Как устроено радио: радио — конец прекрасной эпохи

Как устроено радио, и почему оно будет жить вечно?

127 лет назад мир узнал об изобретении, которое феноменально продвинуло вперед развитие всего человечества. Именно благодаря ему мы ежедневно слушаем радио, говорим по телефону, серфим в интернете, смотрим любимый сериал по телевизору. В минувшую субботу наша страна отмечала день радио. 7 мая 1895 года российский физик Александр Попов продемонстрировал первый прибор, предназначенный для отображения быстрых колебаний в атмосферном электричестве — радиоприемник. О принципах работы радио, его воздействии на человека и о причинах, почему оно будет жить вечно, рассказали ученые Пермского Политеха.

Для того чтобы работало радио нужны электромагнитные волны (ЭМВ). Чтобы их получить, необходимо заставить ускоренно двигаться какое-то заряженное тело — в большинстве случаев, электрон. В результате непрерывного и быстро меняющегося электрического заряда образуются радиоволны. Они и лежат в основе функционирования устройства.

— К таким волнам относятся ЭМВ с длиной от 1 мм и выше. Если вы слушаете радиостанцию 100 FM, это значит, что ее частота составляет 100 миллионов Гц или ее длина, то есть расстояние между соседними гребнями волны, равна 3 метрам. Телевидение, сотовая связь, беспроводной Интернет работают в дециметровом диапазоне, — рассказывает доцент кафедры общей физики Пермского Политеха Олег Зверев.

Где бы вы не находились, окружающее пространство вокруг вас всегда будет наполнено радиоволнами. Мы их не видим, слышать можем только, когда включаем радиоприемник, несмотря на то, что они постоянно издают вибрационные сигналы. Часто вокруг радиоволн возникают споры насчет их воздействия на здоровье человека. По словам ученого, все очень индивидуально и «зависит от дозы». Но в любом случае радиоволны — самые безобидные из всего электромагнитного спектра, куда входит также ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения.

— Доза — это интенсивность, умноженная на время. Если вы увеличите расстояние до источника ЭМВ в 2 раза, интенсивность уменьшится в 4 раза. И нужно понимать, что все негативное воздействие исходит только от места скопления излучения, например, от самих радиостанций. Вывод — не живите в трансформаторной будке, и все будет хорошо, — говорит ученый.

С развитием информационных технологий многие стали пророчить радио неминуемую смерть. Однако, по мнению доцента кафедры «Иностранные языки и связи с общественностью» Пермского Политеха Андрея Прудникова, Интернет в данном случае является не конкурентом, а лишь одним из этапов в эволюции радио.

— Радио — было и остается важным каналом коммуникации. Надо учитывать, что это не столько и не только коммуникационный канал в плане технологии передачи информации через радиоволны, сколько медиаресурс в плане формата вещания — звуковая передача информации без визуального сопровождения. Если рассматривать радийный формат именно так, радио не грозит исчезновение, поскольку такой интернет-жанр, как, например, подкасты, во многом и есть прямой аналог радио. Не говоря о том, что радио вещает в том числе и посредством Интернета, оно может существовать и на базе социальных сетей и отдельных сайтов, следовательно, радио не отменяется и не заменяется раз и навсегда интернет-каналами, а получает в их лице дополнительные платформы вещания, — поясняет ученый.

По мнению эксперта, не стоит забывать и об особой роли радио в сегменте потребления контента целевыми аудиториями из числа автомобилистов, представителей профессий, связанных с ручным трудом, который при этом не исключает возможность воспринимать информацию на слух. Эти категории потребителей контента всегда будут заядлыми слушателями радио, поскольку их тип деятельности не предполагает возможность отвлекаться на просмотр видеоконтента или прочтение текстовых материалов, зато не препятствует восприятию аудиоконтента.

Текст: Полина Слюсарь.

на какой частоте, на каких волнах

Радио внезапно появилось в жизни человечества и легло в основу многих средств передачи информации, которыми люди пользуются ежедневно. Но радиопередача применяется и в своем первозданном, но доработанном виде. По какому принципу оно работает?

Краткое описание работы устройства

Радио построено на принципе беспроводной передачи данных. Радиоволна в данном случае служит в качестве носителя информации.

Радиоволна – это изменение электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве. По своей сути радиоволны, как и свет, являются электромагнитным излучением. Разница заключается в длине волны и ее частоте.

В передающую сторону (радиопередатчик) вносится информационный сигнал (предупреждение, музыка или любой другой звук), который передается благодаря процессу модуляции частоты. Изменение параметров несущей частоты возникает из-за информационного сигнала, а модулированный сигнал распространяется в пространстве в виде радиоволн.

Стороной приема является радиоприемник, в котором волны корректируют модулированный сигнал в антенне. Фильтровая система выделяет сигнал назначенной частоты из некоторого количества передатчиков и других источников радиоволн, детектор (демодулятор) в это время акцентируется на информационный сигнал, исходящий из модулирующего. Допустимы искажения сигнала из-за влияния различных помех.

Термин «Радио» ввел физик и химик сэр Уильям Крукс в 1873 году, но использовал его для обоснования некоторых результатов своих химических экспериментов, так как до изобретения радио было еще около 20 лет.

Первый патент наподобие радио оформил стоматолог Малон Лумис в 1872 году. В 1866 году он заявил, что нашел новый метод передачи связи без проводов. В Соединенных Штатах убеждены, что изобретение радио принадлежит Дэвиду Хьюзу и Томасу Эдисону (запатентовал изобретение в 1885 году), а также Николе Тесле, который в 1891 получил патент на передающее устройство с резонанс-трансформатором.

В России и странах бывшего СССР считается, что изобретение радио – заслуга Александра Степановича Попова и Якова Наркевича-Иодко.

Источник: radi0.ru

Виды радиоволн и частоты

На данный момент существует 11 видов радиоволн, рассмотрим тщательнее каждый вид.

Декамегаметровые

Декамегаметровые волны относятся к сверхдлинным (СДВ). Длина от 10000 до 100000 километров при частоте от 3 до 30 Гц, что соответствует крайне низкой частотам (КНЧ). Используются для связи с подводными лодками и геофизических исследований.

Мегаметровые

Мегаметровые волны относят к сверхдлинным (СДВ), а их длина колеблется от 1000 до 10000 километров при частоте 30-300 Гц. Соответствует сверхнизким частотам (СНЧ).

Гектокилометровые

Гектокилометровые волны являются сверхдлинными (СДВ). Длина от 100 до 1000 километров и частота от 300 до 3000 Гц соответствует инфранизким частотам (ИНЧ).

Нашли применение для передачи и приема сигнала на подводные лодки и исследованиях атмосферы.

Мириаметровые

Мириаметровые волны также называют сверхдлинными (СДВ). Длина от 10 километров до 100 километров, а частота – от 30 кГц до 3 кГц, соответствует очень низким частотам (ОНЧ). Применимы для связи с подводными лодками, службы точного времени, дальней радионавигации и грозопеленгации.

Километровые

Другое название километровых волн – длинные (ДВ). Длина – от 10 километров до 1 километра, частота – от 30 кГц до 300 кГц. Являются волнами с низкой частотой (НЧ). Значительно поглощаются ионосферой. Огибают Землю, вследствие чего основную значимость имеют приземные длинные волны. Интенсивность относительно быстро уменьшается по мере удаления от источника.

Гектометровые

Гектометровые или средние волны (СВ). Длина колеблется от 100 метров до 1 километра, а частота – от 3 МГц до 300 кГц. Их поглощает ионосфера чаще всего в дневное время, район действия определен приземной волной. В вечернее время средние волны отражаются от ионосферы, но район действия остается тот же.

Декаметровые

Декаметровые или короткие волны (КВ) распространяются благодаря ионосфере, из-за чего возле передатчика образуется зона радиомолчания. В дневное время лучше проходят волны короче (30 МГц), а ночью – длиннее (3 МГц).

Метровые

Обозначение МВ принадлежит метровым волнам, которые относятся к ультракоротким. Длина волны от 10 до 1 метра, частота колеблется от 30 до 300 МГц, соответствует очень высоким частотам (ОВЧ). Применяются в радиолокации, телевидении, радиовещании, радиосвязи.

Дециметровые

Дециметровые волны обозначены ДМВ, относятся так же, как и метровые, к ультракоротким. Длина колеблет от 1 метра до 10 сантиметров, частота – от 300 МГц до 3 ГГц. Данная частота соответствует ультравысоким частотам (УВЧ). Дециметровые радиоволны нашли применение в сотовой связи, беспроводном интернете (Wi-Fi), радиолокации, радиорелейной связи и телевещании.

Сантиметровые

Сантиметровые волны (СМВ) является ультракороткими. Длина колеблется от 10 сантиметра до 1 сантиметра. Частота в диапазоне от 3 ГГц до 30 ГГц, соответствует сверхвысоким частотам (СВЧ). При частоте 5,8 ГГц данные волны находят свое применение в радиоуправляемом авиамоделизме, цель которой – пилотирование по изображению видеокамеры. Используется для электронно-циклотронного нагрева плазмы в токамаках (30 ГГц). Также применяется для связи пилотов космических аппаратов на орбите Земли и наземных коллег, спутниковом телевидении, но в диапазонах от 3,4 ГГц до 8 ГГц (диапазон C), от 12 ГГц до 18 ГГц (диапазон Ku).

Миллиметровые

Миллиметровые волны (ММВ) имеют длину от 10 миллиметров до 1 миллиметра и частоту от 30 ГГц до 300 ГГц, что соответствует крайне высоким частотам (КВЧ).

Источник: ethnomir.ru

Диапазоны частот

Как было описано выше, различные волны имеют разные частотные диапазоны.

Выделим главные:

1. Ультракороткие. К ним относят метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. Распространение происходит преимущественно в пределах прямой видимости. Отсутствует зеркальное отражение от ионизированного слоя Земли, но значительное воздействие оказывает нижний слой планеты (тропосфера). В тропосфере возникает изменение направления (рефракция) луча радиоволн. Способны отразиться от небесного тела (например, от ближайшей планеты) и вернуться на Землю, но в большинстве случаев уходят в космос.
2. Короткие. К этой категории относятся только декаметровые волны. Способны отражаться от ионизированного слоя планеты с минимальными потерями
3. Средние. К ним относятся гектометровые волны. Их распространение происходит на большие расстояния (до нескольких тысяч километров), так как способны огибать поверхность Земли, ночью отражаясь от ионизированного слоя.
4. Длинные. Включают в себя километровые волны, которые распространяются на 1-2 тысячи километров благодаря дифракции радиоволн на сферической земной поверхности. После дифракции распространение продолжается из-за сферического волновода и его направляющего действия. Не отражаются, огибают планету.
5. Сверхдлинные. Объединенное понятие для мириаметровых, гектокилометровых, мегаметровых и декамегаметровых волн. С легкостью огибают Земной шар, почти не поглощаются поверхностью Земли, отражаются от ионосферы и проникают на большую морскую глубину. Применение ограничено из-за сложной конструкции антенн, требуемых для работы с данными волнами.

Какие волны используются в сфере радиовещания и телевидения

В сфере радиовещания и телевидения используются длинные (километровые), средние (гектометровые), короткие (декаметровые) и ультракороткие (метровые, дециметровые и сантиметровые) волны, которые также применимы и в других областях жизни. Например, дециметровые – в микроволновых печах, спутниковой навигации, мобильных телефонах, сантиметровые – для Интернет-соединения.

Радио ФМ: на какой волне работает, особенность передачи

Радио ФМ – вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. Происходит от английского frequency modulation. В России аналогом ФМ выступает радио ЧМ. Используется для качественной передачи звукового (низкочастотного) сигнала в радиоэфире (в диапазоне ультракоротких волн).

Создание радио стало большим толчком для исследования и развития электричества, а также легло в основы электроники. Благодаря электронике возникла вычислительная техника, которой мы пользуемся ежедневно. Раньше люди справлялись сами с научными, контрольными и тестовыми работами, порой в ущерб своим достижениям в других областях. В наше время при возникновении трудностей с учебой учащемуся всегда готова помочь команда профессионалов Феникс.Хелп.

Как работают радиостанции — Restarters Wiki

На этой странице рассказывается о радиостанциях, нескольких различных типах и принципах их работы, чтобы вы могли немного глубже, чем визуальный поиск неисправностей.

Содержание

• 1 Краткое описание
• 2 Основы теории радио
  • 2. 1 Амплитудная модуляция (AM)
  • 2.2 Частотная модуляция (FM)
  • 2.3 Цифровая модуляция
• 3 типа радио
  • 3.1 Настроенная радиочастота (TRF)
  • 3.2 Супергетеродин
  • 3.3 Цифровой
    • 3.3.1 Программно определяемое радио (SDR)
• 4 Частота, длина волны, диапазоны волн и антенны
  • 4.1 Частота в зависимости от длины волны
  • 4.2 Диапазоны волн
  • 4.3 Антенны

На этой странице рассказывается о радиостанциях, нескольких различных типах и принципах их работы, чтобы вы могли углубиться в поиск неисправностей визуально.

Резюме

Часто радиоприемники можно починить, просто выяснив проблемы, общие для всех электронных гаджетов, с очень небольшим представлением о том, как они на самом деле работают. Но когда этот подход терпит неудачу, необходимо иметь базовые знания теории операций, чтобы идти глубже. Эта страница призвана обеспечить это заземление, описывая несколько типов и принципы их работы.

Мы начнем с рассмотрения базовой теории радиопередачи, а затем перейдем к изучению того, как эта теория применяется на практике в различных типах радиосвязи.

На отдельной странице портативных радиостанций рассматриваются практические аспекты диагностики и ремонта радиостанций.

Основы теории радиосвязи

Теоретически можно подключить микрофон через мощный усилитель непосредственно к передающей антенне. На практике это не сработает, потому что (по причинам, к которым мы еще вернемся) вам понадобится антенна длиной много миль, и не будет возможности передавать более одной программы одновременно, не перепутав их.

Сигнал звуковой частоты (AF), например, исходящий из микрофона или подаваемый в громкоговоритель, состоит из частот в диапазоне 20 Гц – 20 кГц (20 – 20 000 колебаний в секунду). Чтобы передать его, этот сигнал должен быть каким-то образом передан на гораздо более высокую радиочастотную (РЧ) «несущую». Есть несколько способов сделать это, и этот процесс известен как «модуляция». Радиоприемник, по сути, выполняет три задачи: выбор станции, которую вы хотите слушать, и отклонение всех остальных («настройка»), восстановление аудиосигнала из модулированного радиочастотного сигнала («демодуляция») и усиление слабого сигнала. от антенны, чтобы управлять громкоговорителем или наушниками. Настройка, очевидно, должна выполняться перед демодуляцией, но усиление часто выполняется до, между и после двух других функций.

Мы начнем с рассмотрения нескольких методов модуляции, а затем объясним, как достигается настройка.

Амплитудная модуляция (AM)

Амплитудная модуляция.

Простейшей формой модуляции является амплитудная модуляция или АМ. Как показано на диаграмме, звуковой (AF) сигнал накладывается на RF-несущую по мере изменения амплитуды.

Демодуляция проста. Если бы вы подавали модулированный ВЧ сигнал непосредственно в громкоговоритель, вы бы ничего не услышали, поскольку он настолько же положительный, насколько и отрицательный, и колеблется между ними слишком быстро, чтобы громкоговоритель или наушники могли на него реагировать. Но если вы отрежете все отрицательные биты и усредните оставшиеся положительные биты, результат будет соответствовать исходному сигналу AF, который затем сможет воспроизвести динамик.

Недостатком AM является то, что он чувствителен к помехам от таких вещей, как искрящийся электродвигатель, система зажигания автомобиля или включение и выключение холодильника. Все это генерирует всплески амплитуды, которые громкоговоритель воспроизводит в виде щелчков.

Частотная модуляция (FM)

Частотная модуляция.

При частотной модуляции или ЧМ амплитуда несущей остается неизменной, но частота изменяется в соответствии со звуковым сигналом, как показано на второй диаграмме. Существует несколько методов демодуляции, и они, как правило, немного сложнее, чем для AM, но, к счастью, нам не нужно вдаваться в них для целей восстановления.

Преимущество FM в том, что любые всплески сигнала от помех можно просто обрубить, ограничив амплитуду до максимального значения, в результате чего они практически не будут слышны в аудиовыходе.

Цифровая модуляция

В цифровом радио (DAB или Digital Audio Broadcasting) аудиосигнал сначала преобразуется в цифровой: амплитуда сигнала (или каждого канала в случае стерео) дискретизируется, измеряется и преобразуется в двоичный число много раз в секунду. Абсолютная минимальная частота или частота дискретизации составляет два раза для каждого цикла звука, поэтому для звука, содержащего частоты до 20 кГц, минимальная «частота дискретизации», как ее называют, составляет 40 000 выборок в секунду.

При этом создается довольно много данных, но, поскольку каждая звуковая волна обычно лишь незначительно отличается от предыдущей, существует много возможностей для сжатия данных. Это делается кодеком (кодер-декодер).

Биты исправления ошибок добавляются к сжатому выходному сигналу кодека, что позволяет исправлять короткие последовательности поврежденных битов на принимающей стороне и обнаруживать более длинные последовательности. Результирующие потоки данных от ряда различных программ затем мультиплексируются вместе, создавая «ансамбль», который используется для модуляции несущей.

Цифровой приемник просто выполняет все эти процессы в обратном порядке.

DAB+ — это более новый вариант, в котором используется более эффективный кодек и более мощное исправление ошибок, что позволяет транслировать больше программ в одном ансамбле. Хотя это позволяет успешно принимать более слабый сигнал, есть более резкий «край обрыва», где слабый сигнал превращается в булькающий шум, прежде чем потеряться.

Типы радиоприемников

Настроенная радиочастота (TRF)

Кристаллический радиоприемник.

Набор из кристаллов — простейший практический тип радиоприемника, демонстрирующий некоторые из основных принципов, за исключением того, что он не обеспечивает усиления, полностью полагаясь на энергию, подаваемую антенной. На схеме показан очень простой набор кристаллов.

Сигнал, принимаемый антенной, передается на катушку или катушку индуктивности L1 и настроечный конденсатор C1, которые образуют “настроенную цепь”. Конденсатор накапливает электрическую энергию так же, как пружина хранит механическую энергию, а индуктор придает импульс потоку тока, подобный импульсу тяжелого движущегося объекта. Точно так же, как груз, подвешенный на пружине, или маятник, или гитарная струна, катушка индуктивности и конденсатор имеют определенную резонансную частоту и имеют тенденцию усиливать любой сигнал этой частоты, исходящий от антенны, за счет других частот. (Стрелка через символ C1 указывает на то, что это переменный конденсатор, регулируемый с помощью диска на передней панели.)

Диод D1 выполняет демодуляцию, пропуская ток только в одном направлении. Колебания ВЧ сглаживаются конденсатором С2, оставляя нам исходный звуковой сигнал, который подается на наушники SPK1.

Книга Хрустальных Наборов для Мальчиков относится к другой эпохе, когда девочки должны были играть только с куклами, но содержит более подробное, но очень простое объяснение набора кристаллов. Это стоит посмотреть, независимо от вашего возраста и пола! На самом деле, если вы можете установить хорошую длинную антенну, все компоненты, которые вам понадобятся для создания многих конструкций, должны быть доступны, что делает проект интересным для долгого зимнего вечера.

Помимо плохой чувствительности из-за отсутствия усиления, набор кристаллов также имеет плохую избирательность, что означает, что близлежащие станции плохо различаются, и сильную станцию ​​все еще можно услышать при попытке настроиться на близлежащую слабую станцию. Для этого есть две причины: во-первых, имеется только один настроенный контур, а во-вторых, энергия из этого настроенного контура используется для управления наушниками, что приводит к тому, что его резонансная частота менее определена.

Усиление может быть добавлено либо к ВЧ-сигналу перед демодуляцией, либо к ЗЧ-сигналу после, либо чаще к обоим. Если каскады усиления добавляются раньше, то можно добавить дополнительные настроенные схемы до, между и после каскадов для улучшения избирательности. Однако возникает трудность, заключающаяся в том, что все настроенные схемы должны тесно следовать друг за другом, когда вы поворачиваете ручку настройки, что еще больше затрудняет разработку радиоприемника с более чем 2 или 3 отдельными настроенными цепями.

Superhet

Две разные частоты, создающие ритмы.

Подавляющее большинство AM- и FM-радиоприемников имеют супергетеродинную конструкцию, которая решает проблему необходимости заставить несколько настроенных цепей отслеживать друг друга.

Если объединить две разные частоты, то иногда они будут синхронизироваться и усиливать друг друга, а иногда будут не совпадать и отменяться, как показано на диаграмме. Итак, если, например, два музыкальных инструмента играют вместе, один на частоте 440 Гц, а другой на частоте 441 Гц, один раз в секунду они будут в фазе, а между ними они будут постепенно выходить из фазы, прежде чем снова вернуться в фазу, как два человека, идущие бок о бок, причем один делает несколько более длинные шаги, чем другой. Таким образом, вы услышите, как две ноты «бьются» друг о друга с частотой ударов 1 Гц, что является разницей между двумя частотами.

Эффект также известен как гетеродин. Супергетеродинный приемник (на самом деле его следовало бы называть ультрагетеродином, но никогда таковым не является) основан на создании ультразвукового гетеродина между входящим радиочастотным сигналом и другим сигналом другой частоты, генерируемым в приемнике.

Блок-схема супергетеродинного приемника.

Гетеродин генерирует сигнал, который можно настроить на частоту, отличающуюся от частоты станции, которую вы хотите принимать, обычно (для AM) на 455 кГц. «Микшер» объединяет это с желаемым сигналом для получения частоты биений 455 кГц. Затем его можно усилить и настроить с помощью любого количества настроенных схем, которые пожелает разработчик, каждая из которых настроена на фиксированную частоту 455 кГц. В результате любая станция может быть настроена путем преобразования ее частоты таким образом в 455 кГц, известную как промежуточная частота или ПЧ, поскольку она находится между ВЧ и НЧ. Аккуратный!

В случае FM-приемника РЧ имеет гораздо более высокую частоту, поэтому обычно используется ПЧ 10,7 МГц. AM/FM-приемник имеет схемы, настроенные как на 455 кГц, так и на 10,7 кГц в каскадах ПЧ, что позволяет ему одинаково хорошо работать в обоих диапазонах.

На самом деле, если смешать две частоты f1 и f2, то получится не только f1 – f2, но и f1 + f2. Это означает, что будет вторая частота, которая будет преобразована в ту же частоту ПЧ и, возможно, вызовет помехи. Чтобы избежать этого, обычно используется одна настроенная схема и каскад усиления для фильтрации любых таких «призрачных» станций перед микшером. Эта настроенная схема должна отслеживать частоту гетеродина, но это все же проще, чем отслеживать еще несколько настроенных схем, как это пришлось бы делать радиоприемнику TRF.

В достаточно современном приемнике с кнопочной настройкой (например, в автомобильном радиоприемнике) гетеродин заменяет цифровая схема. Это генерирует точную частоту, полученную в цифровом виде от точного кварцевого генератора.

На приведенной выше схеме представлено функциональное описание типичного супергетеродинного приемника:

• Антенна подключается к настроенной схеме и часто к одному каскаду усиления.
• Смеситель объединяет сигнал с выходным сигналом гетеродина для генерации ПЧ.
• Стадии ПЧ состоят из одной или нескольких ступеней усиления и с дополнительными настроенными цепями.
• Демодулятор (АМ, ЧМ или оба) восстанавливает ЗЧ.
• Усилитель мощности дополнительно усиливает сигнал, чтобы раскачать громкоговоритель.

Цифровой

Блок-схема DAB-радио.

На схеме показаны основные элементы радиостанции DAB. Сложности тюнера и декодера DAB обычно скрыты внутри одной или нескольких интегральных схем, защищенных металлическим экраном. RF идет с одного конца, а AF выходит с другого, и все, что между ними, скрыто. Аудиоусилитель, управляющий громкоговорителем, обычно выделяется как отдельный модуль. Микроконтроллер обнаруживает нажатия кнопок, управляет ЖК-дисплеем и отправляет цифровые элементы управления настройкой в ​​модуль DAB. Блок питания питается от батареи или сети и обеспечивает точное напряжение (обычно 3,3 В или 5 В), необходимое для цифровых схем, а также обычно более высокое напряжение для аудиоусилителя.

Программно определяемое радио (SDR)

USB-ключ для цифрового телевидения, который при подключении к компьютеру представляет собой программно определяемое радио.

Цифровая революция привела к тому, что многие функции во всем, от автомобилей до стиральных машин и тостеров, которые ранее выполнялись с помощью механических или электрических конструкций, были заменены программным обеспечением. Радиоприемники не являются исключением.

В программно-определяемой радиостанции или SDR сигнал с антенны преобразуется в цифровую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), а результирующий поток данных обрабатывается программным обеспечением для выполнения функций настройки и демодуляции. Используя этот подход, можно настроить радиоприемник для приема AM, FM, DAB-радио, цифрового или спутникового телевидения, даже азбуки Морзе или любого из множества различных цифровых форматов, таких как WiFi, Bluetooth, GPS, просто изменив программное обеспечение.

Несмотря на необычайную мощность современных процессоров, подключение антенны напрямую к ЦАП обычно не представляется возможным. Для начала сигнал будет слишком слабым. Кроме того, стоимость ЦАП резко возрастает по мере того, как вы ищете более высокие частоты дискретизации, поэтому прямая оцифровка сигнала в гигагерцовом диапазоне будет неосуществима при разумных затратах.

По этим причинам некоторые аналоговые схемы сохранены. Это не только усиливает сигнал, но и преобразует его в более управляемый диапазон частот, используя принцип супергетеродина, описанный ранее. Таким образом, если у вас есть ЦАП с максимальной частотой дискретизации 50 миллионов выборок в секунду (следовательно, способный напрямую оцифровывать частоты до 25 МГц), вы можете сделать SDR, который может принимать сигналы в любом диапазоне 25 МГц, определяемом частотой вашего гетеродина. Его можно выбрать или настроить в неограниченном диапазоне частот.

Доступные по очень низкой цене телевизионные ключи USB содержат предварительный усилитель, гетеродин, микшер и ЦАП. Подключенный к компьютеру с подходящим программным обеспечением, он представляет собой SDR. Действительно, доступно альтернативное программное обеспечение, позволяющее экспериментировать с вашим собственным SDR и принимать сигналы различных типов в широком диапазоне частот, как описано в этом руководстве.

Возможно, самым драматичным и впечатляющим недавним примером SDR является телескоп Event Horizon. Это изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87 было получено путем объединения и обработки оцифрованных выходных данных 10 радиотелескопов по всему миру с использованием очень сложного программного обеспечения.

Частота, длина волны, диапазоны волн и антенны

Частота в зависимости от длины волны

Иногда указывается частота радиостанции, а иногда ее длина волны. Между ними существует простая связь.

Радиоволны (и свет) распространяются со скоростью 300 миллионов метров в секунду. Таким образом, если вы подсчитаете 300 миллионов радиоволн, проходящих мимо вас в секунду (т. е. они имеют частоту 300 МГц), то каждый пик должен проходить мимо вас всего в метре от предыдущего. Это длина волны — расстояние между последовательными пиками (или впадинами).

Итак, если вы умножите расстояние между каждой волной и следующей (длина волны) на количество волн, проходящих через вас в секунду (частоту), мы получим скорость света (или радиоволн). В качестве альтернативы вы можете разделить скорость света на частоту, чтобы получить длину волны, или на длину волны, чтобы получить частоту.

Вкратце:

• Разделите 300 на частоту в МГц, чтобы получить длину волны в метрах, или
• Разделите 300 на длину волны в метрах, чтобы получить частоту в МГц.

Диапазоны волн

Спектр частот условно разделен на следующие диапазоны:

• Длинная волна (ДВ) 150–285 кГц (2000–1053 м)
• Средняя волна (МВт) 525–1605 кГц (570–187 м)
• Короткие волны (SW) 1,8–30 МГц (167–10 м)
• ОВЧ 40–300 МГц (7,5–1 м)
• UHF 300 МГц – 3 ГГц (1 м – 10 см)

AM-радио работает в длинном и среднем диапазонах волн.

FM-радио передается в диапазоне УКВ в диапазоне 88 – 108 МГц.

Радио DAB также передается в диапазоне УКВ в диапазоне 175 – 240 МГц.

Длинные волны приближаются к длине, сравнимой с кривизной Земли, и поэтому могут изгибаться над горизонтом. В результате их можно принимать на расстоянии многих сотен миль. Гораздо более короткие длины волн позволяют общаться не более чем в пределах прямой видимости.

В промежутке между ними Короткие волны не огибают горизонт, но их можно принимать на расстоянии в тысячи миль. Это связано с тем, что они могут отражаться между землей и ионосферой (ионизированный и электропроводящий слой атмосферы на высоте от десятков до сотен миль).

Антенны

Радиоантенна работает лучше всего, если ее длина составляет половину длины волны станций, которые она должна принимать. Это практически невозможно для длинных и средних волновых диапазонов, но при движении к верхним диапазонам VHF и UHF становится вполне приемлемой длиной. Многоэлементные телевизионные антенны на крышах и дымоходах состоят из полуволновых стержней.

На заре радио стремились установить как можно более длинную антенну, чтобы обеспечить хороший прием ДВ и СВ. Со времен портативных транзисторных радиоприемников для этих диапазонов неизменно использовалась антенна с ферритовым стержнем.

Состоит из магнитного, но непроводящего стержня из керамического материала (феррита), обычно с двумя витками проволоки вокруг него, один для средних волн, а другой для длинных волн. Ферритовый стержень концентрирует магнитную составляющую радиоволн, заставляя его индуцировать сигнал в катушках. (Радиоволны состоят из взаимосвязанных волн в электрическом и магнитном полях.) Он должен быть непроводящим, поскольку в противном случае радиоволны индуцировали бы ток в самом стержне, а не в катушках вокруг него. Антенна с ферритовым стержнем очень заметна, если вы откроете любое AM-радио.

Как работают радиоприемники — Tech-FAQ

Хотя радиоприемники становятся все менее и менее предметами домашнего обихода из-за телевидения, Интернета и медиаплееров, они по-прежнему ежедневно используются миллионами людей во всем мире. Мы склонны воспринимать эти маленькие устройства, которые мы находим в наших автомобилях, офисах или домах, как должное, но редко задумываемся о том, как они на самом деле работают.

AM- и FM-радиоприемники чаще всего встречаются в наших домах. Они общаются с помощью радиоволн — отсюда и название — самой низкой частоты электромагнитного спектра. Электромагнитные волны очень похожи на звуковые волны с точки зрения их волнового характера, но отличаются тем, что состоят из электрических и магнитных векторов, а не механических атрибутов. Еще один момент; радиоволны имеют два аспекта, которые мы изменяем, чтобы передавать или передавать информацию. Это его амплитуда и частота.

Радиостанция отправляет информацию, встраивая ее в радиоволны, прежде чем передать ее по воздуху своими передатчиками. Этот процесс называется модуляцией и осуществляется путем изменения любой из его основных характеристик, частоты или амплитуды. То есть существует два типа методов модуляции: амплитудная модуляция (АМ) и частотная модуляция (ЧМ).

Амплитудная модуляция (АМ)

В амплитудной модуляции изменяется амплитуда или сила волны. Самым ранним методом AM, который использовали люди, была азбука Морзе, в которой кодовая клавиша включала и выключала передатчик. Амплитуда достигает максимума во время нажатия клавиши и становится нулевой, когда передатчик выключается при отпускании клавиши. Современные АМ-передатчики изменяют уровень сигнала пропорционально звуку, который они передают. То есть положительные пики звука производят максимальную радиоэнергию, а отрицательные пики звука производят минимальную энергию.

AM улавливает больше статических помех, чем FM, и уязвим для помех от других радиостанций, но может приниматься с гораздо больших расстояний. Кроме того, слабые сигналы тише, чем сильные, и, следовательно, приемнику могут потребоваться дополнительные схемы для компенсации таких различий в уровне сигнала.

Хотя AM почти никогда не используется и обычно используется для разговорного радио, все радиоприемники способны принимать радиосигналы AM.

Частотная модуляция (FM)

С другой стороны, в частотной модуляции (ЧМ) модулируется частотный аспект, а не амплитуда. То есть положительные пики модулированного сигнала представляют собой более высокие частоты, а отрицательные пики — более низкие частоты. Волны FM свободны от ограничений AM, и, поскольку звук зависит от частоты сигнала, не требуются схемы компенсации для разных уровней сигнала.

Существуют и другие типы методов модуляции, которые представляют собой разновидности традиционных методов AM и FM. Варианты AM включают одну боковую полосу (SSB), двойную боковую полосу (DSB) и рудиментарную боковую полосу (VSB), в то время как типы FM включают фазовую манипуляцию (PSK) и манипуляцию с минимальным сдвигом (MSK).

Эти модулированные сигналы — AM или FM — обнаруживаются радиоприемником при настройке на эту конкретную частоту, которая затем проходит через серию цепей для декодирования и воспроизведения исходного звука. В случае ЧМ схема ограничения отсеивает все изменения амплитуды сигнала, в то время как схема дискриминатора преобразует изменения частоты в исходный сигнал. Для AM-передач также могут потребоваться специальные схемы для фильтрации нежелательных помех.

Многие FM-станции теперь передают поднесущие на несущей, как и аудиосигналы, за исключением того, что они находятся в частотном диапазоне слишком высоко, чтобы его можно было услышать человеческим ухом. Эти поднесущие используются для передачи сводок погоды, котировок акций или информации о музыке, передаваемой на основном носителе.

FM-стерео в значительной степени зависит от поднесущей, чтобы вызвать стереофонический эффект. Основной звук в FM-стерео монофонический, частота останавливается на частоте 18 кГц. В 19КГц — это пилотный сигнал, и есть специальная стереофоническая поднесущая, сосредоточенная вокруг 38 КГц. Приемник использует эту стереофоническую поднесущую в сочетании с монофоническим сигналом для создания аудиовыходов левого и правого каналов. Пилот-сигнал 19 кГц используется в качестве опорного, чтобы приемник мог правильно восстановить специальную стереофоническую поднесущую, лежащую в полосе 38 кГц.

Радиостанция

Когда люди используют термин «радиостанция», первое, что приходит на ум, — это множество каналов на вашем радио, на которые вы можете настроиться, чтобы слушать музыку, говорить по радио, заниматься спортом. , погода и новости. Однако радиостанция — это гораздо больше. Радиостанция — это физическое место, которое занимается передачей радиосигналов и организует такие темы, как музыка, реклама, новости и другие средства развлечения. На радиостанции обычно постоянно работает ди-джей, который обслуживает оборудование, принимает звонки и играет музыку. Радиостанция также содержит один или несколько передатчиков, которые фактически передают радиосигнал, принимаемый вашим радиоприемником. Без радиостанции радио, как известно, не могло бы существовать.

Передатчик

Передатчик, расположенный либо на радиостанции, либо в другом месте, представляет собой большую вышку, очень похожую на вышку сотовой связи, которая передает радиосигналы на большую территорию. Передатчики очень большие и требуют, чтобы технический специалист иногда физически поднимался на вышку, чтобы ремонтировать и обслуживать вещательное оборудование. В частности, передатчики преобразуют цифровую и электронную информацию в радиосигнал, который может быть принят любым радиоприемником в районе, настроенным на частоту этой конкретной станции.

Приемник

Ваша радиостанция — это прежде всего приемник, который улавливает радиосигналы, генерируемые передатчиком. Радиостанции различаются по возможностям и стилю, но общий состав всех радиостанций одинаков. Раньше радиоприемники изготавливались из кристаллов и транзисторов, но технологии дали нам возможность создавать меньшее оборудование, которое теперь состоит из компьютерных микросхем и вибрационных генераторов. Радиоприемник может быть установлен в стереосистеме вашего автомобиля как отдельное устройство или встроен в небольшое оборудование, такое как MP3-плееры и другие гаджеты.

Совместимость

Радиоприемники часто встречаются во многих электронных устройствах благодаря тому, что их можно сделать очень маленькими. Радиоприемники можно найти в автомобильных стереосистемах, некоторых сотовых телефонах, MP3-плеерах и многих других устройствах, которые мы используем каждый день. Кроме того, радио часто слышно в системах внутренней связи магазинов, в ресторанах и во многих других общественных местах.