Všeobecná schéma rádiovej komunikácie je pomerne jednoduchá: v rádiovom vysielači vytvára špeciálny generátor vysokofrekvenčné elektrické oscilácie, ktoré sa potom zmiešajú s užitočným signálom (modulujú) a keď vstúpia do antény, premenia sa na elektromagnetické vlny šíriace sa vo vesmíre. Po dosiahnutí antény prijímača v nej elektromagnetické vlny indukujú striedavý prúd, ktorý sa zosilní, demoduluje a privedie do prehrávacieho zariadenia.

Zdanlivá jednoduchosť tejto schémy ukrýva desaťročia vytrvalého výskumu a experimentov niekoľkých generácií vedcov. A hoci sú základné princípy vysielania a prijímania elektromagnetických vĺn staré viac ako 100 rokov, vedci stále bojujú s ich pribúdaním a znižovaním, pribúdaním a znižovaním, zlacňovaním a... Realita však zďaleka nie je ideálna – nárast na jednom mieste často vedie k poklesu iného. A neexistuje žiadna hranica dokonalosti.

VYSIELAČ

Princíp vysielača možno pochopiť z jednoduchej skúsenosti. Na jeho vykonanie budete potrebovať batériu, pár kusov drôtu, továreň alebo domáci kompas. Primitívny kompas je veľmi jednoduchý na výrobu: bežnú oceľovú šijaciu ihlu pretrite magnetom, prepichnite ňou kúsok peny alebo iného ľahkého izolačného materiálu a vložte štruktúru do šálky alebo tanierika s vodou. Ihla improvizovaného kompasu sa musí nevyhnutne otočiť na sever. Teraz je všetko pripravené na zostavenie vysielača.

Ak položíte drôt v blízkosti strelky kompasu vo vzdialenosti 3-5 cm a potom ním premostíte póly batérie, môžete v okamihu pripojenia zaznamenať miernu odchýlku alebo pohyb šípky. To naznačuje, že ste dostali magnetické pole z elektrického prúdu (pola). Všimnite si, že k vychýleniu šípky dochádza len vtedy, keď je drôt zatvorený a otvorený. To naznačuje, že magnetické pole sa objaví iba vtedy, keď sa zmení smer prúdu, v našom prípade na začiatku a na konci. Vedeckejšie: pohyb elektrónov vytvára vo vodiči elektrické pole, zmeny, ktorých zmeny vytvárajú okolo vodiča magnetické pole a toto pole ovplyvňuje šípku. Jednoduché a priamočiare. Objavili sme fenomén elektromagnetickej indukcie, ktorý Michael Faraday urobil nezávisle od nás už v roku 1831. Takže vavríny objaviteľa nám, žiaľ, nepatria.

Faradayova skúsenosť.

Skomplikujme si zážitok. Vezmite dva drôty a umiestnite ich paralelne vo vzdialenosti asi 3–5 cm od seba. Pripojte citlivý voltmeter (tester alebo mikroampérmeter) k druhému drôtovému obvodu. Teraz, keď pripájate prvý vodič k batérii, zariadenie by malo zaznamenať výskyt prúdu v druhom vodiči. Prúd je samozrejme veľmi malý a vaše zariadenie nemusí mať dostatočnú citlivosť na jeho zaznamenanie. Ale verte mi, je to tak. Preniesli sme energiu na krátku vzdialenosť. Mimochodom, toto urobil nezávisle aj Heinrich Hertz v roku 1889.

Poďme si to zhrnúť:

• Napätie batérie vytvára tok elektrónov v prvom vodiči;
• Pohybujúce sa elektróny vytvárajú okolo drôtu magnetické pole;
• Magnetické pole ovplyvňuje druhý vodič a spôsobuje pohyb elektrónov alebo elektrického poľa v ňom;
• Elektrické pole v druhom vodiči sa objaví iba pri zmene magnetického poľa, to znamená v okamihu zapnutia alebo vypnutia.

Dospeli sme k dôležitému záveru, že pri zmene elektrického poľa sa mení magnetické pole a jeho energia sa môže prenášať bezdrôtovo. Aby sa magnetické pole šírilo na veľkú vzdialenosť, náš vysielač nemá dostatočný výkon. Diaľkový rádiový prenos vyžaduje výkonný alternátor – zariadenie, ktoré by nezávisle „zapínalo a vypínalo“ prúd alebo menilo jeho polaritu. Okrem toho by frekvencia oscilácií generátora mala byť pomerne vysoká (napríklad pre stredné vlny najmenej 300 kHz). Čím vyššia je frekvencia generátora, tým menej energie sa spotrebuje na prenos a tým menšie antény budú potrebné. Ale zvýšenie frekvencie kladie prísnejšie požiadavky na prvky rádiového vysielača. Potrebujeme viac vysokofrekvenčných (čítaných - drahých) prvkov a stabilnejší generátor.

Zložitosť výroby a ladenia prvkov a zostáv vysielača (a tiež prijímača) priamo závisí od frekvencie. Čím vyššia je frekvencia, tým náročnejšia je výroba a tým vyššie náklady. Na druhej strane, odchýlka frekvencie ovplyvňuje koordinovanú prevádzku vysielača a prijímača. Napríklad 1 % odchýlka vo frekvencii vysielača so strednou vlnou (300 kHz) spôsobí zmenu frekvencie ± 3 kHz, čo je všeobecne prijateľné. 1 % odchýlka od vysielača pracujúceho na 450 MHz poskytne frekvenčnú odchýlku ± 4,5 MHz. A to je širšie ako rozsahy dlhých, stredných a čiastočne krátkovlnných dohromady!

Na úsvite rádiového inžinierstva sa generátory iskier používali ako generátor vysokofrekvenčných oscilácií, pri ktorých medzi kontaktmi prekĺzla silná iskra a vytvorila magnetické pole. Príkladom takéhoto zariadenia je sviečka v motore auta, ktorá počas prevádzky vytvára elektromagnetické pole, no, žiaľ, tieto „rádiové vlny“ neprinášajú radosť ani majiteľom áut, ani majiteľom rádií nachádzajúcich sa v blízkosti. Potom začali vysielače používať elektrický oblúk – nepretržitú „iskru“. Príkladom "domácnosti" je elektrický zvárací stroj. Neskôr sa objavili takzvané strojové generátory, v ktorých magnetické pole vytváral elektromotor. Technológia sa vyvinula a dnes polovodičové zariadenia nahradili iskry, generátory, vákuové elektrónky a mnohé z toho, čo sa vo svojej dobe považovalo za klasické. Ale napriek pokrokom v elektronike, moderné vysielače používajú rovnaké princípy ako v počiatkoch rádia.

Prvé rádiové vysielače fungovali v telegrafnom režime, t.j. správy sa prenášali bodkami a čiarkami morzeovky. Pre takéto systémy nebola dôležitá kvalita signálu, ale dôležitá bola jeho prítomnosť. Je celkom ľahké rozlíšiť bodku od pomlčky v akejkoľvek kvalite prenosu. Začiatok sa skomplikuje s príchodom hlasovej komunikácie. Boli potrebné nové objavy a tie sa neváhali objaviť.

Povedzme, že sme postavili vysokofrekvenčný oscilátor. Čo bude ďalej? Ako dosiahnuť, aby elektromagnetické vlny „niesli“ užitočné informácie, najmä náš hlas? V roku 1900 americký inžinier Reginald Fessenden navrhol na tieto účely použiť moduláciu. Pozrime sa na tento proces bližšie.

Užitočným zvukovým signálom, ako je hlas, sú akustické vibrácie alebo zvukové vlny. Je zrejmé, že tieto vibrácie musia byť prevedené na elektrickú formu. Nebudeme sa týmto procesom podrobne zaoberať, pretože by mal byť každému dobre známy zo školského kurzu fyziky. Pre tých, ktorí zabudli, nezabudnite, že konverzia sa zvyčajne vykonáva pomocou mikrofónu.

Povedzme, že máme elektrický signál zvukovej frekvencie a máme vysokofrekvenčnú elektromagnetickú vlnu – nosič. To znamená, že máme informácie a dopravcu, ktorý ich prepraví. Ako „nahrať“ elektromagnetickú vlnu zvukom? Na to slúži modulácia.

Modulácia je proces kombinovania informačného signálu, v našom prípade zvukového signálu, s frekvenciou generátora. Modulácia určitým spôsobom mení tvar VF kmitov a môže byť niekoľkých typov. V rádiovej komunikácii sa najčastejšie používa amplitúdová modulácia (AM) a frekvenčná modulácia (FM).

Modulačný princíp.

Ako vidíte, všetko je veľmi jednoduché. Modulačný signál mení buď amplitúdu nosnej vlny, alebo jej frekvenciu. V oboch prípadoch je nosič zaťažený užitočným signálom. Prinútili sme elektromagnetickú vlnu, ktorá prenášala náš hlas, a ako výsledok sme dostali rádiový vysielač.

Zjednodušená bloková schéma rádiového vysielača.

Samozrejme, v praxi je všetko oveľa zložitejšie, pretože je stále potrebné zosilniť signál, odfiltrovať šum a rušenie, zabezpečiť možnosť naladenia na rôzne frekvencie atď. A koľko rôznych servisných funkcií má obyčajná prenosná rozhlasová stanica alebo mobilný telefón! Sú to hovory konkrétnym účastníkom a ovládanie kanála alebo frekvencie a indikácia prevádzkových režimov atď. atď. Princíp fungovania sa však týmto nemení. Mimochodom, v moderných rádiových vysielačoch sú hlavné režimy ovládania zvyčajne priradené jednému mikroobvodu - mikroprocesoru, ktorý riadi prevádzku zariadenia a interakciu všetkých jednotiek.

PRIJÍMAČ

Zariadenia na príjem elektromagnetických vĺn používame všetci, no málokedy sa zamýšľame nad princípmi ich fungovania. Pri skúsenostiach opísaných vyššie sme sa mohli presvedčiť, že na príjem rádiových signálov stačí obyčajný kus drôtu. Ale drôt vám umožňuje iba detekovať signál. Aby ste ho mohli rozlíšiť od mnohých iných a počuť, je potrebné sofistikovanejšie vybavenie.

V prvých prijímačoch, ktoré vytvorili Popov a Marconi, sa na prenos informácií používal telegraf (bodky a čiarky Morseovej abecedy). O príjem signálov z konkrétnej rozhlasovej stanice sa vtedy zvlášť nestarali. Éter bol relatívne čistý. Navyše pri príjme telegrafných signálov sa nedalo premýšľať o jeho kvalite. Morseovu abecedu je možné preniesť aj tónom, prasknutím alebo vŕzganím. Hlavná vec je rozlíšiť bodku od pomlčky. Komunikačný dosah bol určený najmä výkonom vysielača a účinnosťou (rozmermi) antén. Ako záznamník signálu sa vtedy používal špeciálny prístroj - koherér, čo je sklenená trubica naplnená kovovými pilinami. Pri prechode elektrického signálu sa piliny spekali a stali sa vodičom prúdu.

Keď bol koherer zapojený do obvodu pozostávajúceho zo zdroja energie (batérie) a signalizačného zariadenia (zvonček alebo záznamník), bolo možné fixovať prijaté bodky a čiarky. Pri všetkej jednoduchosti metódy koherér neumožnil prijímať hlas. To si vyžadovalo zariadenia fungujúce na rôznych princípoch.

Rozvinuté rádio. Coherer bol nahradený citlivejšími zariadeniami, ako sú kryštálové detektory, kvapalinové barrettery, magnetické detektory atď. Veľkým úspechom bol príchod vákuových trubíc a polovodičových zariadení.

LADENIE DO VLNY

Na prácu vo vzduchu mnohých rádiových vysielačov bez vzájomného rušenia je každému z nich pridelená presne definovaná frekvencia. Na túto frekvenciu musí byť zase naladené aj rádio. Vo všetkých rádiových prijímačoch sa na to používa oscilačný obvod - špeciálne zariadenie, ktoré je uzavretým obvodom pozostávajúcim z tlmivky a kondenzátora. Cievka (niekedy označovaná jednoducho ako indukčnosť) je vinutý drôt a kondenzátor je tesne umiestnená kovová platňa, ktorá umožňuje ukladanie náboja (elektrickej energie).

Oscilačný obvod.

Ak pripojíte batériu k doskám (vedeckejšie - doskám) kondenzátora, objaví sa na nej elektrický náboj. Je ľahké uhádnuť, že doska pripojená k zápornému pólu batérie sa bude nabíjať záporne a pripojená k kladnému pólu - kladne. Na platničkách sa objaví elektrické napätie, ktoré sa bude zvyšovať, až kým sa kondenzátor nenabije na hranicu zodpovedajúcu jeho elektrickej kapacite. Čím väčšia je kapacita kondenzátora, tým väčší náboj do neho pri danom napätí „vstúpi“, tým viac elektrickej energie sa bude koncentrovať v elektrickom poli medzi platňami.

Uložená energia zostane v kondenzátore aj po odpojení batérie. Ak je nabitý kondenzátor pripojený k induktoru, nahromadený náboj spôsobí, že cez cievku pretečie elektrický prúd. A už vieme, že okolo akéhokoľvek vodiča s elektrickým prúdom vzniká magnetické pole. Elektrická energia kondenzátora sa v cievke premení na magnetickú energiu, ktorá vytvorí magnetické pole.

Energia uložená magnetickým poľom, samozrejme, nemôže zmiznúť bez stopy, musí niekam ísť (prejsť do iného typu energie). Akokoľvek sa to môže zdať paradoxné, magnetická energia spôsobí, že sa v cievke objaví elektrické pole, z ktorého vznikla. V cievke sa objaví prúd, ktorého napätie začne nabíjať kondenzátor.

Poďme si to zhrnúť:

Vonkajší vplyv.

• Externé napätie nabíja kondenzátor;
• Po nabití kondenzátora na maximum sa napätie vypne.

Autonómna práca.

• Kondenzátor sa vybíja cez cievku;
• V cievke sa vytvára elektrické pole;
• Elektrické pole vytvára okolo cievky magnetické pole;
• Po ukončení vybíjania kondenzátora magnetické pole dosiahne maximum (v obvode nie je prúd);
• Magnetické pole sa začne "vracať" do cievky;
• Vplyv magnetického poľa spôsobuje elektrické pole v cievke (vytvára sa prúd);
• Na doskách kondenzátora sa objaví napätie;
• Napätie nabíja kondenzátor;
• Náboj dosahuje maximum, magnetické pole minimum;
• Kondenzátor sa začne vybíjať cez cievku;
• Cievkou preteká prúd, ktorý vytvára elektrické pole ... a tak ďalej.

Je potrebné poznamenať, že každý cyklus prenosu energie medzi elektrickým a magnetickým poľom spôsobuje zmenu smeru prúdu v obvode, a preto sa náboj na doskách kondenzátora mení z kladného na záporný a naopak. Celý cyklus procesov vyskytujúcich sa v obvode sa nazýva oscilácia, a preto sa obvod nazýva oscilačný.

Myšlienka vytvorenia "večného stroja" založeného na oscilačnom obvode sa navrhuje. Žiaľ, „pod Mesiacom nič netrvá večne“ a po čase sa oscilácie prúdu v obvode zastavia, rovnako ako sa postupne tlmia oscilácie kyvadla. Koniec koncov, vodiče, z ktorých je obvod vyrobený, majú elektrický odpor, kvôli ktorému sa časť energie vynakladá na jeho prekonanie a mení sa na teplo. Toto je hlavná príčina straty energie v okruhu.

Oscilácie v elektrickom obvode sa vyskytujú s veľmi vysokou frekvenciou - tisíckrát a miliónkrát za sekundu, t.j. tisíce a milióny hertzov. Táto frekvencia je určená kapacitou kondenzátora a indukčnosťou cievky. Čím väčší je počet závitov cievky, tým menšia je jej indukčnosť (tým rýchlejšie sa mení prúd v obvode). Čím menšia je kapacita kondenzátora, tým menej času trvá jeho nabíjanie a vybíjanie. Zmenou hodnoty kapacity alebo indukčnosti je jednoduché naladiť obvod na ľubovoľnú frekvenciu.

ČAS POZRIEŤ SA

Teraz môžeme konkrétnejšie vysvetliť, ako vysielač funguje.

Elektromagnetické pole vzniká pri elektrických osciláciách v obvode, t.j. v uzavretom okruhu obsahujúcom kondenzátor a tlmivku. Pri každej zmene smeru elektrického prúdu v obvode sa okolo neho objaví meniace sa magnetické pole a to (podľa Maxwellovej teórie aj z praxe) nevyhnutne generuje elektrické pole. Zdá sa, že uzavreté siločiary polí sú oddelené od dosiek kondenzátora a sú poslané na cestu do vesmíru.

NA ČO TO VŠETKO JE?

Netrpezliví čitatelia by sa mohli pýtať. Prečo toľko ťažkostí, pretože hovoríme o rádiovej komunikácii? Faktom je, že celá veda o vysielaní a prijímaní rádiových signálov (a nielen jej) je založená na oscilačnom obvode.

Keď je obvod vystavený vonkajšej energii, napríklad striedavému elektrickému prúdu, vznikajú v ňom takzvané vynútené kmity. Ak sa frekvencia signálov zhoduje s frekvenciou kmitov obvodu, dôjde k javu rezonancie - amplitúda kmitov dosiahne najväčšiu hodnotu. V tomto prípade nie je potrebné zvyšovať amplitúdu privádzaného kmitania, je len potrebné, aby sa frekvencia týchto kmitov rovnala ladiacej frekvencii obvodu. Práve tento jav umožňuje naladiť prijímač na konkrétnu frekvenciu a spomedzi mnohých iných zvýrazniť požadovanú stanicu. Fyzikálnu podstatu tohto javu možno demonštrovať na príklade hojdačky. Aby sa nezastavili, je potrebné ich včas potlačiť vlastnými vibráciami. Aj keď je každé stlačenie veľmi slabé, prenesie malú časť energie do hojdačky a postupne sa môžu hojdať dosť tvrdo. Elektrický obvod dokážete „rozhýbať“, ak mu včas dodáte energiu vlastnými vibráciami. Z elektrických vibrácií rôznych frekvencií obvod vyberie len tú, ktorá spôsobí jav rezonancie. Zo slabého postrčenia bude obvod postupne akumulovať významnú energiu. Samozrejme, obvod nebude schopný zbierať "šoky" a nekonečne zvyšovať amplitúdu kmitov. Čím väčšia je amplitúda napätia na obvode, tým väčší prúd ním preteká a samozrejme aj väčšia strata (viac energie sa rozptýli vo forme tepla).

Oscilačný obvod "prechádza" len rezonančnou frekvenciou.

Ak chcete obvod naladiť na rezonanciu, musíte zmeniť jeho frekvenciu. Ako už bolo uvedené, dosiahne sa to zmenou parametrov indukčnosti alebo kapacity. Technologicky je jednoduchšie meniť kapacitu ako indukčnosť, preto sa využíva hlavne zmena kapacity. Klasickým prvkom umožňujúcim zmenu kapacity je variabilný kondenzátor (CVC), ktorý slúži na ladenie rezonančnej frekvencie.

Vľavo je schematický KPE prístroj. Na pravej strane je vzhľad dvojdielneho KPI.

Predtým bolo jediným ladiacim zariadením mechanické KPI, ale v procese vývoja rádia sa objavili pohodlnejšie a spoľahlivejšie prvky. Napríklad varikap je polovodičový prvok, v ktorom sa mení kapacita zmenou riadiaceho napätia. Alebo takzvaný elektronický ekvivalent kondenzátora, čo nie je tradičné zariadenie s dvoma doskami, ale integrovaný obvod, ktorý funkčne plní rovnaké úlohy.

Teraz vieme, ako vybrať požadovanú frekvenciu z éterického chaosu. Čo bude ďalej? Takto prijímané signály sú totiž vysokofrekvenčné a náš hlas je nízkofrekvenčný zvukový signál.

BEH SPÄŤ

Urobme malú odbočku. Je čas zapamätať si antény. Tieto zariadenia umožňujú zachytávať (a vysielať) elektromagnetické vlny. Možno si niekto bude lámať hlavu nad tým, prečo sa reč o nich nezačína na začiatku príbehu. Nie je to chyba. Po opísaní oscilačného obvodu sme zámerne nastolili otázku antén, pretože anténa je v skutočnosti tiež oscilačný obvod, ale so slabými rezonančnými vlastnosťami. Zvyčajne sa anténa považuje za indukčnú cievku a kapacita bude ... to, čo pôsobí ako jedna z kondenzátorových dosiek, druhá doska bude zemský povrch. Ukazuje sa, že aj parametre antény ovplyvňujú schopnosť prijímača prijímať konkrétnu rozhlasovú stanicu. Indukčnosť a kapacita antény je určená jej geometrickými rozmermi, dizajnom, materiálom atď. Je oveľa ťažšie navrhnúť anténu ako konvenčný oscilačný obvod pozostávajúci z cievky a kondenzátora. Od vynálezu rádia sa vedci snažia vytvoriť ideálnu anténu, ktorej účinnosť by bola maximálna a veľkosť minimálna. Ale, bohužiaľ, dokonalosť je nedosiahnuteľná.

Anténam sa venuje množstvo všemožných publikácií v rôznych zdrojoch, kto má o to záujem, môže sa „hrabať“ na internete. Nebudeme komplikovať už aj tak ťažký príbeh, ale dáme len všeobecné tézy.

Anténa je oscilačný systém a pre dosiahnutie maximálnej účinnosti musí byť naladená do rezonancie s prijímanou (v prijímači) a vysielacou (vo vysielači) frekvenciou.

Anténa je schopná prijímať signály všetkých rádiových frekvencií, no vďaka svojim vibračným vlastnostiam bude v určitom rozsahu, pre ktorý je určená, pracovať efektívnejšie.

Vo svojej najjednoduchšej forme je anténa kusom drôtu. V rádiách a vysokokvalitných prijímačoch je anténa pomerne zložitým dizajnom, od ktorého do značnej miery závisí schopnosť prijímača prijímať slabé signály.

CHOĎTE NA RECEPCIU

Vo všeobecnosti je proces prijímania signálu nasledujúci:

• Elektromagnetické vlny indukujú vysokofrekvenčné prúdy v anténe;
• Tieto prúdy sa privádzajú do vstupného obvodu;
• Obrys vyberá z množiny frekvencií len úzke pásmo, na ktoré je naladený;
• Od vysokofrekvenčného signálu je potrebné izolovať v ňom skrytý užitočný nízkofrekvenčný signál (zvuk, digitálne dáta);
• Elektrický signál nízkej frekvencie sa musí previesť buď na zvukový signál, ktorý je možné počuť, alebo, ak dochádza k výmene digitálnych údajov, na formu vnímanú koncovým používateľom.

PRIJÍMAČ DETEKTORA

Proces extrakcie zvuku alebo údajov z vysokofrekvenčného signálu sa nazýva demodulácia (proces reverznej modulácie) alebo inými slovami detekcia. Demoduláciu vykonáva detektor. Počas dlhej histórie rádia sa ako detektor používali rôzne zariadenia. Najprv to boli kryštálové, kvapalinové alebo magnetické detektory, potom sa objavili vákuové diódy (vákuové trubice) a nakoniec sa ako detektor začali používať polovodičové prvky.

Proces detekcie vysokofrekvenčného signálu je dobre vidieť na príklade detektorového rádiového prijímača - pradeda moderných komunikačných systémov.

Usmernenie elektrického prúdu pomocou diódy.

Schéma prijímača detektora a priebehy v rôznych bodoch.
1 - HF signál izolovaný oscilačným obvodom; 2 - signál po usmernení detektorom; 3 - LF signál privádzaný do slúchadiel.

Z RF signálov prijímaných anténou sa volí ten v rezonancii, s ktorým je naladený oscilačný obvod. Tvar vlny v bode 1 je amplitúdovo modulovaný vysokofrekvenčný signál. Úlohou detektora je „vystrihnúť“ kladnú polvlnu, ktorá obsahuje aj užitočnú informáciu v podobe zmien amplitúdy – takzvanej obálky (znázornenej prerušovanou čiarou). Ale vysokofrekvenčný signál nie je počuť, vyžaduje zvukovú frekvenciu. Na odstránenie vysokofrekvenčnej zložky je do obvodu za diódou zaradený kondenzátor, ktorého kapacita je zvolená tak, že prechádza len nízkofrekvenčnou zložkou signálu a vysokofrekvenčnou zložkou, tzv. hovoria v slangu rádiotechniky, je „skratovaný k zemi“. V dôsledku toho máme signál ekvivalentný tomu, ktorý vysiela rádiový vysielač.

Samozrejme, detektorové prijímače sa nepoužívajú na vážne úlohy a sú skôr akademického záujmu. Ale ich príklad možno použiť na sledovanie procesov prebiehajúcich v zložitejších rádiových prijímačoch.

Medzi nevýhody detektorových prijímačov patrí nízka citlivosť a selektivita (schopnosť prijímať konkrétnu stanicu bez rušenia inými stanicami s podobnou frekvenciou), slabá úroveň reprodukovaného signálu. Ako je zrejmé z diagramu, rádio detektora nemá ani zdroj energie - beží na energii rádiových vĺn. Úroveň tejto energie je taká nízka, že vám umožňuje na slúchadlách počúvať signály iba z výkonných blízkych rozhlasových staníc. Detektorový prijímač dokáže prijímať len amplitúdovo modulované signály, ktoré sa v súčasnosti využívajú najmä len v krátkovlnnom a stredovlnnom rozhlasovom vysielaní. V miestnom mestskom rozhlasovom vysielaní a televízii, v komunikačných systémoch sa používajú pokročilejšie typy modulácie: frekvenčná, fázová, pulzná atď.

Napriek nedostatkom bol pre mnohých našich pra či praprastarých rodičov a starých mám detektorový prijímač jediným oknom do informačného sveta rádia. S jeho pomocou sa od začiatku 20. storočia dve desaťročia prijímali rádiové signály. Ďalšie vynálezy dokonalejších obvodov a prvkov síce stlačili prvý prijímač, ale úplne ho nenahradili. Prijímače detektorov boli vylepšené a zdokonalené, zdobené a zdokonalené. Pre mnohých bola výroba detektorových prijímačov koníčkom, no pre niektorých sa stala profesiou. Až do začiatku tretieho tisícročia sa pre väčšinu chlapcov cesta k elektronike začínala výrobou detektorového prijímača, napriek jeho storočnému veku.

SUPERHETERODYNE

Revolúcia nastala v roku 1913, keď geniálny americký vynálezca Edwin Armstrong navrhol obvod pre superheterodynový prijímač. Okruh sa ukázal byť natoľko úspešný, že dodnes funguje na tomto princípe deväť z desiatich prijímačov. Význam tajomného slova superheterodyn je v tom, že vysokofrekvenčný signál zvolený vstupným obvodom sa najskôr prevedie na inú frekvenciu, konštantnú pre daný typ prijímača a následne na tejto takzvanej medzifrekvencii sa hlavný signál zosilní a rušivé sú oslabené. Vďaka stálosti medzifrekvencie v superheterodyn je možné dosiahnuť vysokú citlivosť a selektivitu prijímača relatívne jednoduchými prostriedkami.

Bloková schéma klasického superheterodynového prijímača.

Aké čaro má superheterodyn a prečo si získal takú popularitu?

Ako je zrejmé z blokovej schémy, ladenie rádiovej stanice sa vykonáva rovnakým oscilačným obvodom ako v prijímači detektora. Potom však začína zábava. Zvláštne slovo lokálny oscilátor je laditeľný oscilátor s nízkym výkonom (mimochodom, ktorý dal tomuto princípu názov). "Ale toto nie je vysielač - pýtate sa, - prečo je v prijímači generátor?" A budete sa úplne ... mýliť. Ukazuje sa, že generátor sa používa vo všetkých moderných prijímačoch, ale jeho funkcie sa líšia od funkcií vykonávaných v rádiových vysielačoch.

V prijímači oscilátor generuje oscilácie, ktoré sa potom pridávajú k rádiovej frekvencii. Okrem toho, ako je zrejmé z diagramu, frekvencia lokálneho oscilátora sa mení synchrónne spolu s nastavením vstupného obvodu (pomocou viacdielneho KPI). Je to potrebné, aby frekvencia signálu získaného po pridaní zostala vždy konštantná. Toto bude stredná frekvencia (IF). Nezávisí od zvoleného rozsahu ladenia a od frekvencie prijímanej rozhlasovej stanice. Stálosť IF získaného na výstupe mixéra umožňuje oveľa efektívnejšie odfiltrovať nežiaduce signály zo susedných rádiových vysielačov, bezdrôtové rušenie atď. Je to spôsobené tým, že je konštrukčne jednoduchšie vytvoriť kvalitný filter pre konštantnú frekvenciu ako pre meniacu sa frekvenciu. Medzifrekvencia sa volí tak, aby jej hodnota nespadala do frekvenčného rozsahu vysielacích rádiových staníc (zvyčajne 465 kHz v domácich zariadeniach a 455 kHz v dovážaných zariadeniach). Navyše relatívne nízky IF nie je taký náročný na kvalitu použitých prvkov (tranzistory, mikroobvody, filtre, kondenzátory). Môžu byť nízkofrekvenčné a teda lacnejšie.

Okrem izolácie signálu vstupným oscilačným obvodom prechádza signál ešte jedným laditeľným obvodom (za RF zosilňovačom, pozri schému). To umožňuje ďalej eliminovať nežiaduce vstupné signály. V elektrónkovej ére vývoja rádií boli superheterodynné prijímače vybavené niekoľkými rezonančnými stupňami, z ktorých každý sa nastavoval vlastnou sekciou KPI ovládanou spoločným gombíkom. Nástup kvalitných polovodičových zariadení umožnil zjednodušiť mechanickú časť obvodu a v budúcnosti úplne opustiť mechanické KPI. Variabilné mechanické kondenzátory sú v moderných rádiových prijímačoch veľmi zriedkavé.

"SUPER-SUPERHETERODIN" ALEBO SUPERHETERODINE S DVOJFREKVENČNOU KONVERZIOU

V prijímacej časti moderných rádiových staníc sa vo väčšine prípadov používa zložitejší typ superheterodynového obvodu. Takzvaný superheterodyn s dvojitou konverziou. Od bežného superheterododynu sa líši prítomnosťou druhého meniča a druhej medzifrekvencie. To umožňuje ešte väčšiu citlivosť, selektivitu a odolnosť voči šumu. Superheterodynový okruh s dvojitou konverziou je podobný konvenčnému superheterodynovému okruhu, ale s pridaním dodatočného LO, zmiešavača a súvisiacich stupňov zosilnenia a filtrovania. Prvá medzifrekvencia je zvyčajne vyššia (10,7, 17, 21, 45 ... MHz) a druhá je nižšia (455 kHz).

Bloková schéma superheterodynového prijímača s dvojitou konverziou.

Väčšina prijímačov moderných rádiových staníc a iných rádiokomunikačných zariadení je zostavená podľa superheterodynového obvodu s dvojitou konverziou. V niektorých prípadoch, najmä v amatérskych prijímačoch vyššej kategórie a v špeciálnych zariadeniach, sa používajú superheterodynové obvody s trojitou konverziou. Princíp ich činnosti je zrejmý už z názvu.

1. Základy rádiovej komunikácie. Základy rádiokomunikácie a televízie

1. Základy rádiovej komunikácie

Účelom štúdia tejto témy je zoznámiť sa so všeobecnými princípmi organizácie rádiovej komunikácie, študovať štrukturálne schémy rádiových komunikačných systémov, hlavné funkčné jednotky rádiových vysielačov a rádiových prijímačov a oboznámiť sa s hlavnými technickými ukazovateľmi vysielacích a prijímacích zariadení. .

1.1. Všeobecné princípy rádiovej komunikácie

Môže vyvstať otázka, či je možné preniesť ľudskú reč alebo hudbu pomocou rádiových vĺn, premeniť zvukové vibrácie na elektrické a tieto pomocou antény premeniť na elektromagnetické vlny, aby sa potom v prijímacom bode môžu byť elektromagnetické vlny opäť premenené na zvukové vlny?

Zvukové vibrácie vnímané ľudským sluchom zvyčajne ležia vo frekvenčnom rozsahu od 20 do 20 000 Hz, t.j. takéto výkyvy vytvoria vlny s dĺžkou 15 000 až 15 km. Antény na druhej strane dokážu efektívne vyžarovať elektromagnetické oscilácie len vtedy, keď sú ich rozmery úmerné vlnovej dĺžke.

Samotné vysokofrekvenčné oscilácie však informácie nenesú. Je zbytočné ich posielať cez komunikačnú linku. Je to rovnako zbytočné ako posielanie telegramu s adresou, ale bez textu: príde pomerne rýchlo, ale príjemca nedostane informáciu.

Máme teda k dispozícii správu, ktorá obsahuje informácie, no nie je schopná zastihnúť príjemcu. Existuje aj vysokofrekvenčná vibrácia, ktorá si nájde svojho príjemcu, ale neprinesie mu informáciu. Ako spojiť potrebné kvality správy a nezmyselného váhania?

Jedinou cestou je pokúsiť sa vtlačiť správu do vysokofrekvenčnej vibrácie, t.j. používať vysokofrekvenčné kmitanie len ako nosič správy obsahujúcej informáciu. Na tento účel je potrebné zmeniť jednu alebo niekoľko charakteristík (parametrov) nosnej vlny v súlade so zmenami v správe. Potom dostaneme vysokofrekvenčnú osciláciu s časovo premenlivými parametrami podľa zákona prenášanej správy. Uvažovaný proces je tzv modulácia.

Obrázok 1.1. Bloková schéma rádiového spojenia

Obrázok 1.1 zobrazuje zjednodušenú blokovú schému rádiového spojenia. Prenášaná správa ide do prevodníka (mikrofón, televízna kamera alebo telegrafný prístroj), ktorý ju premení na elektrický signál. Ten sa privádza do rádiového vysielacieho zariadenia pozostávajúceho z modulátora (M), syntetizátora nosnej frekvencie (MF) a modulovaného oscilačného zosilňovača (UMC). Pomocou modulátora sa mení jeden z parametrov vysokofrekvenčného kmitania podľa zákona prenášanej správy. Pomocou antény (A) je rádiofrekvenčná energia vysielača vyžarovaná do dráhy šírenia rádiových vĺn.

Na prijímacom konci rádiové vlny indukujú EMF v anténe. Rádiový prijímač pomocou selektívnych (selektívnych) obvodov (SC) filtruje signály od rušenia od iných rádiových staníc. V detektore (D) prebieha proces inverzný k modulácii - extrakcia pôvodného elektrického signálu z modulovaných kmitov, ktoré riadili rádiový vysielač. Pomocou prevodníka (reproduktor, telegraf, prijímacia televízna trubica) sa elektrický komunikačný signál premení na správu doručenú účastníkovi.

Uvažované rádiové spojenie poskytuje jednosmerný prenos správ, ktorý je prípustný len vo varovných službách. Jednosmerná rádiová komunikácia je v podstate rádiové vysielanie, aj keď v tomto prípade sa príjem neuskutočňuje v jednom, ale v mnohých bodoch. Príjem na mnohých miestach sa vykonáva aj kruhovým prenosom: príkazy sa prenášajú mnohým účinkujúcim; správy sa z tlačového centra preposielajú redaktorom novín a pod.

Na organizovanie obojsmernej rádiovej komunikácie musí mať každý bod vysielač aj prijímač. Ak sa súčasne vysielanie a príjem na každej rádiovej stanici vykonáva striedavo, potom sa takáto rádiová komunikácia nazýva simplexná (obrázok 1.2, a). Obojsmerná rádiová komunikácia, pri ktorej sa komunikácia medzi rádiostanicami realizuje súčasne, sa nazýva duplex (pozri obr. 1.2, b).

V duplexnej rádiovej komunikácii sa prenos v jednom a druhom smere spravidla uskutočňuje na rôznych nosných frekvenciách. To sa deje tak, že prijímač prijíma signály iba z vysielača na opačnom mieste a neprijíma signály z vlastného vysielača.

Pre rádiovú komunikáciu na veľké vzdialenosti sa používajú rádiové vysielače s kapacitou desiatok a stoviek kilowattov. Preto aj keď sa pri plne duplexnej komunikácii prijímač naladí na inú frekvenciu, na ktorú je naladený jeho vysielač, je ťažké zabezpečiť jeho bežnú prevádzku v blízkosti výkonného vysielača. Na základe toho musia byť prijímač a vysielač umiestnené vo vzdialenosti desiatok kilometrov od seba.

Simplexná komunikácia sa spravidla používa v prítomnosti relatívne malých informačných tokov. Duplexná komunikácia je typická pre objekty s vysokou záťažou.

Ak je potrebné mať rádiovú komunikáciu s veľkým počtom objektov, potom sa organizuje takzvaná rádiová sieť (obrázok 1.3). Jedna rádiová stanica, nazývaná master (GR), môže vysielať správy jednému aj niekoľkým podriadeným objektom. Jeho radista sleduje poriadok v rádiovej sieti a nastavuje postupnosť prác na vysielaní podriadených staníc (PR). Títo si s príslušným povolením môžu vymieňať informácie nielen s GR, ale aj medzi sebou. Táto možnosť organizácie rádiovej siete môže byť postavená na základe komplexného simplexu (obrázok 1.3, a) a komplexného duplexu (obrázok 1.3, b). V prvom prípade je možné použiť kombinované transceivery a spoločnú pracovnú rádiovú vlnu (frekvenciu). V druhom prípade GR vysiela na jednej frekvencii a prijíma na niekoľkých (podľa počtu podriadených rádiových staníc). Napriek rozdielom vo frekvenciách príjmu a vysielania, aj tu, rovnako ako pri jednoduchom duplexe, je potrebné umiestniť prijímač a vysielač vo vzájomnej vzdialenosti. V opačnom prípade môže rušenie z vysielacieho zariadenia znemožniť súčasný príjem správ.

Obrázok 1.3. Štrukturálne schémy rádiových sietí:

a - komplexný simplex; b - komplexný duplex.

Centrá veľkých priemyselných oblastí sú prepojené rádiokomunikačnými linkami s mnohými bodmi. Za týchto podmienok sú vysielače a vysielacie antény umiestnené na rádiovej stanici, ktorá sa nazýva vysielacie rádiové centrum. Prijímače a prijímacie antény sú umiestnené v prijímacom rádiovom centre.

Procesy v elektrárňach, na elektrifikovaných železniciach, v elektrických inštaláciách a domácich elektrických spotrebičoch, z ktorých mnohé sú dostupné v mestách, sú spojené s emisiou elektromagnetických vĺn. Keďže tieto emisie môžu rušiť rádiový príjem, prijímacie rádiové centrum sa zvyčajne nachádza mimo sídiel a železníc. Na prepojenie zdrojov komunikácie s rádiovými vysielačmi a rádiovými prijímačmi a kontrolu kvality rádiovej komunikácie v mestách je vybavená rádiová kancelária.

1.2. Rádiové vysielacie zariadenia

Hlavné funkčné jednotky rádiového vysielača. Obvod a konštrukcia rádiového vysielača závisí od rôznych faktorov: účel, prevádzkový rozsah vlnovej dĺžky, výkon atď. Napriek tomu je možné rozlíšiť niektoré typické bloky, ktoré sa s jednou alebo druhou variáciou nachádzajú vo väčšine vysielačov.

Štruktúra vysielača (obrázok 1.4) je určená jeho hlavnými všeobecnými funkciami, medzi ktoré patria:

• získanie vysokofrekvenčných kmitov požadovanej frekvencie a výkonu;

• modulácia vysokofrekvenčných kmitov prenášaným signálom;

• filtrovanie harmonických a iných vibrácií, ktorých frekvencie sú mimo požadovaného emisného pásma a môžu rušiť iné rádiostanice;

• vyžarovanie vibrácií cez anténu.

Obrázok 1.4. Funkčná schéma rádiového vysielača.

Zastavme sa podrobnejšie pri požiadavkách na jednotlivé funkčné celky rádiového vysielača.

Vysokofrekvenčný generátor, často označovaný ako nastavenie alebo referenčný generátor, sa používa na získanie vysokofrekvenčných kmitov, ktorých frekvencia spĺňa vysoké požiadavky na presnosť a frekvenčnú stabilitu rádiových vysielačov.

Syntetizátor prevádza frekvenciu oscilácií referenčného oscilátora, ktorá je zvyčajne konštantná, na akúkoľvek inú frekvenciu, ktorá je momentálne potrebná pre rádiovú komunikáciu alebo vysielanie. Stabilita frekvencie počas tejto konverzie by sa nemala výrazne zhoršiť. V niektorých prípadoch nie je potrebný frekvenčný syntetizátor, napríklad ak generátor priamo vytvára oscilácie požadovanej frekvencie. So syntetizátorom je však jednoduchšie zabezpečiť požadovanú vysokú presnosť a frekvenčnú stabilitu, pretože po prvé pracuje pri nižšej frekvencii, pri ktorej je jednoduchšie zabezpečiť požadovanú stabilitu; po druhé, pracuje na pevnej frekvencii. Moderné syntetizátory sú navyše prispôsobené na diaľkové alebo automatické ovládanie syntetizovanej frekvencie, čo uľahčuje celkovú automatizáciu vysielača.

Stredný zosilňovač vysoká frekvencia po syntetizátore je potrebná z nasledujúcich dôvodov:

• Vďaka medzizosilňovaču s dostatočne veľkým ziskom nie je potrebný žiadny významný výkon z referenčného oscilátora a syntetizátora;

• použitie medzizosilňovača medzi syntetizátorom a výkonným zosilňovačom oslabuje vplyv na generátor a syntetizátor možných úprav vo výkonných stupňoch vysielača a v anténe.

Zosilňovač(volá sa generátor s vonkajším budením) zvyšuje výkon rádiového signálu na úroveň určenú požiadavkami rádiokomunikačného systému. Hlavnou požiadavkou na výkonový zosilňovač je poskytnúť im vysoké ekonomické ukazovatele, najmä účinnosť.

Výstupný obvod slúži na prenos zosilnených vibrácií do antény, na filtrovanie vysokofrekvenčných vibrácií a zosúladenie výkonu výkonného koncového zosilňovača s anténou, t.j. zabezpečiť podmienky pre maximálny prenos výkonu.

Modulátor slúži na moduláciu nosných vysokofrekvenčných kmitov vysielača prenášaným signálom. Na tento účel modulátor pôsobí v závislosti od charakteristík vysielača a typu modulácie (amplitúda, frekvencia, jednostranné pásmo atď.) na jeden alebo viac blokov z čísla zakrúžkovaného na obrázku 1.4. Napríklad frekvenčnú moduláciu možno získať vo frekvenčnom syntetizátore alebo (menej často) vo vysokofrekvenčnom generátore; amplitúdová modulácia sa získa pôsobením na výkonné a stredné zosilňovače.

Napájacie zariadenie zabezpečuje napájanie všetkých blokov prúdov a napätí potrebných na normálnu prevádzku ich základných tranzistorov, svietidiel a iných elektronických prvkov, ako aj automatických riadiacich systémov, ochranných zariadení proti núdzovým režimom a iných pomocných obvodov a zariadení. Napájacia sústava obsahuje usmerňovače, elektrické strojové generátory so spaľovacími motormi, batérie, meniče (meniče) nízkeho jednosmerného napätia na vyššie napätie alebo naopak, transformátory, spínacie zariadenia, záložné zdroje a zariadenia na automatický prechod z hlavného zdroja. do zálohy v prípade porúch a pod. .NS.

Obrázok 1.4 nezobrazuje početné prvky pomocných zariadení, ktoré tvoria vysielač (obzvlášť výkonný), napríklad automatické a diaľkové ovládanie; prístrojové vybavenie, diaľkové ovládanie a signalizačné zariadenia; ochranné a blokovacie zariadenia, ktoré vypínajú vysokonapäťové obvody v núdzových režimoch alebo pri nebezpečenstve pre obsluhujúci personál atď.

Kilometrové, hektometrové a dekametrové rádiové vysielače sú zvyčajne umiestnené v skupinách v špeciálnych podnikoch - vysielacích rádiových staniciach. Pri veľkom počte vysielačov sa volajú rozhlasové stanice rozhlasové centrá. Vysielače VHF a UHF sú zvyčajne umiestnené spolu s vysielačmi televízneho vysielania. Komunikačné podniky, v ktorých sú tieto vysielače inštalované, sa nazývajú rozhlasové a televízne vysielacie stanice (centrá).

Technické indikátory rádiových vysielačov. Medzi hlavné ukazovatele rádiového vysielača patria: rozsah vlnovej dĺžky, výkon, účinnosť, typ a kvalita prenášaných signálov.

V súlade s klasifikáciou vĺn sa rozlišujú vysielače kilometrových, hektometrových, dekametrových a iných vĺn. Tento rozdiel je spojený so zodpovedajúcimi konštrukčnými vlastnosťami, pretože v rôznych rozsahoch sú konštrukcie oscilačných obvodov a typy zosilňovacích prvkov odlišné. Vysielač môže pracovať na jednej alebo viacerých vyhradených pevných vlnových dĺžkach, alebo môže byť naladený na akúkoľvek vlnovú dĺžku v nepretržitom rozsahu vlnových dĺžok.

Výkon vysielača zvyčajne definovaný ako maximálny výkon vysokofrekvenčných vibrácií vstupujúcich do antény bez modulácie, s nepretržitým žiarením. Táto charakteristika však nestačí na odhad výkonu rádiového vysielača. Faktom je, že v rádiokomunikačnej technike je často potrebné zaoberať sa signálmi, ktorých napätie sa pohybuje vo veľmi širokom rozsahu a v relatívne krátkych časových úsekoch môže nadobudnúť hodnoty niekoľkonásobne vyššie ako je priemer. Typickým príkladom takéhoto módu je radarový vysielač, ktorý vysiela impulzy s trvaním cca 1 μs, oddelené intervalmi cca 1 msec, t.j. 1000 krát dlhšie. Ak by sa pri návrhu vysielača rátalo s tým, že v momentoch týchto emisií by výkon žiarenia zodpovedal nominálnemu výkonu, potom by skutočný priemerný výkon žiarenia bol mnohonásobne nižší. Vysielač by sa používal oveľa slabšie, ako sú jeho možnosti a ak by bolo potrebné zabezpečiť väčší dosah rádiovej komunikácie, bolo by potrebné použiť vysielač s oveľa vyšším výkonom.

Vo vysielacích systémoch časové intervaly, v ktorých amplitúda oscilácií dosahuje svoje maximálne hodnoty, zvyčajne zaberajú väčšinu z celkového prevádzkového času vysielača (napríklad 10-20%), ich trvanie dosahuje desiatky milisekúnd, ale v tomto V tomto prípade je opísané dočasné vynútenie vysielača možné, hoci av menšom rozsahu.

V súlade s vyššie uvedeným je výkon vysielača, okrem hodnoty maximálneho výkonu, počas nepretržitej prevádzky charakterizovaný hodnotami vrchol energie, ktorá môže byť poskytovaná na obmedzené časové obdobia. Napríklad, ak je priemerný výkon vysielača počas nepretržitej prevádzky 100 kW, potom môže dosiahnuť 200 kW, ak trvanie impulzov nepresiahne intervaly medzi nimi.

Najdôležitejšie indikátory rádiového vysielača sú stabilitu ním vyžarovaná frekvencia a úrovni falošné emisie. Faktom je, že ak je presne dodržaná frekvencia signálu priradená danému vysielaču, tak prijímač naladený na túto frekvenciu začne prijímať vysielané signály ihneď po zapnutí bez toho, aby vyžadoval úpravy; to prispieva k jednoduchosti používania a vysokej spoľahlivosti rádiovej komunikácie, ako aj k uľahčeniu automatizácie zariadení. Okrem toho sú frekvenčné rozsahy používané na rádiovú komunikáciu a vysielanie predimenzované signálmi zo súčasne pracujúcich rádiových staníc, takže ak sa frekvencia vysielača líši od povolenej hodnoty, môže sa priblížiť frekvencii iného vysielača, čo bude rušiť príjem jeho signálov.

Podľa existujúcich medzinárodných noriem by odchýlka od nominálnej frekvencie vysielača pre rádiovú komunikáciu na hektometrových vlnách nemala presiahnuť 0,005 %; Pri vysielacích vysielačoch by frekvenčná odchýlka v tomto rozsahu nemala presiahnuť 10 Hz. Pri dekametrových vlnách je prípustná frekvenčná nestabilita pre vysielače s výkonom nad 0,5 kW 15 · 10 - 6, čo zodpovedá absolútnemu frekvenčnému obmedzeniu od 60 do 450 Hz v rozsahu od 4 do 30 MHz. Niektoré rádiové komunikačné systémy na základe svojho princípu vyžadujú, aby frekvenčná stabilita bola výrazne lepšia, ako stanovujú špecifikované normy.

Harmonické emisie(harmonické) vysielača sú emisie na frekvenciách, ktoré sú celočíselne vyššie ako frekvencia vysielaného rádiového signálu.

Je známe, že pri pôsobení v nelineárnom obvode napríklad dve EMF s frekvenciami f 1 a f 2, prúdové spektrum obsahuje okrem zložiek s týmito frekvenciami a ich harmonickými aj zložky s frekvenciami tvaru mf 1 ± nf 2, kde T a NS-celé čísla. Tento jav je jadrom intermodulácie; je to spôsobené prítomnosťou prvkov s nelineárnymi charakteristikami vo vysielači, najmä tranzistorov alebo vákuových elektrónok.

Intenzita rušivých emisií je charakterizovaná silou zodpovedajúcich oscilácií v anténe vysielača. Napríklad podľa súčasných medzinárodných noriem musia mať rádiové vysielače pri frekvenciách do 30 MHz výkon rušivých emisií najmenej 10 000-krát (40 dB) nižší ako hlavný vyžarovací výkon a najviac 50 mW.

Indikátory, ktoré určujú kvalitu prenosu vysielaného signálu (elektroakustické indikátory), sa v zásade nelíšia od obdobných parametrov elektrického vysielacieho kanála, čo je prirodzené, keďže vysielač je súčasťou kanálu - sekundárnej distribučnej cesty.

Určitý rozdiel spočíva iba v tom, že tieto indikátory sú normalizované a merané vzhľadom na úroveň signálu zodpovedajúcu určitému modulačnému faktoru so signálom s frekvenciou 1000 Hz. Pre prípustnú odchýlku amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky je tento koeficient 50 %.

Harmonický koeficient sa určuje pri modulačnom pomere 50, 90 a tiež 10%, čo je spôsobené prítomnosťou špecifických skreslení typu obojstranného orezania v modulátore vysielača, ktoré sú viditeľné pri vysokom modulačnom pomere. typ centrálneho prerušenia, viditeľný pri nízkom modulačnom pomere. Imunita proti integrálnej interferencii a proti psometrickému šumu sa meria vzhľadom na úroveň modulačného signálu zodpovedajúceho 100% modulácii. Prevádzkový personál často používa pojem hladina hluku, ktorá sa meria v decibeloch vzhľadom na úroveň signálu v základnom pásme 1000 Hz, čo zodpovedá modulačnému faktoru 100 %. Číselne sa rovná hodnote zákazu z integrálnej interferencie, branej so znamienkom mínus.

1.3. Rádiové prijímacie zariadenia

Účel a klasifikácia rádiových prijímačov. Rádiové prijímače sa používajú na rádiovú komunikáciu, zvukové a televízne vysielanie, rádionavigáciu, radar, rádio, diaľkové ovládanie atď. Rádiové prijímacie zariadenie musí obsahovať všetky potrebné komponenty na realizáciu nasledujúcich procesov:

• oddelenie signálu z požadovaného rádiového vysielača od celého súboru elektrických vibrácií vytvorených v anténe vonkajšími elektromagnetickými poľami;

• zosilnenie vysokofrekvenčného signálu;

• detekcia, t.j. konvertovanie vysokofrekvenčného modulovaného signálu na prúd, ktorý sa mení podľa modulačného zákona;

• zosilnenie detekovaného signálu.

Ďalšia konverzia signálu závisí od špecifických vlastností aplikácie rádiového prijímača. Ak je prijímač určený napríklad na jednokanálovú rádiotelefónnu komunikáciu alebo zvukové či televízne vysielanie, tak sa prijímaný signál po zosilnení premieňa na zvuk a obraz pomocou telefónu, reproduktora a prijímacej televíznej trubice.

Ak je prijímač určený na viackanálovú rádiovú komunikáciu, potom sa zistený a zosilnený signál privedie do koncového zariadenia, v ktorom sa signály rozdelia do samostatných kanálov a v prípade potreby sa dodatočne spracujú.

V súčasnosti používané rádiové prijímače sa delia na profesionálne a domáce. Prvé sú určené na použitie na rádiových komunikačných linkách a na riešenie rôznych navigačných, telemetrických a iných špeciálnych úloh. Tieto sa používajú na príjem programov zvukového a televízneho vysielania.

Rádiové prijímacie zariadenia možno klasifikovať:

• podľa druhu práce (rádiotelefón, rádiotelegraf, televízia, rádionavigácia, radar atď.);

• podľa typu modulácie (s amplitúdovou moduláciou (AM), frekvenčnou moduláciou (FM), amplitúdovou moduláciou v jednom postrannom pásme (SSB) atď.);

• rozsahom vlnových dĺžok prijímaných signálov (kilometer, hektometer, dekameter atď.);

• v mieste inštalácie (stacionárne, prenosné, lietadlo, automobil atď.);

• podľa schémy napájania (zo siete jednosmerných a striedavých prúdov).

Hlavné ukazovatele rádiových prijímačov. Výkon rádiových prijímačov je určený ich účelom. Pre rôzne typy rádií môžu byť rôzne.

Citlivosť charakterizuje schopnosť prijímača prijímať slabé signály. Zvyčajne sa odhaduje ako najmenší výkon EMF alebo rádiového signálu v anténe, pri ktorom je možný stabilný príjem s normálnou reprodukciou signálu bez neprijateľného skreslenia rušením.

Citlivosť prijímačov sa v závislosti od ich účelu môže značne líšiť. Citlivosť vysielacích prijímačov je teda v rozmedzí 50-300 µV v závislosti od triedy kvality. Citlivosť radarových prijímačov má hodnoty rádovo 10 -12 - 10 -15 W. Pre prijímače s feritovou anténou sa používa koncept citlivosti intenzity poľa. Má hodnotu od 0,3 do 5 mV / m.

Vysoká citlivosť môže byť prakticky realizovaná iba vtedy, ak je úroveň vonkajšieho rušenia alebo vlastného šumu na výstupe prijímača niekoľkonásobne nižšia ako úroveň signálu. Preto sa prijímače rôznych typov musia vyznačovať nielen svojou citlivosťou, ale aj takzvanou skutočnou citlivosťou, čo znamená minimálnu EMF v anténe, pri ktorej je zabezpečený nielen normálny výstupný výkon, ale aj určitý prebytok úroveň signálu nad úrovňou vonkajšieho rušenia alebo vlastného šumu.

Selektivita (selektivita) rádiové prijímacie zariadenie sa nazýva jeho schopnosť oddeliť od rôznych signálov, ktoré sa líšia frekvenciou, signál prijímanej stanice. V súlade s tým sa selektivita prijímača odhaduje ako relatívny útlm signálov z vonkajších rádiových staníc pracujúcich na rôznych vlnách vo vzťahu k signálom prijímaného vysielača, na ktorý je tento prijímač naladený. Selektivita je vykonávaná hlavne oscilačnými obvodmi a filtrami, ktoré sú súčasťou prijímača.

Pojem selektivita je vysvetlený na obrázku 1.5, ktorý zobrazuje frekvenčné spektrum troch rádiových staníc, z ktorých dve krajné považujeme za rušenie. Obrázok 1.5 ukazuje, že ak filtre prijímača majú pravouhlú frekvenčnú odozvu, susedné (interferujúce) rádiové stanice nevytvoria na svojom výstupe žiadny signál (obrázok 1.5 b). Ak je frekvenčná odozva filtra ďaleko od ideálu, potom bude na jeho výstupe počuť okrem užitočného signálu aj šum (obrázok 1.5 c).

Prirodzene, najväčším problémom je tlmenie rušenia od najbližších frekvenčne cudzích signálov, t.j. signálov susedného frekvenčného kanála. Preto na posúdenie kvality prijímača sa vždy určuje jeho selektivita vzhľadom na rušenie susedného kanála.

Ako prvé priblíženie je možné urobiť kvantitatívny odhad selektivity pomocou rezonančnej charakteristiky prijímača, ktorá znázorňuje závislosť zisku od frekvencie kmitov v anténe. Vďaka použitiu oscilačných obvodov a filtrov má rezonančná charakteristika pri ladení prijímača na ľubovoľnú frekvenciu signálu tvar podobný obrázku 1.6. Frekvenčná selektivita f c je v tomto prípade definované ako

kde K 0 je zosilnenie pri ladiacej frekvencii; Kp je zisk na frekvencii f NS.

Je tiež vhodné definovať selektivitu v decibeloch:

Keďže prenášaná správa má určité frekvenčné pásmo, ďalšou rovnako dôležitou funkciou prijímača je príjem vysokofrekvenčného signálu so všetkými jeho vedľajšími frekvenciami, t.j. súčasný príjem určitého frekvenčného pásma. V tomto prípade je potrebné, aby pomery medzi amplitúdami zložiek signálového spektra zostali nezmenené. Ten môže byť vybavený iba konštantnou citlivosťou prijímača v určitom frekvenčnom pásme. Preto je jasné, že ideálna amplitúdová frekvenčná odozva (AFC) prijímača by mala byť pravouhlá. Pri tejto forme prijímač rovnomerne prijíma spektrum bočných frekvencií užitočného signálu, t.j. šírka pásma takéhoto zariadenia je jednoznačne definovaná ako 2 f... Prijímač s takouto frekvenčnou charakteristikou by zároveň mal ideálnu selektivitu, keďže by neprepúšťal signály z rušivých staníc a rušenia, ktorých frekvencie sa líšia o f.

Frekvenčná odozva skutočného prijímača je odlišná od obdĺžnikového. Šírka pásma je v tomto prípade frekvenčný rozsah, v ktorom útlm spektra prijímaných kmitov nepresiahne danú hodnotu. Predpokladá sa, že skreslenie nebude sluchom badateľné, ak nerovnomernosť frekvenčnej odozvy v rámci priepustného pásma nepresiahne 3 dB. To zodpovedá úrovni. Na tejto úrovni sa meria šírka pásma. Frekvenčné vlastnosti obrysu môžu byť špecifikované jeho kvalitatívnym faktorom.

Kvalita reprodukcie prijímaného signálu závisí od rôznych druhov skreslení signálu v jednotlivých stupňoch prijímača. Tieto skreslenia zahŕňajú frekvenčné, fázové a nelineárne. Kvalitu prijímaného signálu ovplyvnia aj rôzne druhy rušenia: atmosférické, priemyselné, frekvenčné rušenie od susedných vysielačov a v pásmach VHF - vlastný šum prijímača.

Konštrukčné schémy rádiových prijímačov. V súčasnosti sa používajú priame zosilňovacie prijímače, regeneračné, superregeneračné, superheterodynné s jedno- a dvojitými frekvenčnými prevodmi. Pozrime sa podrobnejšie na blokové schémy priameho zosilňovacieho a superheterodynového prijímača. Obrázok 1.7 zobrazuje blokovú schému prijímača s dopredným zosilnením.

Vstupný obvod (VC) oddeľuje užitočný signál od celého súboru kmitov indukovaných v anténe od rôznych rádiových vysielačov a iných zdrojov elektromagnetických kmitov a tlmí rušivé signály. Rádiofrekvenčný zosilňovač (RF zosilňovač) zosilňuje užitočné signály prichádzajúce zo vstupného obvodu a ďalej tlmí signály rušiacich staníc. Detektor (D) prevádza modulované kmity rádiovej frekvencie na kmity zodpovedajúce prenášanej správe: zvuk, telegraf atď.. Nízkofrekvenčný zosilňovač (ULF) zosilní detekovaný signál v napätí a výkone na hodnotu dostatočnú na aktiváciu terminálu. zariadenie (reproduktor, relé, prijímacia televízna trubica atď.). Koncové zariadenie (OU) premieňa elektrické signály na počiatočné informácie (zvuk, svetlo, písmeno atď.).

Prijímač s priamym ziskom nemôže poskytnúť dobrú selektivitu a vysokú citlivosť, najmä v rozsahu krátkych a ultra krátkych vĺn. Pri zvyšovaní frekvencie sa totiž zväčšuje šírka pásma rezonančného obvodu. Takže šírka pásma jednej slučky 2 f a jeho kvalitatívny faktor Q súvisia vzťahom, kde fс - frekvencia prijímaného signálu.

Pri vysokých frekvenciách sa šírka pásma slučky zväčšuje a okrem užitočného signálu bude slučka prechádzať rušením.

Všimnite si, že je prakticky nemožné vytvoriť selektívny obvod prijímača s priamym ziskom s pravouhlou alebo dokonca blízkou charakteristikou, pretože tento obvod musí byť laditeľný. Filtre poskytujúce pravouhlé charakteristiky. - ide o viacokruhové systémy, ktoré nie je možné prestavať jedným ladiacim gombíkom. Výsledkom je, že prijímač s priamym ziskom má slabú selektivitu.

Superheterodynový prijímač nemá tieto nedostatky (obrázok 1.8). Jeho charakteristickým znakom je použitie frekvenčného meniča v ňom, ktorý pozostáva zo zmiešavača (C) a lokálneho oscilátora (G). Na výstupe meniča dostaneme medzifrekvenciu, ktorá je ďalej zosilnená medzifrekvenčným zosilňovačom (IFA).

Menič frekvencie sa nazýva zariadenie určené na prenos spektra signálu z jednej frekvenčnej oblasti do druhej bez zmeny amplitúdových a fázových vzťahov medzi zložkami spektra. Keďže sa pri takomto prenose nemení tvar spektra signálu, nezmení sa ani modulačný zákon signálu. Mení sa len hodnota nosnej frekvencie signálu f c, ktorá sa rovná nejakej transformovanej frekvencii f NS.

Do frekvenčného meniča okrem napäťového signálu s frekvenciou f s, napätie lokálneho oscilátora (oscilátora s nízkym výkonom) sa aplikuje s frekvenciou f d) Pri interakcii týchto napätí vo frekvenčnom meniči vznikajú zložky s rôznymi kombinovanými frekvenciami, z ktorých sa používa iba jedna. Zvyčajne sa používa komponent f pr = f G - f s

V praxi hodnota f pr je zvyčajne menšia ako frekvencia nosného signálu f s, ale viac ako frekvencia modulačného signálu F c.

Od prevedenej frekvencie f pr je stredný medzi f s a F s, potom sa nazýva medzifrekvencia.

Názov superheterodyn je zlúčenina (super + heterodyn), v ktorej slovo heterodyn označuje kaskádovo-heterodynovú charakteristiku superheterodynových prijímačov. Tento stupeň je neoddeliteľnou súčasťou frekvenčného meniča. Superpredpona znamená, že v superheterodynných prijímačoch je prevádzaná frekvencia f pr sa nachádza vo frekvenčnom rozsahu nad (nad) modulačnou frekvenciou F c.

Konverzia nosnej frekvencie rádiového signálu na strednú frekvenciu vedie k zlepšenému filtrovaniu susedných rádiových kanálov. Napríklad nechajte EMF signálov s nosnými frekvenciami pôsobiť v anténe f 1 = 20 MHz (užitočný signál) a f 2 = 20,2 MHz. Relatívny frekvenčný rozdiel medzi stanicami ... RF obvod má Q-faktor 20-50, t.j. relatívna šírka pásma 5-2%. V tomto príklade stanica f 2 sa líši od zvoleného iba o 1%, a preto spôsobí výrazné rušenie. Ak prevediete nosnú frekvenciu f 1, potom na frekvencii signálu lokálneho oscilátora f r = 20,5 MHz, získajú sa dve medzifrekvencie f pr1 = 20,5 - 20 = 0,5 MHz a f pr2 = 20,5 - 20,2 = 0,3 MHz, relatívny rozdiel medzi ktorými ... Ako vidíte, relatívny rozdiel sa zvýšil z 1 na 40%. Za týchto podmienok stanica pracujúca na frekvencii f 2, nebude rušiť filtre frekvenčného meniča naladené na frekvenciu f pr = 0,5 MHz, aj keď ich Q-faktor je porovnateľný s Q-faktorom obvodov RF zosilňovača.

V superheterodynových prijímačoch sa hlavné zosilnenie a selektivita vykonáva po frekvenčnej konverzii v medzifrekvenčnom zosilňovači (IFA). Dôležitou výhodou superheterodynného prijímača je, že v procese ladenia inej stanice je medzifrekvencia f pr sa nemení. Toto je dosiahnuté vďaka tomu, že keď je prijímač naladený na inú frekvenciu signálu f frekvencia heterodynu sa mení súčasne f r takým spôsobom, že rozdiel f G - f c = f pr zostal nezmenený.

Preto pri prestavbe superheterodynného prijímača stačí zmeniť rezonančné frekvencie vstupného obvodu, vf zosilňovača a lokálneho oscilátora. V tomto prípade nie je potrebné prestavať HPS. Keďže UPCH nie je prestavaný, jeho charakteristiky sa nemenia. V tomto prípade možno frekvenčnú odozvu obvodov zosilňovača získať pomerne blízko k obdĺžniku, pretože v ňom možno použiť filtre akéhokoľvek stupňa zložitosti. Z tohto dôvodu poskytujú superheterodynné prijímače vysokú selektivitu.

Nevýhodou superheterodynných prijímačov je prítomnosť bočných prijímacích kanálov v nich, z ktorých hlavný je zrkadlový.

Zrkadlový kanál má nosnú frekvenciu f mirr, ktorá sa líši od frekvencie užitočného signálu f s na zdvojnásobenie medzifrekvencie f zerk = f s + f pr (obrázok 1.9).

Frekvencie f s a f zrkadlá sú umiestnené zrkadlovo symetricky vzhľadom na frekvenciu lokálneho oscilátora f d) Rozdiel medzi f zrkadlo a f r sa rovná strednej frekvencii, ako v prípade užitočného signálu. Ak teda frekvenčný menič prijíma signály zo staníc f s a f zerk, potom na jeho výstupe budú obe stanice dávať medzifrekvenčné napätie. Ak je frekvenčný signál f c je užitočné, potom frekvencia signálu f zrkadlo zachytené na prevodníku je prekážkou. Je zrejmé, že k zoslabeniu rušenia pozdĺž obrazového kanála musí dôjsť pred frekvenčným meničom. Na zlepšenie selektivity obrazu musí byť IF vysoké. Potom nosné frekvencie f s a f zrkadlá sa značne líšia. V tomto prípade koeficient prenosu vstupného obvodu (má aj rezonančné vlastnosti) pri frekvencii f zerk je podstatne menší ako pri frekvencii f s a signál zrkadlovej stanice bude vstupným obvodom výrazne potlačený. Ak je v prijímači RF zosilňovač, zrkadlové rušenie je dodatočne potlačené vďaka selektívnym vlastnostiam RF zosilňovača.

Pri vysokej medzifrekvencii sa však stabilné zosilnenie medzifrekvenčného zosilňovača znižuje a jeho šírka pásma sa rozširuje, čo vedie k zníženiu citlivosti prijímača a jeho selektivity v susednom kanáli. Ako vidíte, požiadavka na hodnotu medzifrekvencie je dosť rozporuplná.

Ďalším bočným lanom je kanál, ktorého frekvencia sa rovná strednému. Signál tejto frekvencie, prichádzajúci na vstup meniča, vstupuje do zosilňovača bez akýchkoľvek zmien. Aby sa to eliminovalo, vysielacie stanice by nemali fungovať na strednej frekvencii a náhodné rušenie s frekvenciami blízkymi strednej frekvencii by malo byť potlačené vhodnými filtrami na vstupe prijímača.

V prijímačoch spotrebiteľského vysielania je nosná frekvencia 465 kHz, t.j. nachádza sa v okne medzi hranicami rozsahov DV a MW vysielania - 285,5-525 kHz.

V prijímačoch pracujúcich na hlavných rádiových vedeniach je potrebná vyššia citlivosť a selektivita pre susedné aj zrkadlové kanály. Toto sa nedá urobiť výberom jednej medzifrekvencie, preto sa v takýchto prijímačoch používa dvojitá frekvenčná konverzia. Pri dvojitej konverzii frekvencie je prvá medzifrekvencia zvolená dostatočne vysoká (rádovo 1 MHz), vďaka čomu je zabezpečená vysoká selektivita pozdĺž zrkadlového kanála. Druhá medzifrekvencia je zvolená pomerne nízka (okolo 100 kHz), čo umožňuje dosiahnuť vysoký stabilný zisk v medzifrekvenčných stupňoch zosilňovača a tým zvýšiť citlivosť prijímača s vysokou selektivitou v susednom kanáli.

Otázky na sebaovládanie

1.1. Koncepcia princípu fungovania rádiového komunikačného systému.

1.2. Aké sú hlavné štrukturálne schémy organizácie rádiovej komunikácie?

1.3. Uveďte hlavné funkčné jednotky rádiového vysielača.

1.4. Aké sú hlavné technické ukazovatele rádiových vysielačov?

1.5. Uveďte klasifikáciu rádiových prijímačov.

1.6. Aké sú hlavné ukazovatele rádiových prijímačov?

1.7. Uveďte blokovú schému rádiového prijímača s priamym zosilnením.

1.8. Vysvetlite vlastnosti superheterodynného rádiového prijímača.

1.9. Aké sú dôvody voľby hodnoty medzifrekvencie v superheterodynnom rádiovom prijímači?

Zoznam odporúčanej literatúry

1. Izyumov N.M., Linze D.P. Základy rádiotechniky. - M .: Rádio a komunikácia, 1983 .-- 376 s.

2. Katunin G.P., Mamchev G.V., Popantonopulo V.N., Shuvalov V.P. Telekomunikačné systémy a siete. Zväzok II. - Novosibirsk: Cár, 2000 .-- 624 s.

3. Mashkova T.T., Stepanov S.N. Základy rádiotechniky. - M .: Rádio a komunikácia, 1992 .-- 232 s.

4. Rádiové prijímacie zariadenia / Ed. N.N.Fomina. - M .: Rádio a komunikácia, 1996 .-- 512 s.

Akýkoľvek druh komunikácie je určený na prenos informácií na diaľku. Informácie sú súborom informácií o udalostiach v okolitom svete. Formou prezentácie informácií je správa, ktorou môže byť reč, text, postupnosť čísel atď.

Na prenos správy od zdroja informácie k príjemcovi je potrebné použiť akýkoľvek fyzikálny proces, ktorý sa môže šíriť určitou rýchlosťou od zdroja k príjemcovi informácie, napr.: zvukové vibrácie, elektrický prúd vo vodičoch, svetlo, atď. elektromagnetické pole a pod., fyzikálna veličina, ktorá tento proces podmieňuje, časovo premenná a zobrazovanie prenášanej správy (sila prúdu, intenzita elektromagnetického poľa, jas svetla a pod.) sa nazýva signál Signály nie sú prenášanou správou, ale Signál získaný ako výsledok konverzie správy sa často nazýva primárny elektrický signál.

V závislosti od povahy správy môžu byť primárne elektrické signály spojité alebo diskrétne.

Nepretržité signály nadobúdajú akékoľvek hodnoty stavov v určitom intervale. Takéto signály sú popísané v pomerne dlhom časovom intervale spojitými funkciami času. Typickým príkladom spojitého signálu je rečový signál, jeho amplitúda sa plynule mení v čase v rozmedzí ± Umax. Pri vysielaní takéhoto telefónneho signálu je potrebné v prvom rade zohľadniť jeho frekvenčné spektrum.

Je známe, že spektrum zvukov vnímaných ľudským uchom zaberá frekvenčné pásmo v rozsahu od 16 do 20 000 Hz. Prenos takého širokého spektra frekvencií prostredníctvom komunikačných kanálov je však spojený s určitými ťažkosťami spojenými so zvýšením frekvenčného pásma obsadeného komunikačným kanálom, a v dôsledku toho so znížením počtu komunikačných kanálov poskytovaných v určitom rozsah frekvencie. Preto je pri telefonickej komunikácii spektrum rečového signálu obmedzené na frekvenčné pásmo od 300 do 3400 Hz, v ktorom sa nachádzajú hlavné frekvenčné zložky a hlavná energia zvukov ľudskej reči (obr. 2.1).

Navyše takéto obmedzenie frekvenčného spektra telefónneho signálu nevedie k výraznému skresleniu signálu. Šírka spektra 0,3¸3,4 kHz sa nazýva štandardný telefónny kanál.

Diskrétne signály nadobúdajú konečný počet dobre definovaných stavových hodnôt. Najbežnejším príkladom diskrétnych signálov môžu byť telegrafné signály, ktoré zobrazujú text správy pomocou špecifickej abecedy (kódu). Navyše každé písmeno alebo číslo kódu je vyjadrené úplne určitým diskrétnym stavom signálu. Obrázok 2.2. Sú zobrazené diskrétne stavy, ktoré signál prijíma, keď sa písmeno "Ж" prenáša pomocou Morseovej abecedy.

Prenos telegrafných signálov sa môže uskutočňovať rôznymi telegrafnými rýchlosťami. Rýchlosť telegrafovania je určená počtom elementárnych impulzov vyslaných za jednotku času (1s) a meria sa v Baud (B).

1 B = 1 impulz / 1 s

Pre väčšinu telegrafov s priamou tlačou je telegrafická rýchlosť 50 Baud.

Primárny elektrický signál, bez ohľadu na jeho typ, má nízkofrekvenčný charakter. Dá sa priamo prenášať po drôtových komunikačných linkách, ale nedá sa efektívne vyžarovať do média šírenia rádiových vĺn, pretože je prakticky nemožné vytvoriť antény, ktorých geometrické rozmery by boli úmerné vlnovej dĺžke signálu.

Napríklad pri F = 1 kHz je vlnová dĺžka l = 300 (km) a dĺžka antény je L = l / 4 = 75 (km), čo je prakticky nemožné.

Preto, aby mohol byť prenášaný rádiom, musí byť primárny elektrický signál prevedený na vysokofrekvenčný signál, ktorý je možné efektívne vyžarovať do okolitého priestoru.

Takýto signál sa bežne označuje ako rádiový signál. Premena primárnych nízkofrekvenčných elektrických signálov na rádiové signály sa vykonáva v rádiových vysielačoch, ktoré sú hlavnou súčasťou rádiových vysielacích zariadení. Proces premeny spojitých primárnych signálov na rádiové signály sa nazýva modulácia a diskrétne - manipulácia.

Rádiový signál, generovaný a vyžarovaný do okolia vo forme rádiových vĺn, šíriacich sa určitou rýchlosťou, sa dostane do miesta príjemcu informácie. Pri prechode rádiového signálu cez médium šírenia je ovplyvnený inými signálmi určenými jednak vlastnosťami samotného média šírenia, ale aj inými zdrojmi elektrických signálov. V mieste príjmu prenášanej informácie je potrebné obrátiť konverziu rádiového signálu na správu. Konverzia rádiových signálov prichádzajúcich do prijímacieho bodu na pôvodnú správu sa vykonáva rádiovým prijímacím zariadením. Úloha premeny prijatého rádiového signálu na správu je zložitejšia ako premena správy na rádiový signál, keďže sa prevádza nielen prenášaný rádiový signál, ale aj jeho zmes s inými signálmi (interferencia), ktoré môžu skresliť prenášanú správu.

Zdroj informácií, rádiové vysielacie zariadenie, médium šírenia rádiových vĺn, rádiové prijímacie zariadenie a príjemca formulára informácie rádiové spojenie(obr. 2.3).

Štrukturálna schéma rádiového komunikačného vedenia, znázornená na obr.2.3., Zabezpečuje prenos správy len jedným smerom - od zdroja informácie k príjemcovi, t.j. jednosmerná rádiová komunikácia. Na zabezpečenie obojsmernej rádiovej komunikácie je potrebné mať na každom konci rádiového spojenia rádiové prijímacie zariadenie. V tomto prípade sa zdroj informácií a príjemca informácií pravidelne menia funkciami vykonávanými v rádiovej komunikačnej linke, preto je obvyklé kombinovať ich s jedným konceptom korešpondenta.

Pre obojsmernú rádiovú komunikáciu môže byť prevádzkový režim rádiového spojenia simplexný alebo duplexný.

Rádiová komunikačná linka, v ktorej sa striedavo uskutočňuje prenos a príjem správ, sa nazýva simplex, ale ak rádiová komunikačná linka poskytuje súčasný prenos a príjem informácií, potom sa takéto rádiové spojenie nazýva duplexné. Rádiová komunikačná linka, ktorá umožňuje súčasne prenášať niekoľko signálov zobrazujúcich nezávislé správy, sa nazýva viackanálová (dvojkanálová, trojkanálová atď.), ale ak je rádiová komunikačná linka navrhnutá tak, aby prenášala iba jeden signál zodpovedajúci jednej správe , potom sa nazýva jednokanálový. Rádiový komunikačný kanál sa teda chápe ako časť vedenia, ktorá zabezpečuje prenos a príjem signálu.

Vo všeobecnosti sa rádiovým komunikačným kanálom rozumie časť rádiového vysielacieho zariadenia, médium šírenia rádiových vĺn a časť rádiového prijímacieho zariadenia. Ktoré časti rádiového vysielacieho a prijímacieho zariadenia sú zahrnuté v koncepte rádiového kanála, je diskutované samostatne. Rádiový komunikačný kanál (rádiový kanál) je najčastejšie obmedzený iba médiom šírenia rádiových vĺn. Je to spôsobené tým, že najcharakteristickejšie vlastnosti rádiového kanála, ktoré ho odlišujú od iných komunikačných kanálov, sú presne určené prostredím šírenia. V nasledujúcom texte, pokiaľ nie je uvedené inak, sa rádiový kanál bude chápať ako médium na šírenie rádiových vĺn.

Každé rádiové vysielacie zariadenie teda musí poskytovať tieto tri funkcie:

1. Premena správy na primárny elektrický signál, ktorá sa vykonáva koncovým vysielacím zariadením (mikrofón, telegrafný kľúč, telegrafný prístroj, vysielacia televízna trubica atď.).

2. Premena primárneho elektrického signálu moduláciou (manipuláciou) vysokofrekvenčných kmitov na rádiový signál, ktorý možno efektívne vysielať a šíriť vo forme rádiových vĺn na danú vzdialenosť. Túto funkciu vykonáva skutočný rádiový vysielač.

3. Vyžarovanie rádiových signálov generovaných rádiovým vysielačom vo forme elektromagnetických vĺn, vykonávané vysielacím zariadením s anténou a napájačom (AFD).

Na prijímacom konci rádiovej komunikačnej linky sa pomocou rádiového prijímacieho zariadenia vykonáva spätná konverzia rádiových signálov na správu. Rádiový prijímač plní aj tieto tri hlavné funkcie:

1. Prijímacie anténne napájacie zariadenie (AFD) zachytáva energiu elektromagnetických vĺn a premieňa ju na rádiový signál.

2. Oddelenie prijímaného rádiového signálu od súboru signálov indukovaných v anténe a jeho transformácia na primárny nízkofrekvenčný signál požadovaného výkonu, vykonaná rádiovým prijímačom.

3. Premena primárneho signálu na správu, vykonávaná prijímacím koncovým zariadením (slúchadlá, reproduktor, prijímací telegrafný prístroj, televízny prijímač a pod.). Na zabezpečenie obojsmernej rádiovej komunikácie je potrebné na každom konci rádiovej linky mať rádiové vysielacie a prijímacie zariadenie, ktoré sú organizačne a často aj konštrukčne spolu s riadiacimi zariadeniami spojené do jednej komplexnej rádiostanice.

Obrázok 2.4 zobrazuje zovšeobecnenú blokovú schému rádiového spojenia medzi korešpondentmi A a B.

Hlavné vlastnosti rádiového kanála, ktoré ho odlišujú od ostatných komunikačných kanálov, sú určené najmä vlastnosťami prenosového média. Preto pri zvažovaní tejto otázky je pojem rádiového kanála obmedzený na médium šírenia rádiových vĺn.

V rádiovej komunikácii sa priestor obklopujúci zemský povrch využíva ako médium šírenia. Takéto médium nemá smerové vlastnosti, ako je to napríklad pri drôtových a káblových komunikačných vedeniach. V rádiových komunikačných vedeniach, vysielaných vysielacou anténou, sa šíria takmer všetkými smermi od vysielača a len malá časť ich energie je vyžarovaná smerom k rádiovému prijímaciemu zariadeniu korešpondenta. Energia rádiových vĺn je rozptýlená v prostredí šírenia. Okrem toho v dôsledku absorpcie energie rádiových vĺn na zemskom povrchu a ionosfére, ako aj v dôsledku lomu rádiových vĺn dochádza k dodatočnému zníženiu energie rádiových vĺn prichádzajúcich do bodu príjmu. V prípadoch, keď sa energia rádiových vĺn prichádzajúcich do prijímacieho bodu ukáže ako nedostatočná na jej premenu na primárny signál, rádiová komunikácia sa ukáže ako nemožná.

Prvá nehnuteľnosť rádiového kanála a spočíva v tom, že v procese šírenia rádiových vĺn v dôsledku ich rozptylu a absorpcie v zemskom povrchu a ionosfére dochádza k prudkému poklesu výkonu rádiových signálov na vstupe rádiových prijímačov. Preto je rádiový kanál na rozdiel od iných komunikačných kanálov považovaný za kanál s vysokým útlmom.

Veľký útlm rádiového kanála vedie k tomu, že úroveň rádiového signálu na vstupe rádiového prijímacieho zariadenia je porovnateľná s úrovňou fluktuačných prúdov (vlastného šumu) rádiového prijímača, čo sťažuje a v v niektorých prípadoch je dokonca nemožné rozpoznať prijímané signály a oddeliť ich od šumu.

Útlm rádiového kanála je možné "znížiť" voľbou optimálnych prevádzkových frekvencií pre daný čas požadovaného dosahu rádiovej komunikácie, ako aj smerovejšími a efektívnejšími vysielacími a prijímacími anténnymi zariadeniami.

Druhá vlastnosť rádiový kanál je zmena útlmu v priebehu času v
veľmi široké limity, preto sa rádiový kanál považuje za komunikačný kanál s
variabilné parametre.

Zmena útlmu rádiového kanála môže nastať z rôznych dôvodov. Veľkosť útlmu v rádiovom kanáli je ovplyvnená zmenami vo vzájomnej polohe rádiových staníc na zemi a vo vzdialenostiach medzi nimi, čo je obzvlášť viditeľné, keď rádiovú komunikáciu vykonávajú zemské vlny. Keďže sila elektromagnetického poľa klesá takmer úmerne druhej mocnine dĺžky dráhy, ktorú vlna prejde počas šírenia, každá zmena vzdialenosti medzi prevádzkovanými rádiovými stanicami vedie k zmene výkonu rádiového signálu v bode. prijímania. Je zrejmé, že tieto zmeny majú obzvlášť silný vplyv na poskytovanie rádiovej komunikácie medzi mobilnými objektmi. Ale aj v prípadoch, keď vzdialenosť medzi prevádzkovanými rádiovými stanicami zostáva konštantná a mení sa iba ich relatívna poloha na zemi, môže dôjsť k pomerne prudkým zmenám útlmu v rádiovom kanáli, ktoré sú spôsobené zmenami parametrov pôdy a v dôsledku toho aj v jeho absorpcii. vlastnosti. Parametre suchej pôdy sa líšia od parametrov mokrej pôdy a od parametrov vodnej plochy a závisia aj od typu samotnej pôdy – piesku, ílu atď.

V rozsahu metrových vĺn sú absorbčné vlastnosti média šírenia silne ovplyvnené terénom a miestnymi objektmi - kopce, hory, vegetácia, budovy atď. To všetko vedie k zmene útlmu rádiového kanála, ktorý môže dosiahnuť stovky decibelov.

Tretia vlastnosť rozhlasový kanál je jeho verejná dostupnosť, t.j. možnosť využitia rovnakého distribučného média akýmikoľvek rádiotechnickými zariadeniami. Všeobecná dostupnosť distribučného média umožňuje súčasne prevádzkovať veľké množstvo rádiových komunikačných liniek.

Na vstupe prijímacieho zariadenia teda bude vždy okrem prijímaného rádiového signálu aj rušenie, ktoré ho skresľuje a. teda a primárny signál priamo zobrazuje prenášanú správu. Miera skreslenia primárneho signálu určuje správnosť prijatej správy, t.j. jeho pravosť.

Aby sa teda zlepšila spoľahlivosť rádiovej komunikácie a zabezpečila sa vysoká spoľahlivosť prijatej správy, musia sa prijať tieto opatrenia:

Vykonávajte rádiovú komunikáciu na frekvenciách, ktoré sú optimálne zvolené podľa rádiových predpovedí, bez rušenia;

Používajte také typy rádiových signálov, ktoré poskytujú požadovanú spoľahlivosť rádiovej komunikácie s najnižšími možnými hodnotami stupňa prekročenia signálu nad rušením;

Používajte efektívne a smerové vysielacie a prijímacie antény;

Znížte šírku pásma rádiového prijímača na najnižšie možné hodnoty určené spektrom prijímaného rádiového signálu.

Princípy rádiovej komunikácie. Rádiový kanál a linka

Slovo „rádio“ pochádza z latinského radiare – vyžarovať alebo vyžarovať lúče a je všeobecným pojmom používaným na akúkoľvek praktickú aplikáciu rádiových vĺn. Rádiovými vlnami sa v tomto prípade rozumejú elektromagnetické vlny šíriace sa otvoreným priestorom (médium šírenia rádiových vĺn) bez umelých vodiacich médií, akými sú drôty alebo potrubia – vlnovody. Pri použití elektromagnetických vĺn ako materiálneho nosiča na prenos informácií na diaľku sa dostávame k rádiovej komunikácii ako k jednému zo spôsobov telekomunikácií, využívajúcich na výmenu informácií elektrické prenosové systémy. Rádiová komunikácia je teda telekomunikácia vykonávaná pomocou rádiových vĺn.

V širšom zmysle je rádiová komunikácia reprezentovaná niekoľkými druhmi komunikácie, ktoré využívajú na prenos správ rôzne mechanizmy šírenia rádiových vĺn: po zemskom povrchu, pomocou odrazov v rôznych vrstvách atmosféry alebo pomocou vesmírnych opakovačov. Každý typ rádiovej komunikácie je charakterizovaný vlastnými princípmi, určenými najmä charakteristikami rozsahov používaných na prenos rádiových vĺn. V nasledujúcom texte, keď hovoríme o rádiovej komunikácii, budeme mať na mysli taký druh, ktorý umožňuje priamu komunikáciu medzi priestorovo oddelenými bodmi na zemskom povrchu bez použitia medziľahlých komunikačných bodov, ktoré spätne prijímajú (reléové) signály. V tomto prípade možno retransmisiu v zásade použiť na zvýšenie dosahu komunikácie alebo v iných prípadoch napríklad na zvýšenie efektívnosti komunikácie v náročných podmienkach rušenia. Ďalšou charakteristickou črtou tohto druhu rádiovej komunikácie, o ktorej sa bude diskutovať nižšie, je schopnosť vysielať a prijímať správy na cestách.

Všetky správy prichádzajúce zo zdroja na prenos prostredníctvom rádiových vĺn sú na vysielacom termináli prevedené na primárny elektrický signál u (t), čo je časovo premenné napätie (prúd) predstavujúce správy. V závislosti od povahy správ a typu konverzie môže byť primárny elektrický signál diskrétny alebo spojitý. Ako vysielacie koncové zariadenie môže fungovať mikrofón mikrofónovo-telefónneho headsetu (MTG) alebo telefónneho slúchadla, telegrafný kľúč, telegrafný prístroj a iné technické prostriedky.

Charakteristickým znakom primárnych elektrických signálov je ich relatívne pomalá zmena v čase, t.j. nízka frekvencia kmitov. Spektrá väčšiny primárnych elektrických signálov sú obmedzené na maximálnu frekvenciu nepresahujúcu niekoľko kilohertzov. Takéto nízkofrekvenčné signály nemožno efektívne vyžarovať do média šírenia rádiových vĺn, pretože to vyžaduje žiariče s geometrickými rozmermi zodpovedajúcimi vlnovej dĺžke signálu. Preto sa ďalej v rádiovom vysielači primárny elektrický signál premieňa na vhodný rádiový signál uс (t) na prenos. Proces konverzie sa nazýva modulácia pre spojité primárne signály alebo kľúčovanie pre diskrétne signály. V procese modulácie (manipulácie) pôsobí primárny elektrický signál ako modulačný signál, ktorý mení jeden z parametrov (amplitúda, frekvencia, fáza) vysokofrekvenčného harmonického kmitania nosnej frekvencie.

Vo všeobecnosti procesu modulácie primárneho elektrického signálu predchádza jeho kódovacia operácia, v dôsledku ktorej je sekvencia prvkov správy nahradená sekvenciou kódových symbolov podľa určitého pravidla.

Rádiové signály, analogicky s primárnymi elektrickými signálmi, ktoré zobrazujú, môžu byť spojité (analógové) alebo diskrétne. V niektorých prípadoch sa diskrétne signály nazývajú digitálne, pretože môžu byť reprezentované v digitálnej forme - vo forme čísel s konečným počtom číslic. V rádiovej komunikácii našli najväčšie uplatnenie digitálne signály, ktoré majú len dve diskrétne hodnoty. Diskrétne signály môžu byť použité na prenos nielen diskrétnych, ale aj spojitých správ a naopak, spojité signály - na prenos diskrétnych správ.

Rádiový signál z výstupu rádiového vysielača je pomocou spojovacieho vedenia, ktoré sa nazýva napájač, privádzaný do vysielacej antény a vo forme rádiových vĺn je ňou vysielaný do voľného priestoru. Rýchlosť šírenia rádiových vĺn závisí od vlastností média, pričom maximálna rýchlosť prebieha vo voľnom priestore (vákuu) a zhoduje sa s rýchlosťou svetla vo vákuu, rovná 3 × 108 m/s. V iných médiách je rýchlosť rádiových vĺn menšia a je určená relatívnou permitivitou a permeabilitou média.

V mieste príjmu sa rádiové vlny premenia prijímacou anténou na vysokofrekvenčný signál, ktorý sa potom privádza cez napájač do rádiového prijímača, kde sa obnoví vysielaný primárny elektrický signál u (t). Na tento účel sa vykonávajú operácie, ktoré sú opačné ako tie, ktoré boli vykonávané v rádiovom vysielači - demodulácia (detekcia) a dekódovanie signálu. V prijímacom koncovom zariadení (napríklad telefóny MTG, telegrafné prístroje, reproduktory) sa primárne signály konvertujú na správy a odovzdajú sa príjemcovi.

Úloha premeny prijatých signálov na správy je zložitejšia ako premena správ na rádiový signál, pretože sa konvertuje nielen prenášaný rádiový signál, ale aj jeho zmes s inými signálmi (interferencia), ktoré môžu skresliť prenášanú správu. Prítomnosť rušenia pri prenose správ je spôsobená skutočnosťou, že médium šírenia rádiových vĺn je spoločné pre mnohé zdroje elektromagnetického žiarenia, to znamená, že má voľný prístup.

Súbor technických zariadení a médií šírenia rádiových vĺn, ktorý zabezpečuje prenos správ od zdroja k cieľu pomocou rádiových vĺn, sa nazýva rádiový spoj (rádiový spoj). V tomto prípade sú zdrojmi a príjemcami využívajúcimi rádiové komunikačné linky na vysielanie a prijímanie správ účastníci rádiovej komunikácie. Účastníci môžu prenášať správy sami alebo s pomocou rádiových operátorov (rádiotelegrafistov). Účastníci rádiových komunikácií a rádioví operátori, ktorí vykonávajú priamy prenos správ cez rádiové spojenie, sa zvyčajne nazývajú korešpondenti.

Štrukturálny diagram rádiovej komunikačnej linky určenej na prenos správ medzi účastníkmi (korešpondentmi) A a B je na obr. 2.1. Je zvykom kombinovať rádiový vysielač (vysielač) a vysielaciu anténu do rádiového vysielacieho zariadenia a rádiový prijímač (prijímač) a prijímaciu anténu do rádiového prijímacieho zariadenia. Okrem toho sa vysielacia anténa a napájač, ktorý ju spája s vysielačom, nazývajú zariadenie s vysielacou anténou a napájačom (AFD) alebo cesta a prijímacia anténa a napájač, ktorý ju spája s prijímačom, sa nazývajú prijímacia AFD alebo cesta.

Vo všeobecnom zmysle možno rádiovú komunikačnú linku považovať za jeden z typov telekomunikačného kanála (komunikačný kanál), ktorým sa rozumie dráha telekomunikačných signálov, ktoré po pripojení účastníckych koncových zariadení na jej konce prenášajú správy z tzv. zdroja k príjemcovi (príjemcom). Telekomunikačným kanálom sa v závislosti od typu komunikačnej siete priraďujú názvy, napríklad telefónny kanál, telegrafný kanál, kanál prenosu dát, kanál zvukového vysielania.

Rádiová komunikačná linka môže byť jednokanálová alebo viackanálová. V druhom prípade vlastní niekoľko súčasne fungujúcich komunikačných kanálov, cez ktoré sa prenášajú signály, ktoré zobrazujú rôzne (niekedy identické) správy. Na rozdiel od jednokanálového môže viackanálové rádiové spojenie zahŕňať niekoľko vysielacích a prijímacích koncových zariadení, ktoré konvertujú správy z rôznych zdrojov na primárne elektrické signály a naopak. Okrem toho vo viackanálovej rádiovej komunikačnej linke musia byť k dispozícii zariadenia, ktoré vykonávajú funkcie kombinovania a oddeľovania signálov od rôznych účastníkov.

Rádiové komunikačné linky môžu byť priame, spájajúce účastníkov priamo, bez použitia medziľahlých bodov (opakovače rádiového signálu), alebo zložené, prechádzajúce cez takéto body (v tomto prípade rádiové spojenie zahŕňa technické zariadenia zosilňovača, ktoré zabezpečujú príjem, konverziu, zosilnenie a následný prenos rádiových signálov prijatých od oboch korešpondentov).

Časť rádiového komunikačného vedenia, ktorá vytvára cestu pre prechod rádiových signálov, sa nazýva rádiový komunikačný kanál (rádiový kanál). Hranice rádiových kanálov
komunikácie, v závislosti od úloh, ktoré sa majú riešiť alebo skúmaných problémov, môžu byť zvolené ľubovoľne, pokiaľ kanálom prechádzajú rádiové signály zobrazujúce správy. V niektorých prípadoch sa rádiovým komunikačným kanálom rozumie súbor technických zariadení, ktoré zabezpečujú tvorbu rádiového signálu a jeho vysielanie v rádiovom vysielači, ako aj príjem rádiového signálu a jeho spätnú transformáciu v rádiovom prijímači, a médium šírenia rádiových vĺn. V iných prípadoch, napríklad pri zvažovaní vlastností telekomunikačných kanálov, sa rádiokomunikačný kanál nazýva iba médium šírenia rádiových vĺn.

Rádiový komunikačný kanál, podobne ako rádiové spojenie, je osobitným prípadom prenosového kanála, ktorým sa rozumie súbor technických prostriedkov a prenosového média, ktoré zabezpečuje prenos telekomunikačných signálov v určitom frekvenčnom pásme alebo pri určitej rýchlosti. medzi uzlami a stanicami siete. Rádiový kanál je prenosový kanál, v ktorom sa telekomunikačné signály prenášajú prostredníctvom rádiových vĺn. V závislosti od spôsobu prenosu telekomunikačných signálov môže byť prenosový kanál analógový alebo digitálny (diskrétny). Typ rádiového komunikačného kanála je tiež určený typom rádiových vĺn používaných na prenos správ.

Prenosový kanál, ktorého parametre zodpovedajú prijatým štandardom, sa nazýva typický prenosový kanál. Typické prenosové kanály v rádiovej komunikácii budú diskutované v kapitole 7.

Znázornené na obr. 2.1 rádiová komunikačná linka implementuje obojsmernú rádiovú komunikáciu, pretože jej zloženie umožňuje obom korešpondentom vysielať a prijímať správy. Pri jednosmernej rádiovej komunikácii vykonáva jeden z korešpondentov iba prenos správ a druhý (alebo iné) iba príjem.

Obojsmerná rádiová komunikácia môže byť simplexná alebo duplexná. V prvom prípade sa prenos a príjem informácií medzi korešpondentmi uskutočňuje striedavo, pričom rádiová výmena je možná na rovnakej frekvencii alebo na oddelených frekvenciách príjmu a prenosu. V tomto prípade je rádiová komunikácia simplexná jednofrekvenčná (alebo jednoducho simplexná) av druhom - simplexná dvojfrekvenčná. Pri duplexnej rádiovej komunikácii sa prenos a príjem informácií vykonávajú súčasne. Navyše, ak sú vysielače korešpondentov zapnuté neustále, bez ohľadu na to, či sa informácie prenášajú alebo nie, rádiová komunikácia sa zvyčajne nazýva plne duplexná a ak sú vysielače zapnuté iba na čas prenosu informácií, a keď nie je prenos, sú vypnuté - poloduplex.

Na prenos správ rádiovými kanálmi sa využíva časť spektra elektromagnetických vĺn, ktoré je v rozsahu od 3 kHz do 3000 GHz. Táto časť spektra sa nazýva rádiofrekvenčné spektrum (rádiové spektrum) a frekvencie rádiového spektra sa nazývajú rádiové frekvencie. Rádiové spektrum obsahuje podľa medzinárodného dokumentu - Rádiokomunikačného poriadku 9 pásiem (rozsahov), počnúc štvrtým. Spektrum je rozdelené do rozsahov tak, že pomer hornej medznej frekvencie rozsahu k jeho dolnej medznej frekvencii je 10. V tomto prípade je do neho zahrnutá horná medzná frekvencia ľubovoľného rozsahu a spodná medzná frekvencia je vylúčená. V rovnakom rozsahu sú vlastnosti šírenia rádiových vĺn prakticky rovnaké. Tabuľka 2.1 sú uvedené názvy zodpovedajúce Rádiokomunikačnému poriadku, písmenové označenia (medzinárodné a ruské) a hranice frekvenčných pásiem, ktoré tvoria rádiové spektrum.

Vlny v rozsahu od 10 m do 1 cm sa často spájajú pod názvom - ultrakrátke vlny (VHF) a ultravysokými frekvenciami sa rozumejú UHF, CMV a MMV. Prvý sa vysvetľuje skutočnosťou, že každé z pásiem s číslami od 8 a vyššie, ktoré majú znaky šírenia, má niektoré vlastnosti spoločné pre všetky pásma VHF; a druhá - skutočnosťou, že v technických mikrovlnných zariadeniach na získanie a izoláciu vysokofrekvenčných oscilácií v rezonančných obvodoch sa namiesto kondenzátorov a induktorov tradičných pre nižšie frekvencie používajú iné konštrukcie: krátke úseky drôtených vedení, kovové pásy, vlnovody a krabicové rezonančné rezonátory. Okrem toho sa rádiové vlny v rozsahu 9 a vyšších často označujú ako mikrovlny.

Zákony a javy spoločné pre elektromagnetické vlny sú vlastné rádiovým vlnám, z ktorých najdôležitejšie sú:

priamočiare šírenie rádiových vĺn - šírenie rádiových vĺn v homogénnom (alebo slabo nehomogénnom) prostredí priamo od zdroja k miestu príjmu pozdĺž priamočiarych alebo blízkych trajektórií;

odraz rádiových vĺn - zmena smeru šírenia rádiových vĺn v dôsledku odrazu od rozhrania medzi dvoma médiami alebo od nehomogenít prostredia;

difrakcia rádiových vĺn - zmena štruktúry vlnového poľa vplyvom prekážok, ktorými sú priestorové nehomogenity prostredia šírenia, čo vedie najmä k ohýbaniu rádiových vĺn okolo týchto prekážok;

lom rádiových vĺn - zmena smeru šírenia rádiových vĺn v dôsledku zmeny rýchlosti ich šírenia pri prechode nehomogénnym prostredím;

absorpcia rádiových vĺn - zníženie energie rádiovej vlny v dôsledku jej čiastočnej premeny na tepelnú energiu v dôsledku interakcie s prostredím;

rozptyl rádiových vĺn - premena rádiových vĺn šíriacich sa jedným smerom na rádiové vlny šíriace sa rôznymi smermi;

viaccestné šírenie - šírenie rádiových vĺn z vysielacej do prijímacej antény po niekoľkých cestách;

rušivé zoslabovanie rádiových vĺn - kvázi-periodické zmeny v úrovni poľa v dôsledku príchodu množstva rádiových vĺn s časovo premenlivými vzájomnými fázami na miesto príjmu.

Tabuľka 2.1

Klasifikácia rádiových frekvenčných pásiem a rádiových vĺn

Číslo pásu	Frekvenčné hranice	Názvy frekvencií	Hranice vlnové dĺžky	Názov vlny
		Veľmi nízky		Miriameter alebo extra dlhé (MIMV, SDV)
				Kilometrové alebo dlhé
	300 ... 3000 kHz			Hektometer alebo priemer
				Dekameter, alebo krátky (DKMV, KV)
		Veľmi vysoko		Meter
	300 ... 3000 MHz	Ultra vysoká		Decimeter
		Super vysoká		Centimetre
				Milimeter
	300 ... 3 000 GHz	Hypervysoký		Decimilli- meter

V rádiovej komunikácii sa rádiové signály môžu prenášať dvoma spôsobmi: pozdĺž zemského povrchu a so žiarením do ionosféry a z nej späť na zemský povrch.

Na základe toho rozlišujú pozemské a ionosférické rádiové vlny.

Rádiové vlny šíriace sa v bezprostrednej blízkosti (na stupnici vlnových dĺžok) zemského povrchu sa nazývajú zemské rádiové vlny. Pozemné rádiové vlny zahŕňajú priame vlny (šíriace sa priamočiaro), vlny odrazené od zeme a povrchové rádiové vlny (šíriace sa po rozhraní). Ionosférické rádiové vlny sú tie, ktoré sa šíria voľným priestorom odrazom alebo rozptylom od ionosféry. Rádiové komunikácie využívajúce ionosférické vlny sa tiež označujú ako ionosférické.

Ionosféru tvorí ionizovaná oblasť atmosféry nachádzajúca sa vo výškach od 60 ... 80 do 1000 ... 1200 km nad Zemou. Hlavným zdrojom atmosférickej ionizácie, pod vplyvom ktorej sa neutrálne molekuly a atómy plynov, ktoré tvoria ionosféru, štiepia na kladne nabité ióny a voľné elektróny, je ultrafialové a röntgenové žiarenie zo Slnka, ako aj korpuskulárne prúdy, prevažne slnečného pôvodu. Okrem toho k ionizácii atmosféry dochádza pôsobením kozmického žiarenia zo vzdialených hviezd a kozmického prachu, ktoré nepretržite dopadajú do zemskej atmosféry.

Stupeň ionizácie, charakterizovaný hustotou elektrónov, nie je vzhľadom na nehomogenitu atmosféry rovnaký vo výške. Preto ionosféra získava zložitú viacvrstvovú štruktúru, vytvárajú sa v nej ionizované oblaky, ktorých koncentrácia elektrónov závisí od výšky oblaku aj od stupňa slnečnej aktivity, hrúbky atmosféry a niektorých ďalších dôvodov. Výškové rozloženie intenzity ionizácie v reálnej atmosfére má niekoľko maxím. Existujú tri oblasti D, E, F (v poradí rastúcej výšky nad povrchom Zeme), v rámci ktorých sa nachádzajú tri rovnomenné ionizované vrstvy. Počas dňa sa ionizovaná vrstva F rozdelí na dve vrstvy F1 a F2. Stupeň ionizácie závisí od ročného obdobia, dňa a geografickej polohy a pre rôzne vrstvy sú tieto závislosti rôzne. Priemerné výšky vrstiev a stupeň ich ionizácie (elektrónová hustota) sú uvedené v tabuľke. 2.2.

Každá vrstva je charakterizovaná svojou vlastnou kritickou frekvenciou fcr, definovanou ako najvyššia frekvencia rádiového signálu, pri ktorej sa od tejto vrstvy odráža vertikálne smerovaná rádiová vlna. Nad kritickou frekvenciou sa rádiová vlna neodráža, ale prechádza cez ionizovanú vrstvu ionosféry.

Súčasne s objavením sa nových elektrónov v ionosfére niektoré elektróny prítomné v ionosfére zmiznú a naviažu sa na kladné ióny a neutrálne molekuly. Proces opätovného spájania nabitých častíc a vytvárania molekúl v atmosfére sa nazýva rekombinácia.

Ionizáciu okrem Slnka vytvárajú meteory napadajúce zemskú atmosféru rýchlosťou niekoľko desiatok kilometrov za sekundu. Meteorická hmota, keď vstúpi do hustých vrstiev atmosféry, sa zahrieva a vyparuje a častice látky, ktoré sú ionizované, ionizujú okolitý vzduch. V dôsledku toho sa zvyšuje priemerná úroveň ionizácie atmosféry. Okrem toho sa za meteorom vytvára stĺpec ionizovaného vzduchu vo forme valca, ktorý vytvára lokálnu ionizáciu. Meteorická stopa sa rýchlo rozširuje a rozptyľuje, pričom v atmosfére existuje jednu až niekoľko sekúnd. Takéto ionizované stopy meteorov sa tvoria vo výške 80 ... 120 km nad zemským povrchom približne medzi vrstvou D a vrstvou E. Rádiová komunikácia založená na využití odrazu rádiových vĺn od ionizovaných vrstiev meteorov sa nazýva meteorologické rádio. komunikácia. V meteorologických rádiových linkách sa používa prerušovaný režim prevádzky s predbežným zhromažďovaním informácií a ich následným prenosom počas obdobia výskytu meteorických stôp.

Zvážte štruktúru rádiovej komunikácie (obr. 2.15).

Mikrofón (M) premieňa zvukové vibrácie reči na vibrácie elektrického prúdu zvukovej (nízkej) frekvencie. Jednou z hlavných jednotiek rádiového vysielača je hlavný oscilátor (MG) (alebo vysokofrekvenčný generátor), ktorý premieňa jednosmernú energiu (špeciálny zdroj energie) na vysokofrekvenčnú (HF) prúdovú oscilačnú energiu. Zvukovofrekvenčný prúd zosilnený v nízkofrekvenčnom zosilňovači (ULF) sa privádza do modulátora (Mod), pričom pôsobí na jeden z parametrov (amplitúda, frekvencia alebo fáza) vysokofrekvenčného prúdu. Vyrába sa hlavným oscilátorom. Výsledkom je, že do antény vysielača sa privádzajú vysokofrekvenčné prúdy (rádiové frekvencie), ktoré sa líšia amplitúdou, frekvenciou alebo fázou v súlade s vysielanými zvukovými vlnami (vysielanými pôvodnou správou). Proces ovplyvňovania jedného z parametrov KV signálu podľa zákona o zmene prenášanej počiatočnej správy je tzv. modulácia amplitúda, frekvencia alebo fáza.

Obrázok 2.15 - Bloková schéma rádiovej komunikácie

Vysokofrekvenčné prúdy prechádzajúce cez anténu vysielača vytvárajú okolo nej elektromagnetické pole. Elektromagnetické vlny (rádiové vlny) sú oddelené od antény a šíria sa priestorom rýchlosťou 300 000 km/s.

V prijímacej anténe indukujú rádiové vlny (elektromagnetické pole) EMF rádiovej frekvencie, čím sa vytvorí modulovaný RF prúd, ktorý presne opakuje všetky zmeny prúdu vo vysielacej anténe. Vysokofrekvenčné prúdy z prijímacej antény sa prenášajú cez napájacie vedenie do selektívneho vysokofrekvenčného zosilňovača (UHF). Selektivita je zabezpečená rezonančným obvodom, ktorý sa najčastejšie skladá z tlmivky a kondenzátora zapojených paralelne, tvoriacich paralelný oscilačný obvod, ktorý má prúdovú rezonanciu na frekvencii elektromagnetických kmitov vysielaných vysielačom. Voči vysielačom rádiových staníc pracujúcich na iných frekvenciách je tento rádiový prijímač prakticky necitlivý.

Zosilnený signál je privádzaný do detektora (Det), ktorý premieňa prijaté HF signály na prúdy zvukových vibrácií, meniace sa ako prúdy zvukovej frekvencie vytvárané mikrofónom vo vysielacom bode. Táto transformácia sa nazýva detekcia (demodulácia). Prúd zvuku alebo nízkej frekvencie (LF) získaný po detekcii je zvyčajne ešte zosilnený v ULF a prenášaný do reproduktora (reproduktora alebo slúchadiel), ktorý premieňa tento nízkofrekvenčný prúd na zvukové vibrácie.

Rádiová komunikácia je jednosmerná a obojsmerná. Pri jednosmernej rádiovej komunikácii jedna z rádiových staníc iba vysiela a druhá (alebo iné) iba prijíma. Pri obojsmernej rádiovej komunikácii vysielajú a prijímajú rádiové stanice súčasne.

Simplexná rádiová komunikácia- ide o obojsmernú rádiovú komunikáciu, pri ktorej každý účastník postupne iba vysiela alebo iba prijíma, pričom na čas príjmu vypne svoj vysielač (obr. 2.16). Pre simplexnú komunikáciu postačuje jedna rádiová frekvencia (jednofrekvenčné simplexné rádio). Každá rádiová stanica má jednu anténu, ktorá sa pri príjme a vysielaní prepne na vstup rádiového prijímača, prípadne na vstup rádiového vysielača.

Obrázok 2.16 - Bloková schéma simplexnej rádiovej komunikácie

Simplexná rádiová komunikácia sa zvyčajne používa, keď sú relatívne malé dopravné toky. Plne duplexná komunikácia je typická pre rádiové siete s vysokou záťažou.

Duplexné rádio Ide o obojsmernú rádiovú komunikáciu, pri ktorej sa príjem a prenos uskutočňuje súčasne. Duplexné rádio vyžaduje dve rôzne nosné frekvencie a vysielače a prijímače musia mať vlastné antény (obrázok 2.17). Okrem toho špeciálny filter ( duplexer), ktorý neumožňuje prechod rádiofrekvenčných vibrácií vlastného vysielača. Výhodou duplexnej rádiovej komunikácie je jej vysoká účinnosť a šírka pásma rádiovej siete.

Obrázok 2.17 - Bloková schéma duplexnej rádiovej komunikácie

Rádiová komunikácia má oproti káblovej komunikácii nasledujúce výhody:

Ø rýchle nasadenie v akomkoľvek teréne a v akýchkoľvek podmienkach;

Ø vysoká účinnosť a schopnosť prežitia rádiovej komunikácie;

Ø schopnosť prenášať rôzne správy ľubovoľnému počtu účastníkov kruhovo, selektívne alebo skupine účastníkov;

Ø možnosť komunikácie s mobilnými objektmi.

Rádiové vysielacie zariadenia

Vo funkčnom zmysle sa rádiovým vysielacím zariadením rozumie súbor zariadení určených na generovanie a vysielanie rádiofrekvenčného signálu (rádiového signálu). Rádiový vysielač obsahuje ako funkčné jednotky nosný generátor a modulátor. Okrem toho rádiové vysielacie zariadenia (najmä výkonné) obsahujú mnoho ďalších zariadení: napájacie zdroje, chladiace zariadenia, automatické a diaľkové ovládanie, signalizáciu, ochranu a blokovanie atď.

Hlavné indikátory rádiových vysielacích zariadení možno podmienečne rozdeliť do 2 skupín: indikátory energie a elektromagnetickej kompatibility.

Najdôležitejšie energetické ukazovatele rádiového vysielacieho zariadenia sú menovitý výkon a priemyselná účinnosť. Pod menovitý výkon (P) pochopiť priemernú hodnotu energie dodanej do antény počas periódy oscilácie rádiovej frekvencie. Priemyselný koeficient výkonu (COP) je pomer menovitého výkonu P k celkovému P spotrebovanému zo siete striedavého prúdu rádiovým vysielacím zariadením: η = P / P celkom 100 %.

Hlavnými ukazovateľmi elektromagnetickej kompatibility sú prevádzkový frekvenčný rozsah, nestabilita oscilačnej frekvencie a emisie mimo pásma.

Rozsah prevádzkových frekvencií sa vzťahuje na frekvenčné pásmo, v ktorom rádiové vysielacie zariadenie pracuje v súlade s požiadavkami normy.

Pod frekvenčná nestabilita rádiového vysielača sa rozumie odchýlka frekvencie kmitov na jeho výstupe za určitý časový úsek voči nastavenej frekvencii. Nízkofrekvenčná nestabilita (vysoká stabilita) znižuje rušenie rádiového príjmu.

Von zo skupiny zavolaj takému žiarenia ktoré sa nachádzajú mimo šírky pásma prideleného na prenos užitočných správ. Emisie mimo pásma sú zdrojom dodatočného rušenia rádiového príjmu. Potlačením emisií mimo pásma sa kvalita prenosu signálu nezhorší.

Podľa označenia sú rádiové vysielacie zariadenia rozdelené na komunikačné zariadenia. Vysielanie a televízia. Podľa rozsahu prevádzkových frekvencií sú rádiové vysielacie zariadenia rozdelené podľa klasifikácie typov rádiových vĺn. V závislosti od menovitého výkonu sa rádiové vysielače delia na nízkovýkonné (do 100 W), stredne výkonné (od 100 do 10 000 W), výkonné (od 10 do 500 kW) a supervýkonné (nad 500 kW). .

Špecifickosť prevádzky umožňuje rozlíšiť stacionárne a mobilné rádiové vysielacie zariadenia (automobil, lietadlá, nositeľné zariadenia atď.).

Rádiové prijímacie zariadenia

Príjem rádia Ide o oddelenie signálov od rádiového vyžarovania. V mieste, kde je rádio prijímané, sú súčasne rádiové emisie z mnohých prírodných a umelých zdrojov. Výkon požadovaného rádiového signálu je veľmi malým zlomkom výkonu celkového rádiového vyžarovania v mieste rádiového príjmu. Úlohou rádiového prijímacieho zariadenia je oddeliť užitočný rádiový signál od rôznych iných signálov a možného rušenia, ako aj reprodukovať (obnoviť) prenášanú správu.

Hlavné (z hľadiska univerzálnosti) ukazovatele rádiových prijímačov sú: prevádzkový frekvenčný rozsah, citlivosť, selektivita, odolnosť voči šumu.

Pracovný frekvenčný rozsah je určený rozsahom možných ladiacich frekvencií. Inými slovami, toto je frekvenčný rozsah ladenia, v rámci ktorého môže rádiový prijímač hladko alebo preskakovať z jednej frekvencie na druhú.

Citlivosť je miera schopnosti rádiového prijímača prijímať slabé rádiové signály. Kvantitatívne sa odhaduje minimálnou hodnotou elektromotorickej sily (EMF) signálu na vstupe rádiového prijímacieho zariadenia, pri ktorej dochádza k požadovanému odstupu signálu od šumu na výstupe bez vonkajšieho rušenia.

Selektivita sa nazýva vlastnosť rádiového prijímacieho zariadenia, ktorá umožňuje rozlíšiť užitočný rádiový signál od rádiového rušenia podľa určitých charakteristík rádiového signálu. Inými slovami: je to schopnosť rádiového prijímacieho zariadenia oddeliť požadovaný rádiový signál od spektra elektromagnetických vĺn v mieste príjmu, čím sa znížia rušivé rádiové signály. Rozlišujte medzi priestorovou a frekvenčnou selektivitou. Priestorová selektivita sa dosahuje použitím antény, ktorá poskytuje príjem požadovaných signálov z jedného smeru a útlm rádiových signálov z iných smerov z vonkajších zdrojov. Frekvenčná selektivita kvantitatívne charakterizuje schopnosť rádiového prijímacieho zariadenia vybrať zo všetkých rádiofrekvenčných signálov a rádiového rušenia pôsobiaceho na vstupe signál zodpovedajúci frekvencii rádiového prijímača.

Imunita rádiové prijímacie zariadenie sa nazýva jeho schopnosť pôsobiť proti rušivému pôsobeniu rušenia. Kvantitatívne sa odolnosť proti šumu odhaduje podľa maximálnej hodnoty hladiny šumu v anténe, pri ktorej je ešte zabezpečený príjem rádiových signálov.

Rádiové prijímacie zariadenia možno klasifikovať podľa rôznych kritérií. Podľa dohody je možné rozlíšiť rozhlasové vysielanie (zvyčajne nazývané rozhlasové prijímače alebo prijímače), televíziu (televízory), profesionálne, špeciálne rozhlasové prijímače. K profesionálnym patria diaľkové rádiové prijímače dekametrového rozsahu, rádioreléové a satelitné komunikačné linky. Spomedzi účelových rádiových prijímačov treba menovať napríklad radar, rádionavigáciu, lietadlo atď.

Antény a podávače

Anténa je prvok rozhrania medzi vysielacím alebo prijímacím zariadením a médiom na šírenie rádiových vĺn. Antény vo forme drôtov alebo plôch pri vysielaní vyžarujú elektromagnetické vlny a pri príjme „zbierajú“ dopadajúcu energiu. Antény pozostávajúce z drôtov s malým prierezom v porovnaní s vlnovou dĺžkou a pozdĺžnymi rezmi sa nazývajú drôt... Antény vyžarujúce cez ich otvor sa nazývajú clona... Niekedy sa nazývajú difrakčné, reflexné, zrkadlové. Elektrické prúdy takýchto antén tečú po vodivých povrchoch s rozmermi zodpovedajúcimi vlnovej dĺžke alebo oveľa väčšími ako je táto.

Elektrický obvod a príslušenstvo, ktorým sa energia rádiofrekvenčného signálu vedie z rádiového vysielača do antény alebo z antény do rádiového prijímača, sa nazýva podávač... Na napájače sú kladené tieto požiadavky: energetické straty vysokofrekvenčných signálov v ňom musia byť minimálne; nesmú mať anténny efekt, t.j. nesmie vyžarovať ani prijímať elektromagnetické vlny; mať dostatočnú elektrickú pevnosť, t.j. preniesť potrebný výkon bez nebezpečenstva elektrického prerušenia izolácie.

Vysielacie antény, používané v kilometrovom a hektometrovom rozsahu, sú pripojené k rádiovému vysielaču pomocou viacvodičových koaxiálnych napájačov. V rozsahu dekametrov sa podávače zvyčajne vyrábajú vo forme drôtových dvoj- alebo štvorvodičových vedení. K anténam metrových rádiových vĺn sa energia spravidla privádza pomocou koaxiálneho kábla. Pri kratších vlnových dĺžkach, najmä v centimetrovom rozsahu, je napájač vyrobený vo forme dutej kovovej rúrky - vlnovodu pravouhlého, eliptického alebo kruhového prierezu.

Klasifikácia a spôsoby šírenia rádiových vĺn sú uvedené v tabuľkách nižšie.