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 ]
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 .
Операция [ править ]
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 ]
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 ]
- ^ Serway, Раймонд; Фаун, Джерри; Вуилле, Крис (2008). Физика колледжа, 8-е изд . Cengage Learning. п. 714. ISBN 978-0495386933.
- ^ a b Эллингсон, Стивен В. (2016). Радиотехника . Издательство Кембриджского университета. С. 16–17. ISBN 978-1316785164.
- ^ Баланис, Константин А. (2005). Теория антенн: анализ и конструкция, 3-е изд . Джон Вили и сыновья. С. 10 . ISBN 9781118585733.
Внешние ссылки [ править ]
Найдите передатчик в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- 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