Радиосвязь физические характеристики кратко

Обновлено: 30.06.2024

Хотя радио имеет долгую и интересную историю, на вопрос, кто его открыл, однозначного ответа нет. Например, принципы радиосвязи были практически продемонстрированы в 1893 году Николой Теслой, который представил работу беспроводного радио в Сент-Луисе, США. С другой стороны, изобретателем радио часто называют Гульельмо Маркони - человека, получившего первый патент на беспроводной телеграф (Англия, 1896 год). А уже 12 декабря 1901 года Маркони стал первым человеком, передавшим радиосигналы через Атлантический океан. Наконец, нельзя не вспомнить и нашего Александра Попова, представившего в Петербурге 7 мая 1895 года прибор, который обеспечивал генерацию направленных колебаний «атмосферного электричества« (по сути, являлся радиоприёмником).

Радиосигналы происходят в результате направленного перемещения радиоволн. Подобно волнам на пруду, радиоволна представляет собой серию повторяющихся пиков и впадин. Радиоволна генерируется передатчиком, а затем обнаруживается приёмником.

Основные разновидности радиосвязи и их применение

Высокочастотные колебания - составляющие любого радиосигнала, представляют собой направленное наложение двух колеблющихся в пространстве под углом 900 полей, магнитного и электрического. Энергия, которую вырабатывают эти поля, увеличиваются по мере повышения синхронности таких колебаний и помре увеличения площади, на которую распространяется действие этих полей. Соответственно, сила прохождения сигнала, при росте расстояния до его источника падает.

Для передачи радиосигнала применяются антенны. Конструкция любой антенны предусматривает концентрацию радиоволн, которые содержатся в луче, с увеличением степени такой концентрации КПД антенного устройства увеличивается. Конструктивные особенности передатчика и антенны определяют разновидности радиосвязи.

Радиорелейная связь

Функции радиорелейной линии заключаются в приёме и ретрансляции сигналов, которые принимаются либо от другой радиостанции, либо от провода, оптоволоконного, микроволнового, коаксиального кабеля или другого канала интегрированной наземной линии. Радиорелейная связь – важная, хотя уже и постепенно устаревающая технология системы радиосвязи.

Большинство станций радиорелейной связи представляют собой наземную систему связи типа "точка-точка". Типовой представитель - система связи с релейным микроволновым излучением или система спутниковой связи.

Расположение радиорелейных станций и диаграммы направленности антенн должны быть установлены так, чтобы обеспечивать минимальные помехи для наземных спутниковых станций. Аналоговые и цифровые схемы основной полосы частот радиорелейной связи аналогичны спутниковым системам, однако процесс обмена и передачи сигналов происходит в атмосфере. Радиорелейные линии могут быть частью соединения между земной станцией и центром коммутации сигнала.

Передача сигналов через спутник

Научные данные (например, снимки, сделанные спутником);
Текущее состояние систем спутника;
Данные о местонахождении спутника в космическом пространстве.

Спутниковая передача сигналов происходит по пути их распространения в прямой видимости от наземной станции к спутнику связи (восходящая линия связи) и обратно к земной станции (нисходящая линия связи). Спутник обычно размещается на геостационарной орбите, на высоте около 18…20 тыс. км над Землей, так что он кажется неподвижным из любой точки, откуда виден. Оттуда спутник действует как ретранслятор в небе. Наземная станция включает в себя антенны, здания и электронику, необходимые для передачи, приёма и последующей обработки сигналов.

Используемый частотный спектр аналогичен тому, который применяется для наземного микроволнового радио. Антенна наземной станции обычно является остронаправленной, в то время как спутниковая антенна имеет увеличенную ширину луча, чтобы покрывать большую часть земной поверхности и иметь возможность одновременно связываться со многими удаленными друг от друга земными станциями.

Сотовая связь

Сотовая связь - форма коммуникационной технологии, позволяющая использовать мобильные телефоны. Мобильный телефон является двунаправленным радиоприёмником, обеспечивающим одновременную передачу и прием сигналов. Сотовая связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи на соты и внутри сот. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), что позволяет большому количеству абонентов вести разговоры одновременно. Таким образом, покрытие сотовой связи происходит путём пространственного разделения на ячейки с базовыми станциями.

Общим элементом всех технологий сотовой связи является использование определенных радиочастот, а также повторное использование частот. Это позволяет предоставлять услугу большому количеству абонентов при уменьшении количества каналов (ширины полосы). Можно создавать широкие сети связи за счет полной интеграции передовых возможностей мобильного телефона.

Как осуществляется радиосвязь

Радиосвязь работает путём передачи и приема электромагнитных волн. Для распространения и перехвата радиоволн используются передатчик и приёмник. Передатчик излучает электромагнитное поле наружу через антенну; затем приемник улавливает это поле и преобразует его в звуки/изображения.

Генерация и приём радиоволн

Радиоволна действует как носитель информационных сигналов; информация кодируется непосредственно на волне – в виде звуков (голос и музыка) и/или изображений (телевидение). Звуки и изображения преобразуются в электрические сигналы (микрофоном или видеокамерой), усиливаются и используются для формирования несущей волны. Усиленный сигнал подаётся на антенну, которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны для излучения в космос.

Такие волны излучаются со скоростью света и передаются не только по линии прямой видимости, но и за счет отклонения от ионосферы. Приёмные антенны перехватывают часть этого излучения, возвращая ему форму электрические сигналы, после чего подают сигнал на приёмник.

Кодирование информации в радиоволне

На этом принципе основаны все системы беспроводной связи - от пульта дистанционного управления телевизором до контроля положения спутниковой антенны. Отметим, что в современном мире используются все более сложные технологии для кодирования электромагнитных сигналов, улучшения их качества, увеличения объема информации или обеспечения безопасности передачи. Для этого используются устройства Wi-Fi или Bluetooth.

Телеграфирование

Электрический телеграф в ХХ веке был распространённой формой цифровой передачи сигналов в основной полосе частот с использованием металлических носителей (открытый провод). Но, по сегодняшним меркам, скорость передачи информации при телеграфировании является низкой.

Радиотелефонная связь

Является дальнейшим развитием телеграфирования, и реализуется путём передачи речи по витым парам проводов. Из-за возможностей технических средств полоса пропускания речевых сигналов ограничена частотой 4 кГц, эта полоса сохраняется и до настоящего времени.

Сейчас практически все магистральные системы передачи используют цифровую передачу на основе оптического волокна. Однако передача данных в голосовой полосе, которая представляет собой передачу потока цифровых данных через канал, предназначенный для одного аналогового голосового канала, по-прежнему используется в сети доступа - той части сети, которая находится между помещением абонента и обслуживающим центральным офисом.

Голосовые модемы дополняются и вытесняются в сети доступа технологией цифровой абонентской линии, которая повышает скорость обмена информацией при одновременном снижении стоимости услуг. Кроме того, цифровые абонентские линии имеют постоянное подключение к данным.

Модуляция и детектирование

Виды радиосвязи зависят от типа модуляции сигнала. В радиоустройствах с амплитудной модуляцией (АМ) сила амплитуда сигнала изменяется в пределах от минимума до максимума производимых частот. В радио с частотной модуляцией сигнала (FM) изменяется скорость прохождения сигнала. Когда вы настраиваетесь на радио, номер набора показывает частоту в МГц, на которой транслируется сигнал.

FM-модуляция распространена в коммерческих, а АМ-модуляция – в производственных применениях.

Обратным модуляции процессом является детектирование, при котором из общего высокочастотного сигнала выделяется та его часть, которая содержит информационную составляющую. Первые радиоприёмники были именно детекторными.

Фактически с момента изобретения в 1895 г. технического средства беспроводной передачи информации – радио – оно стало предметом спора между Россией и остальным миром о принадлежности изобретения А.С. Попову или Г. Маркони. Важно иное – оба изобретателя сделали многое для его распространения во всем мире. В начале своего пути радиосвязь была, прежде всего, конкурентом проводного телеграфа, обеспечивая связь с подвижными объектами (в первую очередь, с кораблями). Радиотелеграф, начиная с 1910-х гг., стал одним из важнейших средств связи. Дальнейшее совершенствование аппаратуры радиосвязи, изобретение электровакуумных, а затем полупроводниковых, выпрямительных и усилительных приборов, создало возможность беспроводной передачи на большие расстояния человеческого голоса, звука и иной информации. В 20-е гг. ХХ в. радио разделилось на две самостоятельные ветви: радиосвязь и радиовещание. Эти ветви развивались параллельно, заимствовали лучшее друг у друга. Процесс развития радио продолжается и сегодня. Передача дискретных сигналов, передача речи, передача неподвижных изображений, передача видеосигналов по радиосвязи – реальность нашего времени.

Принцип радиосвязи заключается в следующем:

1. Источник электромагнитного излучения (передатчик) возбуждает в пространстве (даже в вакууме) электромагнитную волну определенной частоты, распространяющуюся во всех направлениях.

2. Еслина ее пути встречаетсязаземленный проводник (приемник), то в нем индуцируется электрический ток той же частоты.

По мере того как радиофизика более точно постигала законы распространения волн в пространстве, а техника создавала более совершенные устройства, радиосвязь осваивала все новые и новые диапазоны радиоволн. В настоящее время диапазон используемых длин волн от 100 километров (сверхдлинноволновая радиосвязь с объектами, находящимися под водой) до долей миллиметра (ультракоротковолновая радиосвязь с объектами, находящимися в космическом пространстве) (табл. 2.1).

Деление радиоволн на диапазоны

Номер диапазона	Диапазон частот	Наименование частот	Диапазон длины волны	Наименование волн
в метрической системе	традиционное
3–30 кГц	ОНЧ – очень низкие	100–10 км	Мириаметровые	СДВ – сверхдлинные
30–300 кГц	НЧ–низкие	10–1 км	Километровые	ДВ–длинные
300–3000 кГц	СЧ–средние	1–0,1 км	Гектометровые	СВ–средние
3–30 МГц	ВЧ–высокие	100–10 м	Декаметровые	КВ–короткие
30–300 МГц	ОВЧ – очень высокие	10–1 м	Метровые	УКВ – ультракороткие
300–3000 МГц	УВЧ – ультравысокие	100–10 см	Дециметровые
3–30 ГГц	СВЧ – сверхвысокие	10–1 см	Сантиметровые
30–300 ГГц	КВЧ – крайневысокие	10–1 мм	Миллиметровые
300–3000 ГГц	ГВЧ – гипервысокие	1–0,1 мм	Субмиллиметровые

Радиоволны диапазонов НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ и УВЧ широко применяются для передачи и приема информации, обнаружения и установления координат различных объектов (радиолокации), управления на расстоянии механизмами и устройствами (телеуправления), определения направления на излучающую станцию и местоположения кораблей и самолетов (радионавигации), определения места работы радиостанций (радиопеленгации).

Для организации радиосвязи ОВД используются диапазоны КВ и УКВ (при этом преимущественно диапазоны ОВЧ и УВЧ).

Особенности распространения радиоволн в значительной мере зависят от их длины. На большом удалении от земли атмосфера неоднородна и имеет незначительную плотность. На высотах от 60…80 до 400…600 км расположена ионосфера, которая представляет собой ионизированный слой атмосферы. Под ионизацией понимается образование положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. Интенсивность ионизации ионосферы зависит от времени суток, сезона года и цикличности солнечной активности. В зависимости от длины радиоволны частично поглощаются, преломляются ионосферой или от нее отражаются. Считается, что волны длиннее 10 м отражаются от ионосферы и возвращаются на землю, короче 10 м – пронизывают ионосферу и прямолинейно распространяются в космическом пространстве. Таким образом, для радиоволн длиннее 10 м ионосфера непрозрачна, волны отражаются от нее и возвращаются на землю. При этом радиоволны могут повторно отражаться от земной поверхности в направлении к ионосфере и вновь отражаться от нее с постепенной потерей энергии. Такое свойство радиоволн успешно используется в ВЧ-диапазоне для организации связи на сотни и тысячи километров.

Радиоволны диапазонов ОВЧ и УВЧ распространяются в пределах прямой геометрической видимости. Вместе с тем волны этих диапазонов обладают способностью огибать незначительные препятствия на пути своего распространения. Они отражаются от препятствий и частично проникают через них. По этой причине распространение радиоволн диапазонов ОВЧ и УВЧ на сильно пересеченной или интенсивно застроенной местности представляет чрезвычайно сложную картину с множеством неоднородных, как по структуре, так и по размерам, препятствий.

Дальность связи в диапазонах ОВЧ и УВЧ зависит от ряда факторов, в том числе:

мощности используемых радиопередатчиков;

высоты размещения антенн;

уровня электромагнитных помех;

количества и характера препятствий на пути распространения радиоволн.

При организации радиосвязи в диапазонах ОВЧ и УВЧ, например, в условиях города с патрульными группами ОВД, дальность связи целесообразно не высчитывать теоретически, а определять опытным путем с последующей выдачей патрульным группам соответствующих рекомендаций.

Достоинства радиосвязи:

возможность обмена информацией с подвижными объектами (корреспондентами, абонентами);

возможность быстрой организации и изменения структуры сетей радиосвязи.

наличие непреднамеренных естественных и искусственных помех;

негативное воздействие электромагнитных излучений на человеческий организм (особенно вблизи передающих устройств при значительных мощностях и высоких частотах излучения).

Основные способы организации радиосвязи – радионаправление и радиосеть.

Радионаправление – это способ организации радиосвязи между двумя корреспондентами, имеющими радиоданные, которые установлены только для этого направления.

К радиоданным, в общем случае, относятся:

рабочие и запасные частоты;

тип используемой аппаратуры и ее местонахождение.

Радионаправление может быть организовано посредством радиостанций и (или) станций радиорелейной связи. Радиорелейная[2] связь – род электросвязи, основанный на ретрансляции[3] радиосигналов в диапазоне УКВ с помощью приемопередающих станций, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости антенн (40…60 км). Радиорелейная связь позволяет обеспечивать многоканальность, высокое качество связи при малой мощности передатчика (10…20 Вт), обладает повышенной помехоустойчивостью.

Достоинства радионаправления:

возможность резервирования или замещения проводных линий связи;

достоверность и относительная скрытность связи.

Недостаток данного способа организации связи:большой расход радиосредств.

Радиосеть – это способ организации радиосвязи между тремя и большим числом корреспондентов, которые имеют согласованные радиоданные; в каждой радиосети одна радиостанция назначается главной.

Достоинства радиосетей:

экономичное расходование радиосредств;

экономичное расходование частотного ресурса;

возможность одновременного доведения информации до всех корреспондентов (циркулярная передача).

Недостаток данного способа организации связи: значительная зависимость устойчивости (надежности) связи от рельефа местности, наличия строений, иных преград межу корреспондентами и уровня помех в пункте приема (передачи).

Для увеличения дальности радиосвязи в радиосетях, как и в радионаправлениях, применяются ретрансляторы. Ретрансляторы–промежуточные пункты (станции, устройства), предназначенные для приема сигналов, их усиления и передачи на другой промежуточный или оконечный пункт (станцию, устройство). Различают ретрансляторы с усилением и передачей сигналов в том же виде, в каком они были получены, и регенеративные – с преобразованием полученных сигналов и исправлением в них искажений. Одни ретрансляторы предназначены для усиления и передачи сигналов связи мгновенно, другие – с задержкой (сигнал запоминается в специальном устройстве и передается далее в предусмотренное время).

В зависимости от способа организации, используемых технических средств различают: традиционные, конвенциональные, транкинговые, сотовые, спутниковые сети и системы радиосвязи, системы навигации и позиционирования, беспроводные учрежденческие коммуникации управления, связи и радиочастотной идентификации, иные сети и системы радиосвязи.

Принцип радиосвязи заключается в следующем:

Деление радиоволн на диапазоны

Номер диапазона	Диапазон частот	Наименование частот	Диапазон длины волны	Наименование волн
в метрической системе	традиционное
3–30 кГц	ОНЧ – очень низкие	100–10 км	Мириаметровые	СДВ – сверхдлинные
30–300 кГц	НЧ–низкие	10–1 км	Километровые	ДВ–длинные
300–3000 кГц	СЧ–средние	1–0,1 км	Гектометровые	СВ–средние
3–30 МГц	ВЧ–высокие	100–10 м	Декаметровые	КВ–короткие
30–300 МГц	ОВЧ – очень высокие	10–1 м	Метровые	УКВ – ультракороткие
300–3000 МГц	УВЧ – ультравысокие	100–10 см	Дециметровые
3–30 ГГц	СВЧ – сверхвысокие	10–1 см	Сантиметровые
30–300 ГГц	КВЧ – крайневысокие	10–1 мм	Миллиметровые
300–3000 ГГц	ГВЧ – гипервысокие	1–0,1 мм	Субмиллиметровые

Дальность связи в диапазонах ОВЧ и УВЧ зависит от ряда факторов, в том числе:

мощности используемых радиопередатчиков;

высоты размещения антенн;

уровня электромагнитных помех;

количества и характера препятствий на пути распространения радиоволн.

Достоинства радиосвязи:

возможность обмена информацией с подвижными объектами (корреспондентами, абонентами);

возможность быстрой организации и изменения структуры сетей радиосвязи.

наличие непреднамеренных естественных и искусственных помех;

Основные способы организации радиосвязи – радионаправление и радиосеть.

К радиоданным, в общем случае, относятся:

рабочие и запасные частоты;

тип используемой аппаратуры и ее местонахождение.

Достоинства радионаправления:

возможность резервирования или замещения проводных линий связи;

достоверность и относительная скрытность связи.

Недостаток данного способа организации связи:большой расход радиосредств.

Достоинства радиосетей:

экономичное расходование радиосредств;

экономичное расходование частотного ресурса;

возможность одновременного доведения информации до всех корреспондентов (циркулярная передача).

Радиосвязь — это прием и передача информации при помощи электромагнитных волн, диапазон частот которых от 3 герц до 3000 Гигагерц.

Пример схемы радиосвязи изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Пример схемы радиосвязи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Генератор высокочастотных колебаний возбуждает на передающей антенне вынужденные колебания. С целью увеличения интенсивности данных колебаний частота генератора подбирается таким образом, чтобы его собственная частота была равна хотя бы одной из частот передающей антенны. Электромагнитные волны, которые излучаются передающей антенной, передаются по всем направлениям и достигают приемной станции. Из-за действия электромагнитного поля переменного тока волны электроны в приемной антенне начинают перемещаться. Таким образом в антенне возникает переменный тток высокой частоты. Чтобы антенна не оказывала воздействия на резонансную частоту приемного контура, данный контур связан с антенной индуктивно и вынесен из ее цепи. Приемный контур выделяет из всех частот, которые были возбуждены в антенне, только те колебания, частота которых равна собственной частоте контура.

При радиотелефонной связи колебания давления воздуха (в звуковой волне) преобразуются при помощи микрофона в электрические колебания, имеющие такую же форму.

Модуляция колебаний и детектирование

Модуляция электромагнитной волны — это изменение характеристик волны (амплитуда, частота или фаза) по закону информационного низкочастотного сигнала.

Существует три вида модуляции колебаний:

Фазовая.
Частотная.
Амплитудная.

Частота немодулируемой волны называется несущей, а частота, с которой изменяются характеристики волны во время модуляции — частотой модуляции. Данный процесс достаточно медленный. Прежде, чем изменяемая характеристики (модулируемая) будет значительно изменена, модуляция успевает совершить большое количество колебаний, обладающих высокой частотой. Без процесса модуляции невозможно осуществить какую-либо передачу: ни телефонной, ни телевизионной, ни телеграфной.

Готовые работы на аналогичную тему

Амплитудная модуляция применяется в диапазонах коротких, средних и длинных волн (от 0,15 до 30 мегагерц). Амплитудная модуляция характеризуется коэффициентом модуляции, задаваемым в процентах, он показывает на сколько процентов изменяется амплитуда относительно исходного значения. Приборы и устройства с амплитудной модуляцией очень чувствительны к помехам. Для осуществления амплитудной модуляции используются специальные модуляторы с низкой частотой, накладывающие низкочастотный сигнал на напряжение LC-генератора.

Частотная модуляция более устойчива к помехам по сравнению с амплитудной, данную модуляцию также возможно ограничить по амплитуде. Данная модуляция используется в ультракоротких волнах. Для ее осуществления используется включение конденсатора — варикапа, который управляется напряжением. Обычно это диод с р-n переходом.

Фазовая модуляция это такой вид модуляции, при котором фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Сигнал, подверженный фазовой модуляции имеет следующий математический вид:

где А — амплитуда сигнала; u(t) – модулирующий информационный сигнал; k – постоянная; fc – частота несущего сигнала; t – время.

Фазовая модуляция может осуществляться следующими способами:

Изменение фазы несущего сигнала посредством переключения каналов несущего сигнала. Таким образом в каждом канале сигнал берется от одного и того же генератора, но с заданным сдвигом по фазе.
Применение метода квдратурно-фазовой модуляции несущего сигнала.
Изменение фазы несущего сигнала при помощи переключения генератора несущего сигнала.
Изменение частоты несущего сигнала.
Изменение фазы несущего сигнала путем изменения емкости колебательного контура.
Цифровой синтез фазомодулированного сигнала, при котором не используется фазосдвигающие цепи, а также изменение реактивных параметров колебательного контура.

В радиоприемниках из колебаний высоких частот, которые были подвержены одну из видов модуляции, по завершению их усиления получают низкочастотные колебания. Данный процесс называется демодуляцией или детектированием. Низкочастотный сигнал, который был получен в результате детектирования, полностью соответствует звуковому сигналу, действовавший на микрофон передатчика. После усиления, электрические колебания могут быть преобразованы в акустические или быть использованными для других целей. Пример схемы радиовещательного тракта изображен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Пример схемы радиовещательного тракта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — передающая антенна; 2 — задающий генератор; 3 — модулятор; 4 — усилитель; 5 — микрофон; 6 — приёмная антенна; 7 — усилитель высокой частоты; 8 — детектор; 9 — усилитель низкой частоты; 10 — громкоговоритель.

Радиосвязь – передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Источник – переменный ток частоты от 2 · 10 4 Гц до 10 9 Гц ( λ =0,3 м – 1,5 · 10 4 м)

Вида радиосвязи (отличаются типом кодирования передаваемого сигнала):

радиотелеграфная связь ( осуществляется путем передачи сочетания точек и тире, кодирующего букву алфавита в азбуке Морзе) ; радиотелефонная связь ( передача подобной информации только для приема конкретным абонентом. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические

колебания той же формы ); радиовещание ( передача в эфир речи, музыки, звуковых

эффектов с помощью электромагнитных волн) ; телевидение ( В основе телевизионной передачи изображений лежат три физических процесса: Преобразование оптического изображения в электрические сигналы; Передача электрических сигналов по каналам связи; Преобразование переданных электрических сигналов в оптическое изображение) ; ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ позволяет передавать и воспроизводить цветные изображения подвижных и неподвижных объектов. Для этого в телевизионной передающей камере цветного телевидения изображение разделяется на 3 одноцветных изображения. Передача каждого из этих изображений осуществляется по тому же принципу, что и в черно-белом телевидении. В результате на экране кинескопа цветного телевизора воспроизводятся одновременно 3 одноцветных изображения, дающих в совокупности цветное. Первая система цветного телевидения механического типа была предложена в 1907-08 русским инженером И. А. Адамианом .

радиолокация ( обнаружение и определение точного местоположения об ъектов с помощью радиоволн) .

Отличаются типом кодирования передаваемого сигнала.

Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

Частота звуковых колебаний мала, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты имеют малую интенсивность.

Вывод : Принцип радиосвязи заключается в том, что электрический ток высокой частоты , созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле , которое распространяется в виде электромагнитной волны. Трудность передачи звукового сигнала состоит в том, что для радиосвязи необходимы колебания высокой частоты , а колебания звукового диапазона — низкочастотные колебания , для излучения которых невозможно построить эффективные антенны.

Звук - Микрофон (УНЧ) - Модулятор- (У ВЧ) - Передающая антенна ---- ЭФИР --- Приемная антенна (УВЧ) - Детектор (У НЧ)- Динамик

З адающий генератор вырабатывает гармонические колебания высокой

частоты (несущая частота более 100 тыс.Гц).

Микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические

Модулятор изменяет по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с

помощью электрических колебаний низкой частоты.

Усилители высокой и низкой частоты усиливают по мощность высокочастотные

и звуковые (низкочастотные) колебания.

Передающая антенна излуч ает м одулированные электромагнитные волны.

Возможность передачи электромагнитных волн открыл Герц (1887 год), наблюдая искру в промежутке знаменитого вибратора. Попов первым догадался заложить полезную информацию, упомянув знаменитого немецкого учёного первым земным посланием. Германия поныне уверена: изобретатель радиосвязи рождён страной Гёте.

Термины

Радиосвязь – вид электросвязи, использующий принцип передачи информации, минуя эфир, посредством электромагнитных волн частотой ниже 3000 ГГц.
Радиовещание – однонаправленная радиосвязь.
Рация (радиостанция) – приёмопередающее устройство радиосвязи.
Поляризация – термин, описывающий поведение вектора электрического поля волны. Различают линейную (занимает одну плоскость), круговую (вращается), эллиптическую (вращается, изменяя периодически амплитуду).

Английский термин прямо затрагивает двунаправленность процесса передачи информации – two-way radio. Ручные рации отделены ныне (2001 год) собственным названием – walkie-talkie. Ранее 40-х годов термины рация, радиостанция употреблялись синонимично. Современный обиход внёс коррективы. Полноценное общение подразумевает использование участниками индивидуального приёмника, передатчика.

История

Вещание шло параллельно развитию связи. Технические средства масс-медиа вполне позволяют общаться, однако передатчики лишены способности принимать информацию. Двустороннее общение предполагает наличие, использование абонентами раций – приёмопередающих устройств.

Спасите наши души

Это интересно! Тонувший Титаник активно опрашивал окружающие корабли, умело применяя азбуку Морзе. Талант радистов настолько развеселил компанию часом ранее, что матросская братия сочла позывные SOS очередной удачной шуткой.

Полученный урок позволил усовершенствовать методы передачи информации. Начиная 1912 годом, военные, гражданские корабли непременно оборудовали средствами дальней беспроводной связи-телеграфами. Первая мировая война явилась временем создания спасательно-охранной службы SOLAS-14. Эксперты разработали ряд основополагающих норм:

Внедрение вахты на частоте 500 кГц (СВ).
Судно снабжается двумя радиоустановками: главная, аварийная.
Дальность передачи сигнала бедствия главного блока — минимум 100 (морских) миль.
Аварийное оборудование функционирует 6 часов автономно, предельное расстояние слышимости – 60..80 морских миль.

Спутниковые каналы передачи информации.
Буквопечатающая радиосвязь УБПЧ.
Цифровой избирательный вызов.

Вкупе технологии повышали предельную дистанцию посыла сигнала бедствия (система INMARSAT, включающая 4 геостационарных спутника, обслуживаемых наземными береговыми станциями), устраняли необходимость в дежурном. Современные SOS принимают специально предназначенные оказывать помощь центры. Берег затем оповещает окрестные плавучие суда. Тонущий корабль волен выбросить аварийный буй. Частота бедствия 1,6 ГГц улавливается спутником, стартует спасательная кампания.

Развитие вещания

Осуществлению чаяний меломанов, призирающих точку-тире, поспособствовал Роберт фон Либен, выпустивший первый газовый триод. Параллельно подсуетился Ли де Форест, американский изобретатель, запатентовавший Аудион. Конструкцию, повторяющую первый триод. Однако название выбрано поудачнее. Оба мало смыслили, подарив последователям право изобрести усилитель (1912 год).

Отдельные исследователи склонны считать первой попыткой радиовещания опыт Реджинальда Фессендена рождественским вечером 1906 года.
Франк Конрад (Электрическая компания Вестингауза, давшая занятие Николе Тесла) в 1916 году стал использовать собственный гараж, передавая информацию, прикрываясь позывными 8XK. Задумка переродилась 2 ноября 1920 года, став коротковолновой станцией KDKA. Сегодня каждый радиолюбитель имеет собственные позывные, позволяя организовать радионаправление собеседникам.
Калифорниец Чарльз Херрольд (1909 год) начал вещание, передав звук. 1919 год 6 ноября подарил Нидерландам первую коммерческую станцию.

Первая радиостанция

Начиная 1920-м, трели певчих заполнили мир. Первый однокорпусной приёмопередатчик-радиостанцию изобрёл австралиец, старший констебль Фредерик Вильям Дауни (1923 год, Виктория). Полиция – исторический родитель технологии. Громоздкие ящики заняли задние сиденья используемых Ланчий патрульных. Эстафету переняли военные лётчики: разведчик стал сообщать обстановку, пропуская этапы возврата, сбрасывания бумажного послания войскам союзников.

Мобильные рации

Мобильный приёмопередатчик изобрёл Дональд Хингс, снабдивший устройствами сотрудников компании CM&S (1937). Система напоминала солидный рюкзак. Вторая мировая война дала мощный толчок развитию технологии. Переносные радиостанции стали незаменимым другом ополчившихся сторон.

Параллельно работала американская компания Моторола. Первая переносная рация SCR-300 вышла в 1940 году. Появление компактных моделей сопутствовало становлению группы Битлз. Полупроводниковая элементная база помогла миниатюризации устройств.

Разновидности

Критериями деления могут являться:

Частота (ДВ, СВ, КВ, УКВ, СВЧ…).
Модуляция (амплитудная, фазовая, частотная, ШИМ, ВИМ…).
Тип сигнала (цифровой, аналоговый, дискретный…).
Поляризация (круговая, линейная, эллиптическая…).
Уровень подготовки абонентов (профессиональная, любительская…).
Назначение (рабочая, служебная, домашняя, технологическая, тестировочная…).
Местоположение абонентов, узлов (космическая, наземная…).
Степень подвижности приёмопередающих устройств (мобильная, стационарная, транспортная…).
Факт участия человека (автоматическая, автоматизированная, живая…).

Принцип действия

Перенос информации неизвестной субстанцией неимоверно сложно объяснить. Учёные, пытаясь сохранить лицо, отписываются трёхэтажными формулами, употребляя замысловатые термины. Корпускулярно-волновой дуализм продолжает настойчиво демонстрировать неполноценность современных научных взглядов.

Важный момент! Изначально технология изобретена радистами, выступала альтернативой проводной связи. Параллельно бурно развивается развлекательная отрасль – вещание.

Радиоволна

Схема возникновения электромагнитной волны доподлинно неизвестна. Экспериментально установлена структура, поясняемая иллюстрацией:

Вектор напряжённости электрического поля лежит в одной плоскости. Амплитуда изменяется, следуя синусоиде.
Вектор напряжённости магнитный занимает перпендикулярную плоскость. Форма аналогичная.
Волна распространяется вдоль траверсы, сохраняя параметры.

Направление вектора устанавливали путём действия на электрические заряды. Частотный диапазон определён экспертами:

Нижняя граница – 0,03 Гц (10 млн. км).
Верхняя граница – 3 ТГц (0,1 мм).

Мера поглощения энергии средой определена частотой. Любительской связи отдали наихудшие варианты, максимально плохо преодолевающие эфир.

Излучение-приём

Практиков мало интересует действительное положение вещей. Важно одно: волна переносит:

Энергию.
Момент.
Угловой момент.

Природа неизвестна — вещь работает. Первопроходец Герц шёл следующим эмпирическим путём:

Получил электрические колебания LC-контура. Частоту заранее оценил, пользуясь уравнениями Максвелла.
Начал разворачивать витки индуктивности, сформировав два прямолинейных плеча вибратора.
Меж обкладками конденсатора расположенного поблизости аналогичного контура наблюдал искру.

Постепенно зародилась идея (Попов) передавать информацию беспроводным методом. Первые радиостанции сильно напоминали телеграф.

Поляризация

Герц быстро заметил: лучшую пару составляют приёмный и передающий вибраторы, расположенные параллельно. Понятие поляризации родилось много позже. Однако Попов знал результат эксперимента, использовав одинаковую ориентацию антенн. Избранное положение позволяло вести приём с любого азимута – необходимый критерий стабильности функционирования системы подвижных объектов (морских судов).

Вибратор Герца обладал линейной поляризацией. Параметр приёмной и передающей сторон обязан быть идентичен. Помимо линейной различают:

Антенна

Нужную поляризацию обеспечивает конструкция антенны, организуя электромагнитную совместимость системы приёмник-передатчик. Попов использовал штырь-вибратор Герца. Получил линейную поляризацию. Спутниковые тарелки обеспечивают различные характеристики. Запад преимущественно рад линейной поляризации, некоторые каналы Российской Федерации – задают круговую. Дань наследию тяжёлого прошлого: спутники-шпионы, постоянно движущиеся, обеспечивают наилучшие показатели, задействовав принципы круговой поляризации.

Модуляция

Амплитудная модуляция кодирует информацию изменением уровня сигнала несущей частоты. Приёмной стороне подойдёт кристаллический детектор, описанный выше, исторически явившийся первой ласточкой. Технология активно стала использоваться гражданскими диапазонами КВ. Сравнительно длинная волна легко огибает земную поверхность, покрывая тысячи миль.
Частотная модуляция изменяет частоту несущей предопределённым образом. Изобретена Эдвином Армстронгом (1933 год). Технология улучшает качество звучания, составляя базис развлекательных радиостанций. Факт использования УКВ-диапазона объясняет теорема Котельникова.

Дальняя связь капризна, лепту вносят солнечная активность, погодные условия. Частотная модуляция замечательно противостоит разрядам молнии. Факт доказан компанией Дженерал Электрик (1940 год).

Выбор частот

Страны определили вещанию, связи полосы. Широким массам отданы диапазоны, демонстрирующие максимальные недостатки: значительное затухание, поглощение парами воды. Преимущества достались армии, спасателям, полиции.

Типичный диапазон УКВ (FM) вещания – 87,5..108 МГц.
СССР занимал вдобавок полосу 65,8..74 МГц.
Япония доныне довольствуется отрезком 76..95 МГц.

Обычно частоты даются с шагом 100 кГц. Южная Корея, США, Филиппины, Карибы задействуют лишь нечётные множители каналов. Европа, Греция, Африка поступают наоборот. И только Италия уменьшила шаг вдвое (50 кГц). Частоты каналов фазовой модуляции ниже УКВ сегодня устарели.

Любительские

Радиолюбителям страны выделяют ограниченные диапазоны:

Длинные волны – 135,7..137,8 кГц.
Средние волны – 472..479 кГц. Международная практика ограничивает излучение мощностью 1 Вт. Россия запрещает.
Короткие волны предполагают использование передатчика мощностью максимум 1 кВт. Диапазоны: 1,8; 3,5; 7; 10; 14; 18; 21; 25; 28 МГц.
УКВ (FM). 50; 70; 220 МГц запрещены российским законодательством. Разрешенные: 144..146; 430..440; 1260..1300 МГц; 2,4; 5,65; 10; 24; 47; 75,5; 122,25; 134; 241 ГГц.

Радиолюбитель обязан сдать экзамен государственной комиссии, получив позывной.

Гражданские

Частоты доступны гражданам, включая лишённых личных позывных (см. выше). История развития вопроса красноречиво иллюстрируется примером США, осваивающего грабли. Послевоенный бум заставил правительство пересмотреть ряд вопросов. Радиолюбителям вырезали скромный надел 460-470 МГц, одновременно ограничили мощность передатчиков (класс А – 60 Вт, класс В – 5 Вт), немедля вызвав критику профессионалов:

Дороговизна оборудования.
Невозможность связи горожан. Короткие волны гасятся любыми препятствиями.

27 МГц

Был найден компромисс – средняя область КВ-диапазона, задействованная медициной, промышленностью. США стали регистрировать радиолюбителей, аппаратура постепенно дешевела. Отчётность бесстрастно показала резкий рост желающих общаться средствами эфира: 500.000 официальных пользователей (январь 1977 года). СССР разрешили обывателям засорять 27 МГц 30 декабря 1988 года. Шизофреники скажут: вот, развалили Союз радиолюбители. Параноики добавят музыкантов, алкоголиков, тунеядцев, интеллигенцию, отдельных студентов…

Советские органы выделили передатчикам мощностью 0,5 Вт 10 полузасекреченных каналов, шагом 12,5 кГц. Промышленность выпустила радиостанции Урал-Фермер. Результат виден невооружённым глазом. Фермеры отказались наводнять Урал сельскохозяйственной продукцией. Радиостанции мощностью ниже 10 Вт не подлежат государственной регистрации. Соглашения постоянно меняются, уточняйте сведения, получая свежие цифры.

Сегодня диапазон 27 МГц международный, предъявляет единственное ограничение: мощность передатчика ниже 10 Вт. Широко используют дальнобойщики. Весомые преимущества коротких волн позволяют им огибать препятствия. Мировая практика предусматривает ряд соглашений, исполняемых производителями:

Первый канал – 26,965 МГц.
Шаг – 10 кГц.
Присвоены номера каналов – 1..40.
С9EF – 27,065 МГц – служба спасения. Использование местами прекращено, любителям общаться запрещено по-прежнему. С9Е (см. ниже) эксплуатировать разрешается. 21 декабря 2012 года канал начала отслеживать Гражданская Аварийная Связь. Часть территории РФ охвачено проектом бесплатного оказания экстренной помощи.

Дальнобойщики зачастую наводняют C15EA, С15EF (27,135 МГц).
27,140 МГц традиционно занималась игрушечными станциями, управляемой детской техникой.
С19EF, C19EA (27,185) отвели целям передачи сводок (погода, наличие пробок). Использование мешает работе частоты 27,19 МГц.
27,19 МГц общепринятый способ организации дальней связи волнами однополосной модуляции.
Российский 20-й канал (частотная модуляция) был выделен обладателям усилителей. Мощность передатчиков достигает сотен Вт, помогая преодолеть волне гигантские расстояния.
27-й российский канал аналог предыдущего. Используют амплитудную модуляцию.

Загруженность эфира заставила искать способы впихнуть больше информации. Изобрели нулевой канал 26,96 МГц, сообразно ввели еще 40 каналов (шаг 10 кГц). Радиолюбители быстро разрубили путы, выдумав незамысловатую систему обозначений, учитывающую ералаш:

ДМВ: 433,075..434,775 МГц

Максимальная выходная мощность нерегистрируемого передатчика ограничена цифрой 0,01 Вт. Более мощную аппаратуру настраивают. Международным сообществом частоты/устройства называются LPD433 (маломощная аппаратура 433 МГц). Используются:

Промышленностью.
Медициной.
Научными организациями.
Бытовые устройства: пульты управления, радиосигнализация, любительские радиостанции, не требующие регистрации.

433,075 (1).
433,1 (2).
433,2 (6).
433,3 (10).
433,35 (12).
433,475 (17).
433,625 (23).
433,8 (30).

Зарубежная практика пестрит необычными правилами:

Любители США проходят регистрацию согласно лицензии FCC.
Великобритания раздаёт лицензии диапазона 432..440 МГц заядлым радистам, допуская мощности 400 Вт. Каналы 1..14 считают выходными, 62..69 – входными.

ДМВ: 446, 00625..446,09375 МГц

Систему часто называют PMR446 (аналог FRS США), максимальная мощность передатчика – 0,5 Вт. Общепринятый вызывной, аварийный канал – 8; автомобильный (эквивалент 15 канала 27 МГц) – 2. Столь неровные цифры призваны уберечь от помех соседние диапазоны. Номера каналов-частоты:

446,00625.
446,01875.
446,03125.
446,04375.
446,05625.
446,06875.
446,08125.
446,09375.

Принципы построения каналов

Проектировщик решает последовательно круг задач:

Выбор частотного диапазона.
Обоснование метода модуляции.
Обеспечение электромагнитной совместимости путём указания соответствующих конструкций антенн.
Расчёт мощности, дальности.
Решение вопроса о необходимости применение кодирования информации, включая избыточность пакетов.
Определение конструкции устройств, возможности покупки готовых узлов системы.
Указание способов монтажа, транспортировки, хранения, использования.
Гарантийные условия.

Инженер обязан уметь найти необходимые сведения, преследуя специфические цели заказчика. Знать наизусть громадный объем не позволяют современные технологии обучения, переподготовки персонала. Перечень литературы зачастую пестрит иностранными изданиями. Важный пункт – знание английского языка, умение пользоваться мировой паутиной.

Процесс обмена информацией

Преимущества изобретения Попова доступны сторонам, выполнившим ряд условий:

Единая частота.
Одинаковая поляризация.
Верный выбор пространственного направления.

Принцип универсален. Корабли, самолёты, солдаты, полиция снабжены позывными. Организации сажают централизованных операторов, заправляющих общением. Радиолюбители равноправны.

Описанную схему называют полудуплексной. Означает наличие возможности взаимного общения, но поочерёдно. Полнодуплескная схема подразумевает использование двух частот, практически встречается редко.

Читайте также: