Научные открытия и изобретения, лежащие в основе радиотехники
В 1832 году английский физик Майкл Фарадей теоретически предсказал существование электромагнитного излучения.
В 1864 году Дж. К. Максвелл опубликовал первые из основных уравнений классической электродинамики, описывающие эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами.
В 1888 году возможность передачи энергии посредством электромагнитных волн показал в своём опыте немецкий физик Г. Герц, который при помощи устройства, которое он назвал вибратором, излучал электромагнитное поле на расстояние и без проводов.
14 августа 1894 года на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки в Оксофрдском университете Оливер Лодж и Александр Мирхед произвели первую успешную демонстрацию радиотелеграфии. В ходе демонстрации радиосигнал азбуки Морзе был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят аппаратом на расстоянии 40 м.
25 апреля (7 мая) 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге А. С. Попов продемонстрировал аппарат для приёма электромагнитных волн (Радио).
В 1896 году итальянский инженер Г. Маркони, получил первый патент и провёл первые опыты беспроводного телеграфирования в Лондоне.
Сигналы в радиотехнике. Основные свойства сигналов.
Для того чтобы сигналы являлись объектами теоретического изучения и анализа, необходимо иметь их математические модели. Математическая модель сигнала – это формализованное его представление в виде определенного математического объекта. Физической величиной, определяющей характер радио-технического сигнала, обычно является напряжение или ток, изменяющиеся во времени по определенному закону. Поэтому наиболее часто в качестве модели сигнала используется функциональная зависимость, аргументом которой является время, т.е. функция времени. Обозначение – s(t) , u(t) , i(t) , размерность –
В, мВ, мкВ; А, мА, мкА и др.
Функциональная зависимость s(t) может принимать как вещественные, так и комплексные значения, представляемые в виде s(t) = Re s(t) + j Ims(t) . Целесообразность использования комплексной формы представления сигнала обусловлена удобством выполнения некоторых математических преобразова-
ний.
В качестве математической модели сигнала используется также функциональная зависимость, аргументом которой является циклическая f или угловая ω частота, т.е. сигнал рассматривается как функция частоты. Эта функциональная зависимость, являющаяся по существу спектральным представлением сигнала, получила название спектра сигнала. Такое представление сигнала чаще рассматривают не как собственно сигнал, а как характеристику сигнала в частотной области.
Сигналы могут быть представлены также в графическом и табличном виде.
Классификация сигналов в радиотехнике.
По физической природе носителя информации:
электрические; электромагнитные; оптические; акустические и др.
По способу задания сигнала:
– регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;
– нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.
В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:
– непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;
– дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;
– квантованные по уровню;
– дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).
Аналоговый сигнал — сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.
Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени ti (где i — индекс).
При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N−1).
Цифровой сигнал — сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.
Использование высокочастотных колебаний (ВЧ-колебаний). Модуляция сигнала. Виды модуляции.
Модуляция (лат. modulatio — размеренность, ритмичность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).
В результате модуляции спектр низкочастотного управляющего сигнала переносится в область высоких частот. Это позволяет при организации вещания настроить функционирование всех приёмо-передающих устройств на разных частотах с тем, чтобы они «не мешали» друг другу.