Что такое радиоволна для чайников

Что такое радиоволна для чайников

Э лектрический ток, протекая в каком либо проводнике, порождает электромагнитное поле, распостраняющееся в окружающем его пространстве.
Если этот ток является переменным, то электромагнитное поле способно наводить(индуцировать) Э. Д. С. в другом проводнике, находящемся на каком то удалении — осуществляется передача электрической энергии на расстояние.

Подобный метод передачи энергии не получил пока широкого применения — весьма высоки потери.
Но для передачи информации, он используется уже более ста лет, и весьма успешно.

Для радиосвязи используются электромагнитные колебания, так называемого, радиочастотного диапазона направленные в пространство — радиоволны. Для наиболее эффективного излучения в пространство используют антенны различных конфигураций.

Полуволновой вибратор.

Простейшая антенна — полуволновой вибратор, состоит из двух отрезков провода, направленных в противоположные стороны, в одной плоскости.

Общая длина их составляет половину длины волны, а длина отдельного отрезка — четверть. Если один из концов вибратора направлен вертикально, вместо второго может использоваться земля, или даже — общий проводник схемы передатчика.

Например, если длина вертикальной антенны составляет — 1 метр, то для радиоволны длиной 4 метра (диапазон УКВ) она будет представлять наибольшее сопротивление. Соответственно, эффективность такой антенны будет максимальной — именно для радиоволн этой длины, как при приеме, так и при передаче.

Говоря по правде, в диапазоне УКВ, наиболее уверенный прием должен наблюдаться, при горизонтальном расположении антенны. Это связано с тем, что передача в этом диапазоне с частотной модуляцией на самом деле, выполняется чаще всего, с помощью горизонтально расположенных полуволновых вибраторов. Поэтому, именно — полуволновой вибратор(а не четвертьволновой) будет являться более эффективной приемной антенной.

Различные радиоволновые диапазоны.

Радиоволны делятся на различные радиодиапазоны, в зависимости от их длины. Что такое — длина радиоволны? Радиоволны распостраняются со скоростью света(который сам по себе является одним из диапазонов электромагнитных колебаний). За секунду, они распостраняются на расстояние около 300000 километров. Разделив это расстояние на частоту электромагнитных колебаний можно узнать их длину волны.

Например, колебания частотой от 3 до 30 Кгц. порождают радиоволны сверхдлинного диапазона. Соответственно, длина сверхдлинных радиоволн лежит в пределах от 10 до 100 километров. Передача информации на большие расстояния, в этом диапазоне возможна, с применением очень больших передающих антенных устройств(более километра) и очень мощных передатчиков. Сверхдлинные волны применяют для дальней подводной связи.

Колебания частотой от 30 до 300 Кгц вызывают радиоволны длинноволнового диапазона. Их длина от 1 до 10 километров. Они способны огибать земную поверхность, за счет явления — дифракции. Дифракцией радиоволн называют их способность огибать в той или иной степени препятствия, лежащие на пути распостранения — выпуклость земного шара, горы, строения и. т. д.

Дифракция возникает в результате возбуждения радиоволной высокочастотных колебаний на поверхности препятствий. Эти колебания вызывают в свою очередь вторичное излучение радиоволн, проникающих в области пространства затененные от передающей антенны радиопередатчика. Часть энергии радиоволн при этом неизбежно теряется — на нагрев поверхности.

Передающие антенны длинноволнового диапазона довольно велики, как и мощность передатчика.

Главным достоинством длинных волн, является возможность очень устойчивой связи, на большое расстояние — без ретранслятора.

Частоты от 0,3 до 3Мгц — принадлежат средневолновому диапазону, от 3 до 30Мгц — коротковолновому. Волны этих диапазонов способны отражаться от различных слоев ионосферы, что способствует сверхдальней связи, при относительно невысокой мощности передатчика и небольших размерах передающей антенны.

Распостранение радиоволн на большие расстояния за счет пространственных волн объясняется отражением в ионосфере. Наряду с отражением имеет место частичное поглощение, возрастающее с увеличением длины волны.

Отражение и поглощение в ионосфере также связано с концентрацией электронов — величиной непостоянной. Ее изменения носят циклический характер — суточные, сезонные и связанные с 11-летним солнечным циклом, но нередко случаются и внезапные изменения — из за вспышек на солнце и падения метеорных потоков.

Частоты от 30Мгц до 3Ггц — радиоволны ультрокороткого(метрового и дециметрового) диапазона. Радиоволны этого диапазона хорошо поглощаются земной поверхностью и проходят через ионосферу — устойчивая связь возможна до линии горизонта. Плюсом здесь является качественная связь, при крайне малой мощности передатчика — и сответственно,возможности миниатюризации его размеров.

Сверхвысокочастотный диапазон 3 — 30Ггц(сантиметровый) используется для космической связи. Электромагнитные колебания такой частоты по своим свойствам вплотную приближаются к свету. Их можно легко фокусировать с помощью сферических отражателей, для передачи на очень большие расстояния.

Как устроен радиопередатчик?

Основой любого радиопередатчика является — задающий генератор несущей частоты.

Эта схема генератора,сама вполне может служить маломощным передатчиком(при наличии антенны). Электромагнитные колебания генерируемой им частоты, сами по себе не несут никакой полезной информации. Что бы появилась возможность ее передачи, необходимо изменить несущую частоту, промодулировав ее полезным сигналом.

Применяются три вида модуляции — амплитудная, частотная и фазная. При амплитудной модуляции меняется амплитуда несущей частоты, в такт с амплитудой информационного сигнала. Частотная модуляция обуславливает девиацию (отклонения) несущей частоты в такт с амплитудой полезного сигнала. При фазной модуляции, подобное происходит соответственно, с фазой колебаний несущей частоты.

Процесс модуляции осуществляется с помощью различных электронных схем. Например, для частотной модуляции необходимо воздействовать на такие параметры задающего генератора, как емкость или индуктивность его колебательного контура. Если подать на переход база — эмиттер транзистора переменное напряжение низкой частоты, это вызовет изменение его емкости, с периодом поданной частоты. Соответственно, произойдет частотная модуляция задающего генератора.

Если собрать подобную схему, используя самые распостраненные высокочастотные транзисторы (например кт315), микрофон динамического типа, можно получить простейший радиомикрофон. С катушкой L1, состоящей из одного витка одножильного провода диаметром 1-1,5 см, он будет перекрывать радиовещательный диапазон FM.

Читайте также:  Рисунок фасоли для детей

Сигнал от такого устройства можно принимать на расстоянии от 50, до 150 метров, в зависимости от чувствительности используемого приемника. Точная подстройка осуществляется конденсатором С5.
Устройства для прослушки — жучки, собирают по схожим схемам.
Если требуется большая дальность передачи, сигнал задающего генератора необходимо дополнительно усилить, с помощью выходного усилителя мощности и подать на передающую антенну.

Простейшей передающей антенной может служить отрезок провода, с длиной в четверть длины излучаемой волны. Для амплитудной модуляции необходимо, что бы выходная мощность передатчика менялась согласно с периодом колебаний частоты полезного сигнала. Для этого используется воздействие усиленного полезного сигнала, на выходной усилитель мощности.

Устройство радиоприемника.

Пространство буквально набито электромагнитными колебаниями разной длины и силы. Первоочередной задачей радиоприема является выделение из этой массы сигнала определенной радиостанции. Входные цепи приемника содержат в себе селектор, на основе колебательного контура. Настроенный на определенную частоту он хорошо пропускает сигнал радиостанции, на этой частоте транслирующей.

Дальнейшим этапом идет усиление полученого радиочастотного сигнала и выделение (детектирование) из него полезной информационной составляющей. В зависимости от вида модуляции принимаемого сигнала применяются различные схемы амплитудных и частотных детекторов. Причем,большинство существующих схем частотного детектора разработаны для приемников с преобразованием частоты — супергетеродинов.

Детекторный приемник.

Детекторный приемник самое простое устройство, позволяющее произвести прием радиовещательных радиостанций, использующих амплитудную модуляцию. Классический детекторный приемник рассчитанный на прием в диапазоне длинных и средних волн состоит из колебательного контура, амплитудного детектора, собранного на одном диоде и высокоомных головных телефонов (наушников, говоря по-просту). Рисунок иллюстрирующий принцип работы амплитудного детектора

На рисунке диод "обрезает" отрицательную составляющую радиосигнала. Затем, фильтрующая емкость производит выделение огибающей выпрямленного сигнала высокой частоты — получается сигнал низкой частоты. Вот так, может выглядеть схема реального детектороного приемника.

В качестве колебательного контура можно использовать конденсатор переменной емкости(C1), от любого неисправного промышленного приемника и магнитную антенну от него же. Наушники — старинные головные телефоны ТОН-2.

У такого приемника нет усилителя, поэтому радиосигнал на его входе должен быть достаточно силен. Отсюда — обязательно подключение протяженной (не менее 10 метров) внешней антенны и заземления.

Приемник прямого усиления.

Без внешней антенны и заземления можно обойтись, модернизировав детекторный приемник — добавив к нему усилитель высокой частоты(УВЧ).

Такое устройство называется — приемник прямого усиления. Теперь приемник уже не нуждается во внешней антенне и заземлении — напряжения усиленного сигнала, полученного с магнитной антенны достаточно, для работы детектора. Добавив усилитель звуковой частоты(УЗЧ) и динамик, получим почти полноценный карманный транзисторный приемник, позволяющий прослушивать радиопередачи, без наушников.

Почему почти? Селективность(избирательность)входного контура такого приемника невысока, и в случаe приема нескольких радиостанций близкого диапазона, их сигналы будут сильно мешать друг — другу.

Эта проблема становится тем актуальней, чем меньше длина волн перекрываемого диапазона. Практически, диапазон коротких волн — уже не доступен для приемников, собранных по такой схеме. Кроме того, поднимать чувствительность до необходимых пределов, с помощью широкополосных высокочастотных каскадов крайне сложно, из-за их самовозбуждения.

Регенеративный приемник.

Хотя, по правде говоря, существует способ повышения селективности одиночного колебательного контура. Если связать его, с выходом одного из каскадов УВЧ приемника, то при определенном уровне положительной обратной связи, электромагнитные колебания контура на резонансной частоте, перестают быть затухающими, восстанавливаются — регенерируют. Это ведет к резкому увеличению добротности контура, и, соответствено — улучшению его селективности.

Это дает возможность расширить область приема, вплоть до диапазона коротких волн. Минусом здесь является крайняя неустойчивость работы — малейшее снижение уровня обратной связи ведет к срыву регенерации, повышение чревато самовозбуждением каскада УВЧ. Поэтому, регенеративные приемники постепенно были вытеснены супергетеродинами.

Супергетеродин.

Супергетеродин, приемник с преобразованием частоты — это наиболее распостраненная схема. Она содержит в себе маломощный генератор колебаний промежуточной частоты — гетеродин.

Частота генерации гетеродина меняется одновременно с изменением настройки входной частоты. Для этого применяется двухсекционный конденсатор переменной емкости — одна секция использована в входном колебательном контуре, вторая — в контуре гетеродина.

Причем, гетеродин настроен так, что разница между собственной его частотой и частотой радиосигнала остается примерно неизменной на протяжении всего перестраевомого диапазона. Это и есть промежуточная частота, которая выделяется в смесителе — каскаде где обе частоты встречаются. Причем, полученная таким образом промежуточная частота оказывается промодулированой полезным сигналом.

Далее, происходит усиление промежуточной частоты каскадами усилителя промежуточной частоты. Такие каскады имеют повышенный коэффициент усиления только на этой частоте, что исключает самовозбуждение усилителя. После усиления промежуточной частоты, происходит детектирование и окончательное усиление полезного сигнала. Супергетеродин обеспечивает высокую селективность и достаточную чувствительность для работы во всех радиовещательных диапазонах.

Кроме того, появляется возможность приема и детектирования частотно — модулированных сигналов на частотах УКВ, что значительно улушает качество воспроизведения звука. Самая распостраненная схема частотного детектора — балансная, содержит в себе два контура, настроенных на несущую частоту с некоторым отклонением — слегка рассогласоваными. Частота первого из них настраивается несколько выше, а второго — несколько ниже промежуточной частоты.

Модулированная промежуточная частота отклоняясь от своего среднего значения наводит колебания(может быть — звуковые) полезного сигнала выделяемые на резисторах R1 и R2.

Приемник прямого преобразования.

Как только частоты полезного сигнала и гетеродина совпадают — на выходе смесителя возникают биения с частотой модуляции, — т. е. низкочастотная информативная составляющая. Полученный сигнал можно возпроизвести, после достаточного усиления. Несмотря на свою простоту и эффективность, схема прямого преобразования получила лишь ограниченное распостранение — из-за недостаточно высокого качества передачи музыки и речи.

Читайте также:  Как проверить выключатель стоп сигнала

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт "Электрика это просто".

FREE & OPEN UKRAINIAN HAM RADIO BANNERS NET

SAT/SPACE MONITOR Вы можете участвовать в формировании новостей !

Теория радиосвязи для чайников

Как то зашёл сосед с соседкой. На рюмочку чаю. Ну и зашёл разговор про антенны в саду. Вот говорю, с другими радиолюбителями разговариваю. И что, спрашивают, и до Львова достаёт? Достаёт, говорю. И до Вены. И даже до острова Мальпело, что в Колумбии, достаёт. Изумлению моих гостей не было предела. А почему, собственно их удивлению Я удивился ? Подумал я. Теоретически давно известно, что «радиоволны могут достигать любой точки земного шара». Но даже среди радиолюбителей имеющих позывные не все хорошо знают теорию (на которой базируется практика 🙂 из-за чего дальность действия их радиостанций остаётся ограниченной.
Появилась мысль сжато изложить основы «Теории радиосвязи для чайников». Понятно, что тем, кто имеет специальное или близкое по теме образование, читать это может быть неинтересно. Но для тех, кто никогда не задумывался о том, как увеличить и дальность связи и её привлекательность, может быть интересно (или полезно). Многие недооценивают могущество теоретических знаний, которые априори должны руководить их действиями при создании точки радиосвязи. Вернее полноту, или качество, этих знаний.

Не секрет, что если вода течёт по трубам разного диаметра, то пропускная способность всей системы будет соответствовать участку с самой узкой трубой. То же самое происходит и с радиосвязью. Я имею в виду линию точка-точка. Ниже схематично отображена линия радиосвязи с критическими (в пределах темы нашей статьи) участками, которые могут улучшить, ухудшить или совсем прервать радиосвязь.

Первый и самый понятный участок – радиостанция. В ней генерируется частота на которой происходит радиообмен, в сигнал закладывается информация к передаче, это либо телеграфирование, либо модуляция речью, либо какой-то другой способ передачи информации, например кодирование частотой звука набора букв (буквопечатание).
Второй важный участок – устройство создающее условие для того, чтобы электромагнитные колебания усиленные выходным каскадом в радиостанции переместились в излучающее устройство (антенну) и произвели работу по созданию непосредственно электромагнитных волн, посредством которых и происходит перенос информации на большие расстояния. Дабы не повторятся, я отправлю вас к материалу, в котором этот участок рассмотрен подробно J Он очень важен, так как принимает участие в процессе дважды: на приём и на передачу. Максимально эффективно этот участок работает когда импеданс антенны равен импедансу передатчика (50 ом), то есть устройство , называемое фидером, должно обеспечивать импеданс 50 ом с обоих своих сторон. Случай при котором радиолюбитель установил (повесил) антенну неизвестного волнового сопротивления и соединил радиостанцию и эту антенну кабелем неустановленного типа сразу же приводит к многократному уменьшению мощности излучения электромагнитных волн антенной. Я бы сказал на порядок. Теперь добавим такие же потери при обратном ходе радиосигналов и получим квадратичную зависимость снижения дальности связи от невыполнения требований науки :-). Самый надёжный способ избежать граблей – использовать кабель с известным доподлинно волновым сопротивлением и более того, просчитанной длины для того, чтобы служить полуволновым повторителем (о том, как рассчитать длину кабеля тут).

Переходит к третьему участку, устройству, которое преобразовывает протекающий по его элементам ток непосредственно в электромагнитные волны, которые через среду распространения радиоволн (эфир) доносят вашу информацию до корреспондента. Это антенна. Среди главных и реже всего поминаемых свойств антенны есть эффективность излучения, которая максимальна при условии равенства длины антенны длине волны, а далее наступают максимумы на длине вдвое меньше, потом вчетверо и т.д. То есть простой провод должен быть резонансным. В самой популярной антенне – полуволновом диполе, длина полотна с учётом электрического укорочения равна полуволне, что собственно следует из названия. Но диполь обладает ярко выраженным свойством направленного действия: максимум излучения этой антенны лежит в направлении перпендикулярном проводнику антенны. С одной стороны это хорошо, с другой плохо. Лучше бы иметь антенну, излучающую во все стороны одинаково: вверх, вниз, влево, вправо 🙂 Шучу, конечно. Такая антенна существует только теоретически и служит для того, чтобы сравнивать с её параметрами все остальные антенны и называется изотропной. Нам не нужно распространение нашего сигнала вниз (вверх): нам нужно на максимальное возможное расстояние вдоль поверхности Земли. Поэтому все конструкции антенн, за исключением спутниковых, стараются выполнить с какими бы то ни было усилительными свойствами, но их наиболее эффективное излучение всегда направлено под небольшим углом к горизонту. Для того, чтобы получить какое-нибудь усиление, в антенне должно быть более одного элемента. Усиление достигается за счёт сложения переизлучённого напряжения сигнала в одном из элементов антенны в другом элементе. Если элементы расположены вертикально один над другим, то мы получаем сложение сигналов с круговой диаграммой направленности, а если в горизонтальной плоскости один за другим, то в каком-то направлении параллельном земле.

Это небольшое усиление, но оно крайне важно, так как соседствует с понятием ноля. Если уровень сигнала вашего корреспондента близок к нолю, то даже усиление в 2 дБ «приподнимает» сигнал над уровнем шума и связь становиться возможной. Наибольшее распространение получили антенны, в которых за счёт перераспределения энергии излучения в одном направлении получают достаточно большие коэффициенты усиления. Чаще всего это системы из двух или более прямолинейных элементов или рамок. Такие антенны непросты в изготовлении и настройке, достаточно больших размеров, поэтому не у всех радиолюбителей они есть. Чаще всего сложности создания больших направленных антенн подталкивают радиолюбителей использовать простые в изготовлении дипольные или рамочные гармонические (работающие на нескольких диапазонах) антенны, которые и приводят к катастрофическому снижению дальности связи. Точно такая же линия, работающая в обратном направлении удваивает успех или неудачу.
Последний и менее всего поддающийся анализу участок линии радиосвязи – сам эфир, или среда распространения радиоволн. Она многогранно изменяющаяся, зависит от множества факторов и крайне непостоянная. Но «нет худа без добра». Её изучение привело к тому, что сегодня можно определить не только самые плохие отрезки прохождения, но и самые хорошие. Существует несколько способов определения не только условий прохождения в частотном диапазоне, не только по времени, но и по направлениям. Тем, кому стало интересно, рекомендую материал «Прохождение для себя». Объединяя знания и усилия в соответствии с описанными выше возможностями можно успешно и каждый день проводить связи с удалёнными корреспондентами, часто находящимися на других континентах. Таким образом из «теории радиосвязи для чайников» следует, что дальность радиосвязи зависит не от знаний конкретных радиолюбителей, а от их желания и возможностей иметь эффективную систему радиосвязи. Повседневная практика только подтверждает теорию 🙂

Читайте также:  Чем измельчить плоды шиповника

А что собой представляют радиоволны? Образно представить можно, но мне захотелось узнать об этом явлении побольше. Сразу хочу сказать, что во всем прочитанном нет такого, что перевернет мир, или вас. Это статья что бы вспомнить, или чтобы узнать, если вы новичок,

Радиоволны делятся на частотные диапазоны это: длинные волны, средние волны, короткие волны, и ультракороткие волны.

Длинные волны. Волны этого диапазона называются длинными, поскольку их низкой частоте соответствует большая длина волны. Они могут распространяться на тысячи километров, так как способны огибать земную поверхность. Поэтому многие международные радиостанции вещают на длинных волнах.

Средние волны распространяются не на очень большие расстояния, поскольку могут отражаться только от ионосферы (одного из слоев атмосферы Земли). Передачи на средних волнах лучше принимают ночью, когда повышается отражательная способность ионосферного слоя.

Короткие волны многократно отражаются от поверхности Земли и от ионосферы, благодаря чему распространяются на очень большие расстояния. Передачи радиостанции, работающей на коротких волнах, можно принимать на другой стороне земного шара.

Ультракороткие волны (УКВ) могут отражаться только, от поверхности Земли и потому пригодны для вещания лишь на очень малые расстояния. На волнах УКВ-диапазона часто передают стереозвук, так как на них слабее помехи.

Вот на рисунках вверху волна изображена в виде полосы, а вот как она выглядит на самом деле.

Длинные волны — — — — — Короткие волны
150-300 кГц — — — — — 2300-26 100 кГц
(1000 — 2000 м) — — — — — (11 — 130 м)

Средние волны — — — — — Ультракороткие волны
525 — 1700 кГц — — — — — 87 — 108 МГц
(180 — 570 м) — — — — — (2,5 — 3,5 м)

Ну ладно допустим, все это поняли, поговорим о передатчиках и антеннах.

Передатчик излучает радиоволны модулированными, т. е. измененными так, что они несут звуковой сигнал.

Модуляция. Чтобы радиоволны несли сигнал звуковой частоты, их модулируют этим сигналом. Модуляция бывает двух видов: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ). О модуляции ниже.

Амплитудная — — — — — Частотная
модуляция — — — — — модуляция

Антенна. В антенне под воздействием радиоволн возникают электрические колебания той же частоты, что и у радиоволны. Скажем, антенна расположена в верхней части башни передающего радиоцентра. Электрический ток, проходящий по антенне то вверх, то вниз, возбуждает радиоволны, которые расходятся во всех направлениях. Передающие антенны устанавливают на возвышенных местах, чтобы увеличить дальность передачи.

Здесь упоминалось слово частота, если кто-то забыл то:

Частота — это число повторений чего-либо в единицу времени. Частота волны — это число ее максимумов, проходящих за одну секунду через фиксированную точку. Частота измеряться в герцах (Гц). Один герц — это одно повторение в секунду.

Расскажу об Амплитуде, так как это надо знать, чтобы понять АМ и ЧМ.

Амплитуда — это максимальное отклонение от положения равновесия при колебаниях.
Так, амплитуда волны, бегущей по поверхности воды, равна высоте ее гребня над поверхностью.

Амплитудная модуляция.
При такой модуляции изменяют амплитуду несущей волны в соответствии с напряжением сигнала звуковой частоты. Амплитуда несущей волны увеличивается, когда увеличивается напряжение сигнала звуковой частоты, и уменьшается, когда уменьшается это напряжение. До модуляции несущая волна имеет постоянные амплитуду и частоту. Ее частота намного больше звуковой частоты.

Частотная модуляция.
При такой модуляции изменяют частоту несущей волны в соответствии с напряжением сигнала звуковой частоты. Частота несущей волны увеличивается при увеличении напряжения этого сигнала и уменьшается при его уменьшении. При частотной модуляции меньше помех, но радиостанции приходиться работать в УКВ-диапазоне. Это связано с тем, что частота несущей волны должна быть во много раз больше звуковых частот.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector