Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с радиопередатчика )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Коммерческий передатчик FM-вещания на радиостанции WDET-FM , Государственный университет Уэйна, Детройт, США. Он вещает на частоте 101,9 МГц с излучаемой мощностью 48 кВт .

В электронике и телекоммуникациях передатчик или радиопередатчик представляет собой электронное устройство , которое производит радиоволны с антенной . Сам передатчик генерирует переменный ток радиочастоты , который подается на антенну . При возбуждении этим переменным током антенна излучает радиоволны.

Передатчики являются необходимыми составными частями всех электронных устройств, которые обмениваются данными по радио , таких как станции радио- и телевещания , сотовые телефоны , рации , беспроводные компьютерные сети , устройства с поддержкой Bluetooth, устройства открывания гаражных ворот , двусторонние радиоприемники в самолетах, кораблях и т. Д. космические аппараты, радиолокационные станции и навигационные маяки. Термин передатчик обычно ограничивается оборудованием, которое генерирует радиоволны для целей связи ; или радиолокация , например радари навигационные передатчики. Генераторы радиоволн для отопления или промышленных целей, такие как микроволновые печи или оборудование для диатермии , обычно не называют передатчиками, хотя они часто имеют аналогичные схемы.

Этот термин обычно используется более конкретно для обозначения передатчика вещания, передатчика , используемого в вещании , например FM-радиопередатчика или телевизионного передатчика . Это использование обычно включает как собственно передатчик, так и антенну, а часто и здание, в котором он расположен.

Описание [ править ]

Радиопередатчик обычно является частью системы радиосвязи, которая использует электромагнитные волны ( радиоволны ) для передачи информации (в данном случае звука) на расстояние.

Передатчик может быть отдельным элементом электронного оборудования или электрической схемой в другом электронном устройстве. Передатчик и приемник, объединенные в один блок, называются приемопередатчиком . Термин "передатчик" в технических документах часто обозначается аббревиатурой "XMTR" или "TX". Назначение большинства передатчиков - радиосвязь информации на расстоянии. Информация передается в передатчик в виде электронного сигнала, такого как аудио (звуковой) сигнал с микрофона, видео (ТВ) сигнал с видеокамеры или в беспроводных сетевых устройствах цифровой сигнал.с компьютера. Передатчик объединяет передаваемый информационный сигнал с радиочастотным сигналом, который генерирует радиоволны, который называется несущим сигналом . Этот процесс называется модуляцией . Информация может быть добавлена ​​к несущей несколькими способами в разных типах передатчиков. В передатчике с амплитудной модуляцией (AM) информация добавляется к радиосигналу путем изменения его амплитуды . В передатчике с частотной модуляцией (FM) он добавляется путем небольшого изменения частоты радиосигнала . Также используются многие другие типы модуляции.

Радиосигнал от передатчика подается на антенну , которая излучает энергию в виде радиоволн. Антенна может быть заключена внутри корпуса или прикреплена к внешней стороне передатчика, как в портативных устройствах, таких как сотовые телефоны, рации и устройства открывания гаражных ворот . В более мощных передатчиках антенна может быть расположена наверху здания или на отдельной башне и подключена к передатчику линией питания , то есть линией передачи .

Радиопередатчики
Современный радиолюбителей трансивер , то ICOM IC-746PRO. Он может передавать на любительских диапазонах от 1,8 МГц до 144 МГц с выходной мощностью 100 Вт.
CB радио приемопередатчик , A двухстороннего радио передает на частоте 27 МГц с мощностью 4 Вт, что может работать без лицензии
Потребительские товары, содержащие передатчики
В мобильном телефоне есть несколько передатчиков: приемопередатчик дуплексной ячейки, модем Wi-Fi и модем Bluetooth.
И трубка, и база беспроводного телефона содержат радиопередатчики малой мощности 2,4 ГГц для связи друг с другом.
Устройство открывания гаражных ворот содержит маломощный передатчик 2,4 ГГц, который отправляет закодированные команды механизму гаражных ворот на открытие или закрытие.
Беспроводной микрофон является микрофоном с передатчиком FM низкой мощности , который передает голос исполнителя в соседний приемник , подключенный к звуковой системе , который усиливает звук.
Портативный компьютер и домашний беспроводной маршрутизатор (фон) , который соединяет его к Интернету, создание домашней Wi-Fi сети. Оба имеют модемы Wi-Fi , автоматизированные микроволновые передатчики и приемники, работающие на частоте 2,4 ГГц, которые обмениваются пакетами данных с поставщиком интернет-услуг (ISP).

Операция [ править ]

Анимация полуволновой дипольной антенны, передающей радиоволны , с изображением силовых линий электрического поля . Антенна в центре представляет собой два вертикальных металлических стержня, по центру которых подается переменный ток от радиопередатчика (не показан) . Напряжение заряжает обе стороны антенны попеременно положительным (+) и отрицательным (-) . Петли электрического поля (черные линии) покидают антенну и уносятся прочь со скоростью света ; это радиоволны. Эта анимация показывает, что действие сильно замедлилось.

Электромагнитные волны излучаются электрическими зарядами, когда они ускоряются . [1] [2] Радиоволны , электромагнитные волны радиочастоты , генерируются изменяющимися во времени электрическими токами , состоящими из электронов, проходящих через металлический проводник, называемый антенной, которые изменяют свою скорость и, таким образом, ускоряются. [3] [2] переменный ток течет назад и вперед в антенне будет создавать осциллирующее магнитное полевокруг проводника. Переменное напряжение также будет заряжать концы проводника попеременно положительным и отрицательным, создавая колеблющееся электрическое поле вокруг проводника. Если частота колебаний достаточно высока, в радиодиапазоне выше примерно 20 кГц, колеблющиеся связанные электрические и магнитные поля будут излучаться от антенны в космос в виде электромагнитной волны, радиоволны.

Радиопередатчик - это электронная схема, которая преобразует электрическую энергию от источника питания, батареи или электросети в переменный ток радиочастоты, подаваемый на антенну, и антенна излучает энергию этого тока в виде радиоволн. Передатчик также передает информацию, такую ​​как аудио или видеосигнал, на радиочастотный ток, который переносится радиоволнами. Попадая на антенну радиоприемника , волны возбуждают в ней аналогичные (но менее мощные) радиочастотные токи. Радиоприемник извлекает информацию из полученных волн.

Компоненты [ править ]

Практичный радиопередатчик в основном состоит из следующих частей:

  • В передатчиках большой мощности - схема источника питания для преобразования входной электрической мощности в более высокие напряжения, необходимые для получения требуемой выходной мощности.
  • Схема электронного генератора для генерации радиочастотного сигнала. Обычно это генерирует синусоидальную волну постоянной амплитуды, называемую несущей волной , поскольку генерирует радиоволны, которые «переносят» информацию в пространстве. В большинстве современных передатчиков это кварцевый генератор, частота которого точно регулируется колебаниями кристалла кварца . Частота несущей волны считается частота передатчика.
  • Модулятор цепи , чтобы добавить информацию, подлежащую передаче на несущей волны создаваемого генератором . Это достигается изменением некоторого аспекта несущей волны. Информация передается в передатчик в виде электронного сигнала, называемого сигналом модуляции . Сигнал модуляции может быть аудиосигналом , который представляет звук , видеосигналом, который представляет движущиеся изображения, или данными в форме двоичного цифрового сигнала, который представляет последовательность битов , поток битов . В разных типах передатчиков используется разная модуляция. методы передачи информации:
    • В передатчике AM ( амплитудная модуляция ) амплитуда (сила) несущей волны изменяется пропорционально сигналу модуляции.
    • В передатчике FM ( частотная модуляция ) частота несущей изменяется сигналом модуляции.
    • В передатчике с частотной манипуляцией (FSK ), который передает цифровые данные, частота несущей сдвигается между двумя частотами, которые представляют две двоичные цифры , 0 и 1.
    • OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением ) - это семейство сложных методов цифровой модуляции, очень широко используемых в системах с высокой пропускной способностью, таких как сети Wi-Fi , мобильные телефоны , цифровое телевизионное вещание и цифровое аудиовещание (DAB) для передачи цифровых данных с использованием минимум ширина полосы радиочастотного спектра . OFDM имеет более высокую спектральную эффективность и большую устойчивость к замиранию, чем AM или FM. В OFDM несколько радиоволн, близко расположенных по частоте, передаются в радиоканале, причем каждая несущая модулируется битами из входящего потока битов.поэтому несколько битов отправляются одновременно, параллельно. В приемнике несущие демодулируются, и биты объединяются в правильном порядке в один битовый поток.
Также используются многие другие типы модуляции . В больших передатчиках генератор и модулятор вместе часто называют возбудителем .
  • Усилитель радиочастоты (RF) для увеличения мощности сигнала, для увеличения диапазона радиоволн.
  • Схема согласования импеданса ( антенный тюнер ) для согласования импеданса передатчика с импедансом антенны (или линии передачи к антенне) для эффективной передачи мощности на антенну. Если эти импедансы не равны, это вызывает состояние, называемое стоячими волнами , при котором мощность отражается обратно от антенны к передатчику, теряя мощность и иногда перегревая передатчик.

В более высокочастотных передатчиках в УВЧ- и СВЧ- диапазонах автономные генераторы нестабильны на выходной частоте. В более старых конструкциях использовался генератор на более низкой частоте, которая умножалась на умножители частоты, чтобы получить сигнал на желаемой частоте. В современных конструкциях чаще используется генератор на рабочей частоте, которая стабилизируется за счет фазовой синхронизации до очень стабильного опорного источника более низкой частоты, обычно кварцевого генератора.

Регламент [ править ]

Два радиопередатчика в одной и той же области, которые пытаются передавать на одной и той же частоте, будут мешать друг другу, вызывая искаженный прием, поэтому ни одна передача не может быть принята четко. Помехи радиопередаче могут иметь не только большие экономические издержки, но и быть опасными для жизни (например, в случае вмешательства в аварийную связь или управление воздушным движением ).

По этой причине в большинстве стран использование передатчиков строго контролируется законом. Передатчики должны быть лицензированы правительствами в соответствии с различными классами лицензий в зависимости от использования, например, радиовещание , морское радио , воздушное радио , любительское радио , и ограничены определенными частотами и уровнями мощности. Орган, называемый Международным союзом электросвязи (МСЭ), распределяет полосы частот в радиочастотном спектре между различными классами пользователей. В некоторых классах каждому передатчику дается уникальный позывной.состоящий из строки букв и цифр, которые должны использоваться в качестве идентификатора при передаче. Оператор передатчика обычно должен иметь государственную лицензию, например общую лицензию оператора радиотелефонной связи , которая выдается путем прохождения теста, демонстрирующего соответствующие технические и юридические знания в области безопасной эксплуатации радиосвязи.

Исключения из вышеперечисленных правил позволяют нелицензионное использование передатчиков малой дальности с низким энергопотреблением в потребительских продуктах , таких как сотовые телефоны , беспроводные телефоны , беспроводные микрофоны , рациями , Wi-Fi и Bluetooth устройств, открывания дверей гаража , и видеоняни . В США, они подпадают под частью 15 из Федеральной комиссии по связи правил (FCC). Хотя они могут эксплуатироваться без лицензии, эти устройства, как правило, перед продажей должны пройти одобрение типа .

История [ править ]

Герц открыл радиоволны в 1887 году с помощью своего первого примитивного радиопередатчика (предыстория).

Первые примитивные радиопередатчики (так называемые искровые передатчики ) были построены немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году во время его пионерских исследований радиоволн. Они генерировали радиоволны за счет высоковольтной искры между двумя проводниками. Начиная с 1895 года Гульельмо Маркони разработал первые практические системы радиосвязи с использованием этих передатчиков, и радио начало коммерчески использоваться примерно в 1900 году. Передатчики Spark не могли передавать звук (звук), и вместо этого передавали информацию с помощью радиотелеграфии , оператор нажимал на телеграфный ключ.который включал и выключал передатчик, чтобы генерировать импульсы радиоволн, воспроизводящие текстовые сообщения азбукой Морзе . Эти передатчики с искровым разрядником использовались в течение первых трех десятилетий развития радио (1887-1917 гг.), Которые назывались беспроводной телеграфией или «эрой искры». Поскольку они генерировали затухающие волны , искровые передатчики были электрически "шумными". Их энергия распространялась по широкому диапазону частот , создавая радиошум, который мешал работе других передатчиков. Эмиссия затухающих волн была запрещена международным правом в 1934 году.

На рубеже веков начали использоваться две недолговечные конкурирующие технологии передатчиков, которые были первыми передатчиками непрерывного излучения : дуговой преобразователь ( дуга Поульсена ) в 1904 году и генератор переменного тока Alexanderson примерно в 1910 году, которые использовались до 1920-х годов.

Все эти ранние технологии были заменены передатчиками на электронных лампах в 1920-х годах, в которых использовался генератор обратной связи, изобретенный Эдвином Армстронгом и Александром Мейснером около 1912 года на основе вакуумной лампы Audion ( триод ), изобретенной Ли Де Форестом в 1906 году. недорогие и производящие непрерывные волны , и их можно легко модулировать для передачи звука (звука) с помощью амплитудной модуляции (AM). Это сделало возможным радиовещание в диапазоне AM , которое началось примерно в 1920 году. Практическая частотная модуляция(FM) передача была изобретена Эдвином Армстронгом в 1933 году, который показал, что она менее уязвима для шума и статики, чем AM. Первая FM-радиостанция была лицензирована в 1937 году. Экспериментальная телевизионная трансляция велась радиостанциями с конца 1920-х годов, но практическое телевещание началось только в конце 1930-х годов. Развитие радара во время Второй мировой войны послужило толчком к развитию высокочастотных передатчиков в УВЧ и микроволновом диапазонах с использованием новых активных устройств, таких как магнетрон , клистрон и лампа бегущей волны .

Изобретение транзистора позволило в 1960-х годах разработать небольшие портативные передатчики, такие как беспроводные микрофоны , устройства открывания гаражных ворот и рации . Развитие интегральной схемы (ИС) в 1970-х сделало возможным текущее распространение беспроводных устройств , таких как сотовые телефоны и сети Wi-Fi , в которых интегрированные цифровые передатчики и приемники ( беспроводные модемы ) в портативных устройствах работают автоматически, в фон, для обмена данными с беспроводными сетями .

Потребность в сохранении полосы пропускания во все более перегруженном радиочастотном спектре стимулирует разработку новых типов передатчиков, таких как расширенный спектр , транковые радиосистемы и когнитивное радио . Связанная с этим тенденция заключается в постоянном переходе от аналоговых методов радиопередачи к цифровым . Цифровая модуляция может иметь большую спектральную эффективность, чем аналоговая модуляция ; то есть он часто может передавать больше информации ( скорость передачи данных ) в заданной полосе пропускания, чем аналоговый, используя сжатие данныхалгоритмы. Другими преимуществами цифровой передачи являются повышенная помехоустойчивость , а также большая гибкость и вычислительная мощность интегральных схем цифровой обработки сигналов .

  • Передатчик с искровым разрядником Гульельмо Маркони , с которым он провел первые эксперименты по практической радиотелеграфной связи с кодом Морзе в 1895-1897 гг.

  • Радиотелеграфный передатчик с искровым разрядником большой мощности в Австралии около 1910 года.

  • Дуговый передатчик Poulsen ВМС США мощностью 1 МВт, который генерировал непрерывные волны с помощью электрической дуги в магнитном поле, технология использовалась в течение короткого периода с 1903 года до появления электронных ламп в 20-х годах.

  • Alexanderson генератор , огромная вращающаяся машина не используется в качестве радиопередатчика при очень низкой частоте примерно от 1910 до Второй мировой войны 2

  • Один из первых ламповых AM- радиопередатчиков, построенный Ли Де Форестом в 1914 году. Справа видна одна из первых ламп Audion ( триодная ).

  • Один из первых передатчиков BBC, начало 1920-х годов, Лондон. Четыре триодные лампы, соединенные параллельно, чтобы сформировать генератор, производили около 4 киловатт каждая при 12 тысячах вольт на анодах.

  • Первый экспериментальный FM-передатчик W2XDG Армстронга в Эмпайр-стейт-билдинг , Нью-Йорк, использовался для секретных испытаний в 1934–1935 годах. Он передавал на частоте 41 МГц при мощности 2 кВт.

  • Узел передатчика радара управления воздушным движением мощностью 20 кВт, 9,375 ГГц , 1947 год. Магнетронная трубка, установленная между двумя магнитами (справа), производит микроволны, которые проходят из апертуры (слева) в волновод, который направляет их к параболической антенне.

См. Также [ править ]

  • Список сайтов передачи
  • Конструкция радиопередатчика
  • Повторитель
  • Передающая станция
  • Транспозитор
  • Телевизионный передатчик

Ссылки [ править ]

  1. ^ Serway, Раймонд; Фаун, Джерри; Вуилле, Крис (2008). Физика колледжа, 8-е изд . Cengage Learning. п. 714. ISBN 978-0495386933.
  2. ^ a b Эллингсон, Стивен В. (2016). Радиотехника . Издательство Кембриджского университета. С. 16–17. ISBN 978-1316785164.
  3. ^ Баланис, Константин А. (2005). Теория антенн: анализ и конструкция, 3-е изд . Джон Вили и сыновья. С.  10 . ISBN 9781118585733.

Внешние ссылки [ править ]

  • Международный союз электросвязи
  • Страница Джима Хокинса о радио- и радиовещательных технологиях
  • Технический сайт передатчиков WCOV-TV
  • Основные телевизионные передатчики Великобритании, включая изменение групповой информации, см. Раздел «Планирование передатчиков».
  • Подробная информация о передатчиках цифрового телевидения Великобритании