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 заряжает 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 .
- Радиочастотный усилитель (РЧ) для увеличения мощности сигнала и 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. Современные конструкции более широко использовать генератор на рабочей частоте , который стабилизирован путем фазовой синхронизации с очень стабильной ссылкой более низких частот, как правило , 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). Несмотря на то, что 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 кнопку телеграфа.который включал и выключал передатчик, чтобы производить импульсы радиоволн, записывающих текстовые сообщения азбукой Морзе . Эти передатчики с искровым разрядником использовались в течение первых трех десятилетий развития радио (1887–1917), 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 .
Гульельмо Маркони «S искровой промежуток передатчика , с которым он выполнил первые эксперименты в практической радиосвязи в 1895-1897
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
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 Уайли 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
| vтеТелекоммуникации | ||
|---|---|---|
| История |
| |
| Пионеры |
| |
| Передача средств массовой информации |
| |
| Топология сети и коммутация |
| |
| Мультиплексирование |
| |
| Концепции |
| |
| Типы сети |
| |
| Известные сети |
| |
| Расположение (по регионам) |
| |
| ||
Категория
Контур
Портал
Commons