Принцип дії радіотелефонного зв’язку. Радіомовлення і телебачення. Радіолокація

Радіозв'язок — передача та прийом інформа­ції за допомогою радіохвиль, які поширюються в просторі без проводів.

Принцип радіозв'язку полягає ось у чому: змінний електричний струм високої частоти, створений у передавальній антені, викликає в навколиш­ньому просторі швидко змінюване електромагнітне поле, що поширюєть­ся у вигляді електромагнітної хвилі. Досягаючи приймальної антени, електромагнітна хвиля викликає в ній змінний струм тієї самої частоти, у на якій працює передавач.

Для здійснення радіотелефонного зв'язку необхідно використовувати високочастотні коливання, інтенсивно випромінювані антеною. Для пере­дачі звуку ці високочастотні коливання змінюють за допомогою електричних коливань низької частоти (цей процес називається модуляцією).

У приймачі з модульованих коливань високої частоти виділяються низькочастотні коливання (цей процес називається детектуванням). До­бутий у результаті детектування сигнал відповідає тому звуковому сиг­налові, який діяв на мікрофон передавача. Після підсилення коливання низької частоти можуть бути перетворені на звук.

Найпростіша система радіотелеграфного зв'язку, яка була запропонована Г. Марконі і О.С. Поповим і широко застосовувалась понад двадцять років, полягала у відправці серій затухаючих електромагнітних коливань, добутих у коливальному контурі з іскровим розрядником. Цю систему істотно поліпшено після винайдення генератора незатухаючих електромагнітних коливань. Увімкнувши в коло генератора телеграфний ключ, можна було передавати сигнали з коротких і більш тривалих імпульсів електромагнітних хвиль.

Здійснити передачу мови і музики, тобто радіотелефонний зв'язок, виявилося значно важче. На перший погляд може здатися, що бажаючи передати мову чи музику, можна за допомогою належного підсилення послати їх в антену і передати на велику відстань. Насправді ж таким способом передати сигнали не можна. Річ у тім, що коливання звукової частоти — це порівняно повільні коливання (від 100 Гц до кількох тисяч герц). А ми знаємо, що інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль низької частоти дуже мала. Виникає суперечність. З одного боку, високочастотні хвилі добре випромінюються, але не містять потрібної інформації (мова або музика) і в приймальній антені збуджують чисто гармонічні коливання, тобто дають інформацію лише про те, працює передавач чи ні.

6.

З іншого боку, електромагнітні коливання низької (звукової) частоти кола мікрофона містять потрібну інформацію, але дуже слабо випромінюються.

Ця суперечність була розв'язана дуже дотепним способом. Він полягає в тому, що для передачі енергії електромагнітної хвилі використовують високочастотні коливання, а коливання низької частоти застосовують лише для зміни високочастотних коливань, або, як прийнято говорити, для їх модуляції. На приймальній станції з цих складних коливань за допомогою спеціальних методів знову виділяють коливання низької частоти, які після підсилення подають на гучномовець. Цей процес виділення інформації з прийнятих модульованих коливань дістав назву демодуляції, або детектування коливань.

Модуляцію коливань можна здійснювати, змінюючи їх амплітуду, частоту або фазу. Ми обмежимося розглядом найбільш поширеного виду модуляції — амплітудної.

Амплітудна модуляція електромагнітних коливань полягає в тому, що амплітуду коливань електромагнітної хвилі змінюють відповідно до низькочастотного (звукового) коливального процесу, який передається разом з електромагнітною хвилею.

Для здійснення амплітудної модуляції електромагнітних коливань у радіотехніці опрацьовані різні способи. Одним з них є зміна напруги джерела енергії автогенератора. Для цього достатньо увімкнути послідовно з джерелом постійної напруги U₀ джерело, напруга якого U_n змінюється за певним законом

(мал. 4)

У місці приймання сигналів під впливом електромагнітної хвилі передавача в антені приймача збуджуються модульовані струми високої частоти, тотожні струмам в антені передавача, але слабші. Однак ці струми не придатні для безпосереднього одержання сигналу. Якщо, скажімо, під час радіотелефонної передачі ми направимо їх, навіть після попереднього підсилення, в гучномовець чи телефон, то не почуємо ніякого звуку. Це станеться, по-перше, тому, що телефонна мембрана має велику масу і не може здійснювати такі швидкі коливання з помітною амплітудою. По-друге, і це головне, коли б ми і скористалися малоінерційним телефоном (що можна зробити), то дістали б хвилі з частотою 105—108 Гц, тоді як наше вухо розрізняє звуки лише за частоти, яка не перевищує 16 000—20 000 Гц.

7.

Тому з модульованих високочастотних коливань у приймачі необхідно виділити низькочастотні звукові коливання. Це роблять так. Модульовані коливання спочатку пропускають через вакуумний чи напівпровідниковий діод — випрямляють їх. Графік коливань сили струму в колі діода матиме вигляд, показаний на малюнку 5, а. Цей струм є сумою випрямлених струмів: високочастотного (мал.. 5, б) і струму звукової частоти (мал.. 5, в). Оскільки ці струми сильно відрізняються за частотою, їх можна легко відокремити один

від одного. Для цього досить увімкнути в коло діода таке розгалуження, щоб одна гілка становила великий опір для високочастотних струмів і малий для низькочастотних, а друга, навпаки, малий опір для високочастотних і великий для струмів звукової частоти. Таким розгалуженням є паралельне з’єднання конденсатора й навантаження (телефона) (мал.. 5). Струми високої частоти пройдуть переважно через конденсатор, а низької — через телефон. Отже, найпростіший демодулятор складається з діода, телефона і конденсатора. Мембрана телефона коливатиметься так само, як мембрана мікрофона, і ми почуємо звук, виголошений перед мікрофоном. Невеликі пульсації струмів високої частоти помітно не впливають на коливання мембрани і не сприймаються на слух.

мал.5

Мал.6

8.

Ø Процес модуляції полягає в зміні одного або декількох параметрів високочастотного (ВЧ) коливання за законам, переданого повідомлення (низькочастотного коливання).

На цьому засновано два різних види радіомовлення: передані з амплітудною модуляцією та передачі з частотною модуляцією.

У разі амплітудної модуляції змінюється амплітуда високочастотних коливань (ВЧ) відповідно до зміни сигналу, який модулюється. У разі ча­стотної модуляції — частота ВЧ коливань.

Ø Детектування — процес виділення низькочастотних (звукових) коливань із прийнятих модульованих коливань високої частоти.

У найпростішому приймачі детектування здійснюється в два етапи: спочатку ВЧ коливання випрямляються, а потім виділяється низькоча­стотна обвідна високочастотних імпульсів.

У сучасній техніці відбивання радіо­хвиль різними перешкодами знаходить широке застосування.

Ø Виявлення різних об'єктів і визначення їхнього місця розташування за допомогою радіохвиль називають радіолокацією.

Помітне відбивання радіохвиль стається у випадку, коли лінійні розміри цілі перевищують довжину хвилі, на якій працює радіолокатор. Тому
радіолокаційні станції працюють у діапазоні дециметрових, сантиметрових і навіть міліметрових хвиль.

Показавши учням блок-схему радіолокаційної станції, слід зупинитися на основних принципах радіолокації:

1) створення гостронапрямленого радіопроменя;

2) відбивання хвиль від об'єкта, який виявляється;

3) прийом відбитого сигналу, який указує на наявність виявлюваної об'єкта на шляху радіохвиль;

4) визначення часу між випромінюванням і прийомом радіосигнал) для обчислення відстані до виявленого об'єкта.

Визначення відстані здійснюється шляхом вимірювання загального часу проходження радіохвиль до цілі й назад. Оскільки швидкість радіохвиль с=3∙10⁸ м/с в атмосфері практично постійна, то

.

Унаслідок розсіювання радіохвиль до приймача доходить лише незначна частина випромінюваної передавачем енергії. Тому приймачі радіолокаторів підсилюють прийнятий сигнал у 10¹² разів.

Застосування радіолокації.Найбільш широко застосовують радіолоцію на флоті, в авіації й космонавтиці. Завдяки радіолокаційним уста­новкам рух кораблів с безпечним за будь-якої погоди й часу доби. Застосу­вання радіолокаційних установок на аеродромах робить безпечними зліт і посадку літака за будь-яких умов.

Дуже великого значення набула радіолокація у військовій справі. Так, війська ППО можуть вчасно виявити літак чи ракету.

9.

Сьогодні застосування радіолокації стає все більш різноманітним. За допомогою локаторів спостерігають за метеорами у верхніх шарах атмо­сфери. Локатори використовуються службою погоди для спостереження за хмарами.

Нарешті, локатори використовуються в космічних дослідженнях. Кожен космічний корабель мас на борту декілька радіолокаторів. Ве­лику роль у дослідженні планет Сонячної системи відіграли радіотеле­скопи.