает возможность расширить область приема, вплоть до диапазона коротких волн. Минусом здесь является крайняя неустойчивость работы - малейшее снижение уровня обратной связи ведет к срыву регенерации, повышение чревато самовозбуждением каскада УВЧ. Поэтому, регенеративные приемники постепенно были вытеснены супергетеродинами.

Супергетеродин.

Супергетеродин, приемник с преобразованием частоты - это наиболее распостраненная схема. Она содержит в себе маломощный генератор колебаний промежуточной частоты - гетеродин.

Частота генерации гетеродина меняется одновременно с изменением настройки входной частоты. Для этого применяется двухсекционный конденсатор переменной емкости - одна секция использована в входном колебательном контуре, вторая - в контуре гетеродина.

Причем, гетеродин настроен так, что разница между собственной его частотой и частотой радиосигнала остается примерно неизменной на протяжении всего перестраевомого диапазона. Это и есть промежуточная частота, которая выделяется в смесителе - каскаде где обе частоты встречаются. Причем, полученная таким образом промежуточная частота оказывается промодулированой полезным сигналом.

Далее, происходит усиление промежуточной частоты каскадами усилителя промежуточной частоты. Такие каскады имеют повышенный коэффициент усиления только на этой частоте, что исключает самовозбуждение усилителя. После усиления промежуточной частоты, происходит детектирование и окончательное усиление полезного сигнала. Супергетеродин обеспечивает высокую селективность и достаточную чувствительность для работы во всех радиовещательных диапазонах.

Кроме того, появляется возможность приема и детектирования частотно - модулированных сигналов на частотах УКВ, что значительно улушает качество воспроизведения звука. Самая распостраненная схема частотного детектора - балансная, содержит в себе два контура, настроенных на несущую частоту с некоторым отклонением - слегка рассогласоваными. Частота первого из них настраивается несколько выше, а второго - несколько ниже промежуточной частоты.

Модулированная промежуточная частота отклоняясь от своего среднего значения наводит колебания(может быть - звуковые) полезного сигнала выделяемые на резисторах R1 и R2.

Приемник прямого преобразования.

Существует однако, еще один вид приемников, способных вести прием сигнала во всех диапазонах и любой модуляции - без детектора.
Речь идет о приемниках прямого преобразования - гетеродинных или синхродинов, как их еще называют. Схема синхродина содержит в себе смеситель, гетеродин и усилитель звуковой частоты. Прием осуществляется следующим образом - полезный сигнал попадает из антенны на смеситель, куда постоянно подаются высокочастотные колебания от гетеродина(его частоту можно менять).

Как только частоты полезного сигнала и гетеродина совпадают - на выходе смесителя возникают биения с частотой модуляции, - т. е. низкочастотная информативная составляющая. Полученный сигнал можно возпроизвести, после достаточного усиления. Несмотря на свою простоту и эффективность, схема прямого преобразования получила лишь ограниченное распостранение - из-за недостаточно высокого качества передачи музыки и речи.

На главную страницу
В начало

Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт "Электрика это просто".