60. Связные радиостанции
Связные радиостанции
Связные радиостанции используются для передачи информации на большие расстояния с помощью электромагнитных волн. Основные компоненты связной радиостанции включают радиопередатчик и радиоприемник.
Радиопередатчик
Радиопередатчик
Радиопередатчик — это устройство, предназначенное для создания (генерирования) электрических колебаний высокой частоты, управления ими и излучения энергии этих колебаний через антенну в виде электромагнитных волн в пространство.
Основные блоки радиопередатчика:
1. Задающий генератор:
- Функция: Преобразует энергию постоянного тока в электрические колебания высокой частоты.
- Стабилизация частоты: Для достижения высокой стабильности частоты колебаний используется кварцевая стабилизация. Она основана на применении в цепях задающего генератора особого вида кварцевой пластины, обладающей стабилизирующим свойством.
2. Усилитель мощности:
- Функция: Усиливает колебания высокой частоты до уровня, достаточного для эффективного излучения через антенну.
Управление колебаниями высокой частоты
Для управления колебаниями высокой частоты в радиопередатчиках используются различные методы модуляции. Два базовых метода — это манипуляция и амплитудная модуляция (АМ).
1. Манипуляция
Манипуляция — это метод управления колебаниями высокой частоты с помощью телеграфного ключа. В этом методе посылаются в пространство незатухающие колебания различной продолжительности, что позволяет передавать телеграфные сообщения.
- Точка: Кратковременные колебания.
- Тире: Длительные колебания.
2. Амплитудная модуляция (АМ)
Амплитудная модуляция (АМ) представляет собой изменение амплитуды колебаний высокой частоты по определенному закону. В данном случае амплитуда колебаний изменяется в соответствии с модулирующим сигналом низкой частоты.
- Модулирующий сигнал: Сигнал низкой частоты, который используется для изменения амплитуды высокочастотных колебаний.
- Коэффициент модуляции: Определяет степень изменения амплитуды. Коэффициент модуляции \( m \) выражается формулой:
\[
m = \frac{I_M}{I_A} \times 100\%
\]
где:
- \( I_M \) — амплитуда модулирующего сигнала.
- \( I_A \) — амплитуда несущей частоты (высокочастотных колебаний).
Примечания:
- Модуляция: Позволяет передавать информацию, изменяя характеристики несущего сигнала (в данном случае амплитуду).
- Коэффициент модуляции: Важен для определения качества передачи сигнала. Высокий коэффициент модуляции может привести к искажению сигнала, поэтому обычно используется значение \( m \) в пределах 0.5 до 1.
Частотная модуляция (ЧМ)
Частотная модуляция (ЧМ) представляет собой метод изменения частоты высокочастотных колебаний по определенному закону. При этом амплитуда колебаний остается неизменной, а частота изменяется в зависимости от модулирующего сигнала низкой частоты.
Основные параметры частотной модуляции:
Модулирующий сигнал (α): Сигнал низкой частоты, который используется для изменения частоты высокочастотных колебаний.
Модулированные колебания (β): Колебания высокой частоты, у которых частота изменяется в соответствии с модулирующим сигналом.
Основные параметры передатчика:
Излучаемая мощность (P): Мощность электромагнитной энергии, излучаемой передатчиком. Измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).
Частота излучения (f): Частота электромагнитной энергии, излучаемой передатчиком. Измеряется в герцах (Гц), килогерцах (кГц) или мегагерцах (МГц).
Коэффициент модуляции (m): Определяет степень изменения частоты. Коэффициент модуляции m выражается формулой:
\(m=Δf/f_m\) где: \(Δf\) — отклонение частоты. \(f_m\) — частота модулирующего сигнала.
Радиоприемник
Радиоприемник — это устройство, предназначенное для улавливания из пространства электромагнитной энергии (через антенну), ее усиления и преобразования в полезный сигнал. Радиоприемники разделяются на два основных типа: приемники прямого усиления и супергетеродинные приемники.
Приемник прямого усиления
Приемник прямого усиления — это тип радиоприемника, который усиливает принимаемые колебания высокой частоты (ВЧ) непосредственно до уровня, достаточного для их обработки. Основные блоки такого приемника включают:
1. Антенна:
- Улавливает электромагнитные волны из пространства.
2. Усилитель высокой частоты (ВЧ усилитель):
- Усиливает принимаемые колебания высокой частоты.
3. Детектор:
- Преобразует модулированные колебания высокой частоты в колебания низких (звуковых) частот.
4. Усилитель низкой частоты (НЧ усилитель):
- Усиливает низкочастотные сигналы до уровня, достаточного для воспроизведения.
5. Излучатель (динамик или наушники):
- Преобразует электрические сигналы в звуковые волны.
Блок-схема приемника прямого усиления:
Супергетеродинный радиоприемник
Супергетеродинный радиоприемник — это тип радиоприемника, который использует смеситель для преобразования принимаемых сигналов в сигналы промежуточной частоты (ПЧ). Этот метод позволяет улучшить качество приема и упростить дальнейшую обработку сигнала. Основные блоки супергетеродинного приемника включают:
1. Антенна:
- Улавливает электромагнитные волны из пространства.
2. Усилитель высокой частоты (УВЧ усилитель):
- Усиливает принимаемые колебания высокой частоты.
3. Смеситель:
- Смешивает колебания принятых сигналов \( f_С \) с колебаниями генератора приемника (гетеродина) \( f_Г \). В результате выделяются сигналы промежуточной частоты \( f_{ПР} \). \[
f_{ПР} = f_Г - f_С
\]
4. Фильтр промежуточной частоты (ПЧ фильтр):
- Выделяет сигналы промежуточной частоты и подавляет шум и помехи.
5. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ усилитель):
- Усиливает сигналы промежуточной частоты.
6. Детектор:
- Преобразует модулированные колебания промежуточной частоты в колебания низких (звуковых) частот.
7. Усилитель низкой частоты (УНЧ усилитель):
- Усиливает низкочастотные сигналы до уровня, достаточного для воспроизведения.
8. Излучатель (динамик или наушники):
- Преобразует электрические сигналы в звуковые волны.
Основные параметры радиоприемника
Радиоприемник характеризуется рядом параметров, которые определяют его производительность и качество приема. Два ключевых параметра — это чувствительность и избирательность.
# 1. Чувствительность
Чувствительность — это способность приемника принимать сигналы дальних или маломощных станций. Она количественно характеризуется величиной ЭДС** (электродвижущей силы) в антенне, при которой в оконечный прибор поступает нормальная** мощность.
- **ЭДС в антенне: Это минимальная электродвижущая сила, которая должна быть на антенне, чтобы приемник мог выделить полезный сигнал из шума.
- **Нормальная мощность: Это мощность, при которой приемник работает в нормальных условиях, обеспечивая прием качественного сигнала.
Чувствительность измеряется в микровольтах (мкВ) или децибелах (дБ) относительно 1 мВ (дБмВ).
# 2. Избирательность
Избирательность — это способность приемника выделять нужный сигнал из всей суммы напряжений различных частот в антенне. Она определяет, насколько хорошо приемник может фильтровать сигналы, чтобы подавить помехи и шум.
- Фильтрация сигналов: Избирательность позволяет приемнику выделять сигнал нужной частоты, подавляя сигналы других частот.
- Ширина полосы пропускания: Это диапазон частот, который приемник может пропустить. Чем уже полоса пропускания, тем выше избирательность.
Избирательность измеряется в герцах (Гц) или килогерцах (кГц).
- 23