Pierādīts, ka elektromagnētisko enerģiju var nosūtīt kosmosā radioviļņu veidā, kas pārvietojas pa atmosfēru ar aptuveni gaismas ātrumu. Šis atklājums palīdzēja izstrādāt radiosakaru principus, kas tiek izmantoti arī mūsdienās. Turklāt zinātnieks pierādīja, ka radioviļņiem ir elektromagnētisks raksturs, un to galvenā īpašība ir frekvence, kurā enerģija svārstās starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem. Frekvence hercos (Hz) ir saistīta ar viļņa garumu λ, kas ir attālums, ko radioviļņs veic vienas svārstības laikā. Tādējādi tiek iegūta šāda formula: λ = C/F (kur C ir vienāds ar gaismas ātrumu).

Radiosakaru principi ir balstīti uz informāciju nesošu radioviļņu pārraidi. Tie var pārraidīt balss vai digitālos datus. Lai to izdarītu, radiostacijai jābūt:

Ierīce informācijas apkopošanai elektriskā signālā (piemēram, mikrofons). Šo signālu sauc par bāzes joslu parastajā audio diapazonā.

Modulators informācijas ievadīšanai signāla frekvenču joslā izvēlētajā

Raidītājs, signāls, kas to nosūta uz antenu.

Antena, kas izgatavota no noteikta garuma elektriski vadoša stieņa, kas izstaros elektromagnētisko radioviļņu.

Signāla pastiprinātājs uztvērēja pusē.

Demodulators, kas spēs atjaunot sākotnējo informāciju no saņemtā radio signāla.

Visbeidzot, ierīce pārraidītās informācijas reproducēšanai (piemēram, skaļrunis).

Mūsdienu radiosakaru princips tika iecerēts pagājušā gadsimta sākumā. Tajā laikā radio tika izstrādāts galvenokārt balss un mūzikas pārraidīšanai. Bet ļoti drīz kļuva iespējams izmantot radiosakaru principus, lai pārraidītu sarežģītāku informāciju. Piemēram, piemēram, teksts. Tas noveda pie Morzes telegrāfa izgudrošanas.

Balss, mūzikas vai telegrāfa kopīgs ir tas, ka tiek kodēta pamatinformācija, ko raksturo amplitūda un frekvence (Hz). Cilvēki var dzirdēt skaņas diapazonā no 30 Hz līdz aptuveni 12 000 Hz. Šo diapazonu sauc par audio spektru.

Radiofrekvenču spektrs ir sadalīts dažādos spektros, no kuriem katram ir specifiskas īpašības attiecībā uz emisiju un vājināšanu atmosfērā. Tālāk tabulā ir aprakstītas sakaru lietojumprogrammas, kas darbojas vienā vai citā diapazonā.

LF grupa	no 30 kHz	līdz 300 kHz	Galvenokārt izmanto lidmašīnām, bākugunīm, navigācijai un informācijas pārraidei.
FM josla	no 300 kHz	līdz 3000 kHz	Izmanto ciparu apraidei.
HF diapazons	no 3000 kHz	līdz 30000 kHz	Šis diapazons ir plaši piemērots vidēja un liela attāluma zemes radio sakariem.
VHF josla	no 30000 kHz	līdz 300 000 kHz	VHF parasti izmanto zemes radio apraidei un sakariem starp kuģiem un lidmašīnām.
UHF josla	no 300 000 kHz	līdz 3000000 kHz	Šis spektrs nodrošina satelītu pozicionēšanas sistēmu, kā arī mobilo tālruņu darbību.

Mūsdienās ir grūti iedomāties, ko cilvēce darītu bez radio sakariem, kas ir atraduši savu pielietojumu daudzās mūsdienu ierīcēs. Piemēram, radio un televīzijas principi tiek izmantoti mobilajos tālruņos, klaviatūrās, GPRS, Wi-Fi, bezvadu datortīklos un tā tālāk.

Biļetes numurs 20

Elektromagnētiskie viļņi un

to īpašības. Radiosakaru principi un

to praktiskie piemēri

izmantot

Atbildes plāns

1. Definīcija. 2. Notikuma nosacījums. 3. Elektromagnētisko viļņu īpašības. 4. Atvērta svārstību ķēde. 5. Modulācija un noteikšana.

Angļu zinātnieks Džeimss Maksvels, pētot Faradeja eksperimentālo darbu par elektrību, izvirzīja hipotēzi, ka dabā pastāv īpaši viļņi, kas spēj izplatīties vakuumā.

Maksvels nosauca šos viļņus elektromagnētiskie viļņi. Saskaņā ar Maksvela idejām: mainoties elektriskajam laukam, rodas virpuļmagnētiskais lauks un, gluži pretēji,Ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā laukā rodas virpuļveida elektriskais lauks. Sāktajam magnētisko un elektrisko lauku savstarpējās ģenerēšanas procesam ir jāturpinās nepārtraukti un jāietver arvien jauni apgabali apkārtējā telpā (31. att.). Elektrisko un magnētisko lauku savstarpējās ģenerēšanas process notiek savstarpēji perpendikulārās plaknēs. Maiņstrāvas elektriskais lauks rada virpuļmagnētisko lauku, mainīgs magnētiskais lauks rada virpuļelektrisko lauku.

Elektriskie un magnētiskie lauki var pastāvēt ne tikai vielā, bet arī vakuumā. Tāpēc vajadzētu būt iespējai izplatīt elektromagnētiskos viļņus vakuumā.

Nosacījums gadījumam Elektromagnētiskie viļņi ir elektrisko lādiņu paātrināta kustība. Tādējādi magnētiskā lauka izmaiņas notiek, mainoties strāvai vadītājā, un strāvas izmaiņas notiek, mainoties lādiņu ātrumam, t.i., kad tie pārvietojas ar paātrinājumu. Pēc Maksvela aprēķiniem, elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumam vakuumā jābūt aptuveni vienādam ar km/s.

Fiziķis Heinrihs Hercs bija pirmais, kurš eksperimentāli ieguva elektromagnētiskos viļņus, izmantojot augstfrekvences dzirksteļu spraugu (Herca vibratoru). Hercs eksperimentāli noteica arī elektromagnētisko viļņu ātrumu. Tas sakrita ar Maksvela teorētisko viļņu ātruma definīciju. Vienkāršākie elektromagnētiskie viļņi ir viļņi, kuros elektriskais un magnētiskais lauks veic sinhronas harmoniskas svārstības.

Protams, elektromagnētiskajiem viļņiem ir visas viļņu pamatīpašības.

Viņi paklausa atstarošanas likums viļņi:

Krituma leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi. Pārejot no vienas vides uz otru, tie laužas un pakļaujas refrakcijas likums viļņi: krišanas leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir nemainīga vērtība diviem dotajiem medijiem un ir vienāda ar elektromagnētisko viļņu ātruma attiecību pirmajā vidē pret elektromagnētisko viļņu ātrumu otrais medijs un tiek saukts refrakcijas indekss otrā vide attiecībā pret pirmo.

Elektromagnētisko viļņu difrakcijas parādība, t.i., to izplatīšanās virziena novirze no taisnes, tiek novērota šķēršļa malā vai izejot cauri caurumam. Elektromagnētiskie viļņi spēj iejaukšanās. Interference ir koherentu viļņu spēja pārklāties, kā rezultātā viļņi dažviet viens otru pastiprina, bet citviet atceļ. (Koherentie viļņi ir viļņi, kuru frekvence un svārstību fāze ir identiski.) Elektromagnētiskajiem viļņiem ir dispersija, tas ir, kad elektromagnētisko viļņu vides refrakcijas indekss ir atkarīgs no to frekvences. Eksperimenti ar elektromagnētisko viļņu pārraidi caur divu režģu sistēmu liecina, ka šie viļņi ir šķērsvirzienā.

Kad elektromagnētiskais vilnis izplatās, sprieguma vektori E un magnētiskā indukcija B ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam un savstarpēji perpendikulāri viens otram (32. att.).

Elektromagnētisko viļņu praktiskas izmantošanas iespēju sakaru nodibināšanai bez vadiem 1895. gada 7. maijā demonstrēja krievu fiziķis A. Popovs. Šī diena tiek uzskatīta par radio dzimšanas dienu. Lai veiktu radiosakarus, ir jānodrošina iespēja izstarot elektromagnētiskos viļņus. Ja spoles un kondensatora ķēdē rodas elektromagnētiskie viļņi, tad mainīgais magnētiskais lauks ir saistīts ar spoli, un mainīgais elektriskais lauks ir koncentrēts starp kondensatora plāksnēm. Šādu ķēdi sauc slēgts(33. att., a). Slēgta svārstību ķēde praktiski neizstaro elektromagnētiskos viļņus apkārtējā telpā. Ja ķēde sastāv no spoles un divām plakana kondensatora plāksnēm, tad, jo lielākā leņķī šīs plāksnes ir izvietotas, jo brīvāk elektromagnētiskais lauks izplūst apkārtējā telpā (33. att. b). Atvērtas svārstību ķēdes ierobežojošais gadījums ir plākšņu noņemšana uz spoles pretējiem galiem. Tādu sistēmu sauc atvērta svārstību ķēde(33. att., c). Realitātē ķēde sastāv no spoles un gara vada – antenas.

Izstarotās elektromagnētisko svārstību enerģija (izmantojot nepārtrauktu svārstību ģeneratoru) ar vienādu strāvas svārstību amplitūdu antenā ir proporcionāla svārstību frekvences ceturtajai jaudai. Pie desmitiem, simtiem un pat tūkstošiem hercu frekvencēm elektromagnētisko svārstību intensitāte ir niecīga. Tāpēc radio un televīzijas sakariem tiek izmantoti elektromagnētiskie viļņi ar frekvenci no vairākiem simtiem tūkstošu hercu līdz simtiem megahercu.

Pārraidot runu, mūziku un citus skaņas signālus pa radio, tiek izmantoti dažādi augstfrekvences (nesēja) svārstību modulācijas veidi. Modulācijas būtība slēpjas faktā, ka ģeneratora radītās augstfrekvences svārstības mainās saskaņā ar zemas frekvences likumu. Tas ir viens no radio pārraides principiem. Vēl viens princips ir apgrieztais process - atklāšana. Saņemot radio signālus, ir nepieciešams filtrēt zemfrekvences skaņas vibrācijas no modulētā signāla, ko uztver uztvērēja antena.

Ar radioviļņu palīdzību tālumā tiek pārraidīti ne tikai skaņas signāli, bet arī objekta attēli. Radariem ir liela nozīme mūsdienu flotē, aviācijā un astronautikā. Radara pamatā ir viļņu atstarošanas īpašība no vadošiem ķermeņiem. (Elektromagnētiskie viļņi vāji atstarojas no dielektriķa virsmas, bet gandrīz pilnībā no metālu virsmas.)

Elektromagnētiskie viļņi un

to īpašības. Radiosakaru principi un

to praktiskie piemēri

izmantot

Atbildes plāns

1.Definīcija. 2. Rašanās nosacījums 3. Elektromagnētisko viļņu īpašības. 4.Atvērta svārstību ķēde. 5. Modulācija un noteikšana.

Angļu zinātnieks Džeimss Maksvels, pētot Faradeja eksperimentālo darbu par elektrību, izvirzīja hipotēzi, ka dabā pastāv īpaši viļņi, kas spēj izplatīties vakuumā.

Maksvels nosauca šos viļņus elektromagnētiskie viļņi. Saskaņā ar Maksvela idejām: mainoties elektriskajam laukam, rodas virpuļmagnētiskais lauks un, gluži pretēji, Ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā laukā rodas virpuļveida elektriskais lauks. Sāktajam magnētisko un elektrisko lauku savstarpējās ģenerēšanas procesam ir jāturpinās nepārtraukti un jāietver arvien jauni apgabali apkārtējā telpā (31. att.) Elektrisko un magnētisko lauku savstarpējās ģenerēšanas process notiek savstarpēji perpendikulārās plaknēs. Maiņstrāvas elektriskais lauks rada virpuļmagnētisko lauku, mainīgs magnētiskais lauks rada virpuļelektrisko lauku.

Elektriskie un magnētiskie lauki var pastāvēt ne tikai vielā, bet arī vakuumā. Tāpēc vajadzētu būt iespējai izplatīt elektromagnētiskos viļņus vakuumā.

Protams, elektromagnētiskajiem viļņiem ir visas viļņu pamatīpašības.

Viņi paklausa atstarošanas likums viļņi:

es
Elektromagnētisko viļņu difrakcijas parādība, t.i., to izplatīšanās virziena novirze no taisnvirziena, tiek novērota šķēršļa malā vai izejot cauri caurumam. Elektromagnētiskie viļņi spēj iejaukšanās. Interference ir koherentu viļņu spēja pārklāties, kā rezultātā viļņi dažviet viens otru pastiprina, bet citviet atceļ. (Koherentie viļņi ir viļņi, kuru frekvence un svārstību fāze ir identiski.) Elektromagnētiskajiem viļņiem ir dispersija, tas ir, kad elektromagnētisko viļņu vides refrakcijas indekss ir atkarīgs no to frekvences. Eksperimenti ar elektromagnētisko viļņu pārraidi caur divu režģu sistēmu liecina, ka šie viļņi ir šķērsvirzienā.

Kad elektromagnētiskais vilnis izplatās, sprieguma vektori E un magnētiskā indukcija B ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam un savstarpēji perpendikulāri viens otram (32. att.).

Elektromagnētisko viļņu praktiskas izmantošanas iespēja sakaru nodibināšanai bez vadiem tika demonstrēta 1895. gada 7. maijā. Krievu fiziķis A. Popovs. Šī diena tiek uzskatīta par radio dzimšanas dienu. Lai veiktu radiosakarus, ir jānodrošina iespēja izstarot elektromagnētiskos viļņus. Ja spoles un kondensatora ķēdē rodas elektromagnētiskie viļņi, tad mainīgais magnētiskais lauks ir saistīts ar spoli, un mainīgais elektriskais lauks ir koncentrēts starp kondensatora plāksnēm. Šādu ķēdi sauc slēgts(33. att., a). Slēgta svārstību ķēde praktiski neizstaro elektromagnētiskos viļņus apkārtējā telpā. Ja ķēde sastāv no spoles un divām plakana kondensatora plāksnēm, tad, jo lielākā leņķī šīs plāksnes ir izvietotas, jo brīvāk elektromagnētiskais lauks izplūst apkārtējā telpā (33. att. b). Atvērtas svārstību ķēdes ierobežojošais gadījums ir plākšņu noņemšana uz spoles pretējiem galiem. Tādu sistēmu sauc atvērta svārstību ķēde(33.,c att.). Realitātē ķēde sastāv no spoles un gara vada – antenas.

Izstarotās elektromagnētisko svārstību enerģija (izmantojot nepārtrauktu svārstību ģeneratoru) ar vienādu strāvas svārstību amplitūdu antenā ir proporcionāla svārstību frekvences ceturtajai jaudai. Pie desmitiem, simtiem un pat tūkstošiem hercu frekvencēm elektromagnētisko svārstību intensitāte ir niecīga. Tāpēc radio un televīzijas sakariem tiek izmantoti elektromagnētiskie viļņi ar frekvencēm no vairākiem simtiem tūkstošu hercu līdz simtiem megahercu.

1. TĒMA. RADIOSAKARU PAMATI

Šīs tēmas izpētes mērķis ir iepazīties ar vispārējiem radiosakaru organizēšanas principiem, izpētīt radiosakaru sistēmu strukturālās shēmas, radioraidītāju un radiouztvērēju galveno funkcionālo vienību, kā arī iepazīties ar raiduztvērēja galvenajiem tehniskajiem rādītājiem. ierīces.

1.1. Radiosakaru organizācijas vispārīgie principi

Var rasties jautājums: vai, lai pārraidītu cilvēka runu vai mūziku, izmantojot radioviļņus, ir iespējams pārveidot skaņas vibrācijas elektriskās un pārveidot tās elektromagnētiskos viļņos, izmantojot antenu, un pēc tam pārvērst elektromagnētiskos viļņus atpakaļ skaņas viļņos saņemšanas punktā?

Skaņas vibrācijas, ko uztver cilvēka auss, parasti atrodas frekvenču joslā no 20 līdz 20 000 Hz, t.i. šādas svārstības radīs viļņus ar garumu no 15 000 līdz 15 km. Antenas var efektīvi izstarot elektromagnētiskos viļņus tikai tad, ja to izmēri ir samērojami ar viļņa garumu.

Tomēr pašas augstfrekvences svārstības nenes informāciju. Ir bezjēdzīgi tos sūtīt pa sakaru līniju. Tas ir tikpat bezjēdzīgi kā sūtīt telegrammu ar adresi, bet bez teksta: tā atnāks salīdzinoši ātri, bet tās adresāts nesaņems informāciju.

Tādējādi mūsu rīcībā ir ziņa, kas satur informāciju, bet nespēj sasniegt adresātu. Ir arī augstas frekvences vibrācija, kas atradīs savu adresātu, bet nenesīs viņam informāciju. Kā apvienot nepieciešamās komunikācijas un neinformatīvās vilcināšanās īpašības?

Vienīgais veids ir mēģināt iespiest ziņu uz augstfrekvences svārstībām, t.i. izmantot augstfrekvences vibrācijas tikai kā informāciju saturoša ziņojuma nesēju. Šim nolūkam ir jāmaina viens vai vairāki nesēja vibrācijas raksturlielumi (parametri) atbilstoši ziņojuma izmaiņām. Tad mēs iegūsim augstfrekvences svārstības ar laika mainīgiem parametriem atbilstoši pārraidītā ziņojuma likumam. Aplūkotais process tiek saukts modulācija.

1.1. attēlā parādīta radiosaites vienkāršota blokshēma. Pārraidītā ziņa nonāk devējā (mikrofonā, televīzijas kamerā vai telegrāfa aparātā), kas to pārvērš elektriskā signālā. Pēdējais tiek padots uz radio raidīšanas ierīci, kas sastāv no modulatora (M), nesējfrekvences sintezatora (MF) un modulētās svārstību pastiprinātāja (UMK). Izmantojot modulatoru vienu no augstfrekvences svārstību parametri mainās atbilstoši pārraidītā ziņojuma likumam. Izmantojot antenu (A), raidītāja radiofrekvenču svārstību enerģija tiek izstarota radioviļņu izplatīšanās ceļā.

Uztvērēja galā radioviļņi inducē emf antenā. Radiouztvērēja ierīce, izmantojot selektīvās shēmas (SC), filtrē signālus no traucējumiem un citām radio stacijām. Detektorā (D) notiek apgrieztais modulācijas process - sākotnējā elektriskā signāla atdalīšana no modulētajām svārstībām, kas vadīja radio raidītāju. Ar pārveidotāja palīdzību (skaļrunis, telegrāfa aparāts, televīzijas uztvērējs) elektrisko sakaru signāls tiek pārvērsts ziņojumā, kas tiek piegādāts abonentam.

Aplūkotā radiosaite nodrošina vienvirziena ziņojuma pārraidi, kas ir pieļaujama tikai brīdinājuma dienestos. Vienvirziena radiosakari pēc būtības ir radio apraide, lai gan šajā gadījumā uztveršana notiek nevis vienā, bet daudzos punktos. Pieņemšana daudzos punktos tiek veikta arī ar apļveida pārraidi: rīkojumi tiek nosūtīti daudziem izpildītājiem; ziņas no preses centra tiek pārsūtītas uz laikrakstu redakcijām u.c.

Lai organizētu divvirzienu radiosakarus, katrā punktā jābūt gan raidītājam, gan uztvērējam. Ja pārraide un uztveršana katrā radiostacijā tiek veikta pārmaiņus, tad šādu radiosakaru sauc par simpleksu (1.2. attēls, A). Divvirzienu radio sakari, kuros sakari starp radiostacijām tiek realizēti vienlaicīgi, tiek saukti par dupleksiem (skat. 1.2. att. b).

1.2. attēls – Radiosakaru organizācijas blokshēmas

Izmantojot dupleksos radiosakarus, pārraide vienā un otrā virzienā parasti tiek veikta dažādās nesēja frekvencēs. Tas tiek darīts tā, lai uztvērējs saņemtu signālus tikai no raidītāja no pretējā punkta un nesaņem signālus no sava raidītāja.

Radiosakariem lielos attālumos izmanto radio raidītājus ar jaudu desmitiem un simtiem kilovatu. Tāpēc, lai gan pilndupleksajā komunikācijā uztvērējs ir noregulēts uz citu frekvenci nekā tā raidītājs, jaudīga raidītāja tuvumā ir grūti nodrošināt tā normālu darbību. Pamatojoties uz to, uztvērējs un raidītājs ir jānovieto desmitiem kilometru attālumā viens no otra.

Vienkāršā komunikācija parasti tiek izmantota salīdzinoši nelielu informācijas plūsmu klātbūtnē. Objektiem ar lielu slodzi ir raksturīga dupleksā saziņa.

Ja nepieciešams radio sakari ar lielu objektu skaitu, tad tiek organizēts tā sauktais radio tīkls (1.3. attēls). Viens radio, ko sauc par galveno (MR), var pārraidīt ziņojumus gan vienam, gan vairākiem vergu objektiem. Tā radio operators uzrauga kārtību radio tīklā un nosaka pakārtoto staciju (SR) pārraidīšanas darba kārtību. Pēdējie ar atbilstošu atļauju var apmainīties ar informāciju ne tikai ar GR, bet arī savā starpā. Šo radiotīkla organizēšanas iespēju var veidot, pamatojoties gan uz komplekso simpleksu (1.3. attēls, a), gan uz sarežģītu dupleksu (1.3. attēls, b). Pirmajā gadījumā ir iespējams izmantot kombinētos raiduztvērējus un kopēju darbības radioviļņu (frekvenci). Otrajā gadījumā GR pārraida vienā frekvencē un saņem vairākās (atbilstoši pakārtoto radiostaciju skaitam). Neskatoties uz uztveršanas un pārraides frekvenču atšķirībām, šeit, tāpat kā ar vienkāršu dupleksu, ir nepieciešams novietot uztvērējs un raidītājs atrodas attālumā viens no otra. Pretējā gadījumā raidierīces radīto traucējumu dēļ vienlaicīga ziņojumu saņemšana var kļūt neiespējama.

a – komplekss simplekss; b – kompleksais duplekss.

Lielo industriālo zonu centri ir savienoti ar radiosakaru līnijām ar daudziem punktiem. Šādos apstākļos raidītāji un raidīšanas antenas atrodas radiostacijā, ko sauc par raidošo radiocentru. Uztvērēji un uztveršanas antenas atrodas uztverošajā radio centrā.

Procesi elektroenerģijas struktūrās, uz elektrificētiem dzelzceļiem, elektroinstalācijās un sadzīves elektroierīcēs, no kurām daudzas ir sastopamas pilsētās, ir saistītas ar elektromagnētisko viļņu emisiju. Tā kā šīs emisijas var traucēt radio uztveršanu, uztverošais radiocentrs parasti atrodas tālāk no apdzīvotām vietām un dzelzceļiem. Lai savienotu ziņojumu avotus ar radio raidītājiem un radio uztvērējiem un uzraudzītu radiosakaru kvalitāti pilsētās, ir aprīkots radio birojs.

1.2 Radio raidīšanas ierīces

Radioraidītāja galvenās funkcionālās vienības. Radioraidītāja shēma un konstrukcija ir atkarīga no dažādiem faktoriem: mērķa, darbības viļņu diapazona, jaudas utt. Tomēr ir iespējams identificēt dažus tipiskus blokus, kas ar noteiktām variācijām ir sastopami lielākajā daļā raidītāju.

Raidītāja struktūru (1.4. attēls) nosaka tā galvenās vispārīgās funkcijas, kas ietver:

nepieciešamās frekvences un jaudas augstfrekvences svārstību iegūšana;
augstfrekvences svārstību modulācija ar pārraidītā signāla palīdzību;
filtrējošās harmonikas un citas vibrācijas, kuru frekvences ir ārpus vajadzīgās starojuma joslas un var traucēt citām radiostacijām;
vibrāciju starojums caur antenu.

Sīkāk apskatīsim prasības atsevišķām radioraidītāja funkcionālajām vienībām.

Augstas frekvences ģenerators, ko bieži sauc iestatījumu vai atsauces oscilators, kalpo augstfrekvences svārstību radīšanai, kuru frekvence atbilst augstajām radioraidītāju precizitātes un frekvences stabilitātes prasībām.

Sintezators pārvērš atsauces oscilatora svārstību frekvenci, kas parasti ir nemainīga, jebkurā citā frekvencē, kas pašlaik nepieciešama radio sakariem vai apraidei. Frekvences stabilitātei šīs pārveidošanas laikā nevajadzētu būtiski pasliktināties. Dažos gadījumos frekvenču sintezators nav nepieciešams, piemēram, ja ģenerators tieši rada vajadzīgās frekvences svārstības. Tomēr ar sintezatoru ir vieglāk nodrošināt nepieciešamo augstu precizitāti un frekvences stabilitāti, jo, pirmkārt, tas darbojas zemākā frekvencē, pie kuras ir vieglāk nodrošināt nepieciešamo stabilitāti; otrkārt, tas darbojas fiksētā frekvencē. Turklāt modernie sintezatori ir aprīkoti sintezētās frekvences attālinātai vai automātiskai vadībai, kas atvieglo kopējo raidītāja automatizāciju.

Starpposma pastiprinātājs augsta frekvence pēc sintezatora ir nepieciešama šādu iemeslu dēļ:

pateicoties starpposma pastiprinātājam ar pietiekami lielu pastiprinājumu, no atsauces oscilatora un sintezatora nav nepieciešama ievērojama jauda;
Starpposma pastiprinātāja izmantošana starp sintezatoru un jaudīgu pastiprinātāju vājina iespējamo regulējumu ietekmi uz ģeneratoru un sintezatoru raidītāja jaudīgajos posmos un antenā.

Pastiprinātājs(viņu sauc ārēji ierosināts ģenerators) palielina radiosignāla jaudu līdz līmenim, ko nosaka radiosakaru sistēmas prasības. Galvenā prasība jaudas pastiprinātājam ir nodrošināt augstu ekonomisko veiktspēju, jo īpaši efektivitāti.

Izejas ķēde kalpo pastiprināto svārstību pārraidīšanai uz antenu, augstfrekvences svārstību filtrēšanai un jaudīga gala pastiprinātāja izejas saskaņošanai ar antenu, t.i. nodrošināt apstākļus maksimālai jaudas pārnesei.

Modulators kalpo, lai modulētu raidītāja augstfrekvences nesēja svārstības ar pārraidīto signālu. Lai to paveiktu, modulators atkarībā no raidītāja īpašībām un modulācijas veida (amplitūda, frekvence, vienas sānjoslas utt.) iedarbojas uz vienu vai vairākiem blokiem no tiem blokiem, kas 1.4. attēlā apzīmēti ar punktētām līnijām. Piemēram, frekvences modulāciju var iegūt frekvenču sintezatorā vai (retāk) augstfrekvences ģeneratorā; amplitūdas modulāciju iegūst, iedarbojoties uz jaudīgu un starpposma pastiprinātāju.

Barošanas ierīce nodrošina piegādi visiem strāvu un spriegumu blokiem, kas nepieciešami to sastāvā esošo tranzistoru, lampu un citu elektronisko elementu, kā arī automātiskās vadības sistēmu, avārijas aizsardzības ierīču un citu palīgķēžu un ierīču normālai darbībai. Barošanas sistēmā ir taisngrieži, elektrisko mašīnu ģeneratori ar iekšdedzes dzinējiem, akumulatori, zema līdzstrāvas sprieguma invertori (pārveidotāji) uz augstāku vai otrādi, transformatori, komutācijas iekārtas, rezerves barošanas avoti un ierīces automātiskai pārejai no galvenā avota. uz rezerves vienu kļūmju gadījumā utt. .P.

1.4. attēlā nav parādītas daudzas palīgierīces, kas ietilpst raidītājā (īpaši jaudīgā), piemēram, automātiskās un tālvadības pultis; instrumenti, tālvadības pultis un signalizācijas ierīces; aizsardzības un bloķēšanas ierīces, kas izslēdz augstsprieguma ķēdes avārijas apstākļos vai apdraudot apkalpojošo personālu u.c.

Kilometra, hektometra un dekametra viļņu garuma diapazona radio raidītāji parasti atrodas grupās īpašos uzņēmumos - raidīšanas radiostacijās. Ja ir liels skaits raidītāju, tiek izsauktas radiostacijas radio centri. Metra un decimetra viļņu radio apraides raidītāji, kā likums, atrodas kopā ar televīzijas apraides raidītājiem. Sakaru uzņēmumus, kuros uzstādīti šie raidītāji, sauc par radio un televīzijas raidstacijām (centriem).

Radioraidītāju tehniskie parametri. Radio raidītāja galvenie rādītāji ietver: viļņu diapazonu, jaudu, efektivitāti, pārraidīto signālu veidu un kvalitāti.

Atbilstoši viļņu klasifikācijai izšķir kilometru, hektometru, dekametru un citus viļņu raidītājus. Atbilstošās konstrukcijas iezīmes ir saistītas ar šo atšķirību, jo svārstību ķēžu konstrukcijas un pastiprinošo elementu veidi dažādos diapazonos ir atšķirīgi. Raidītājs var darboties ar vienu vai vairākiem tam piešķirtiem fiksētiem viļņu garumiem, vai arī to var noregulēt uz jebkuru viļņa garumu nepārtrauktā viļņu joslā.

Raidītāja jauda parasti definē kā maksimālo augstfrekvences jaudu, kas tiek piegādāta antenai, ja nav modulācijas, ar nepārtrauktu starojumu. Tomēr ar šo raksturlielumu nepietiek, lai novērtētu radio raidītāja jaudu. Fakts ir tāds, ka radiosakaru tehnoloģijā bieži nākas saskarties ar signāliem, kuru spriegums svārstās ļoti plašā diapazonā un salīdzinoši īsā laika periodā var iegūt vairākas reizes augstākas vērtības nekā vidējais līmenis. Tipisks šāda režīma piemērs ir radara raidītājs, kas izstaro impulsus, kuru ilgums ir aptuveni 1 μs, kas atdalīti ar aptuveni 1 ms intervāliem, t.i. 1000 reižu ilgāk. Ja, projektējot raidītāju, tiktu aprēķināts, ka šo emisiju momentos starojuma jauda atbilstu nominālajai jaudai, tad faktiskā vidējā starojuma jauda būtu daudzkārt mazāka. Raidītājs tiktu izmantots daudz vājāk par tā iespējām, un, ja būtu nepieciešams nodrošināt lielāku radio diapazonu, būtu jāizmanto daudz lielākas jaudas raidītājs.

Radio apraides sistēmās laika intervāli, kuros svārstību amplitūda sasniedz maksimālās vērtības, parasti aizņem lielāko daļu no kopējā raidītāja darbības laika (piemēram, 10-20%), to ilgums sasniedz desmitus milisekundēs, taču arī šajā gadījumā ir iespējama aprakstītā raidītāja pagaidu pastiprināšana, lai gan mazākā mērā.

Saskaņā ar iepriekš minēto raidītāja jaudu papildus maksimālās jaudas rādītājam nepārtrauktas darbības laikā raksturo vērtības virsotne jaudu, ko var nodrošināt ierobežotu laika periodu. Piemēram, ja vidējā raidītāja jauda nepārtrauktas darbības laikā ir 100 kW, tad tā var sasniegt pat 200 kW, ja impulsu ilgums nepārsniedz intervālus starp tiem.

Radio raidītāja svarīgākie rādītāji ir stabilitāte frekvenci, ko tā izstaro, un līmenī viltus emisijas. Fakts ir tāds, ka, ja tiek stingri ievērota dotajam raidītājam piešķirtā signāla frekvence, uztvērējs, kas noregulēts uz šo frekvenci, sāk uztvert pārraidītos signālus tūlīt pēc ieslēgšanas, neprasot regulēšanu; tas veicina radiosakaru lietošanas ērtumu un augstu uzticamību, kā arī atvieglo iekārtu automatizāciju. Turklāt radiosakariem un apraidei izmantotie frekvenču diapazoni ir pārpildīti ar signāliem no vienlaicīgi strādājošām radiostacijām, tādēļ, ja kāda raidītāja frekvence atšķiras no atļautās vērtības, tas var pietuvoties cita raidītāja frekvencei, kas radīs traucējumus raidītāja darbībā. tā signālu uztveršana.

Saskaņā ar esošajiem starptautiskajiem standartiem novirze no raidītāja nominālās frekvences radio sakariem pie hektometra viļņiem nedrīkst pārsniegt 0,005%; Apraides raidītājiem frekvences novirze šajā diapazonā nedrīkst pārsniegt 10 Hz. Pie dekametra viļņiem pieļaujamā frekvences nestabilitāte raidītājiem, kuru jauda ir lielāka par 0,5 kW, ir 15·10 - 6, kas atbilst diapazonā no 4 līdz 30 MHz līdz absolūtai frekvences nogriešanai no 60 līdz 450 Hz. Dažām radiosakaru sistēmām pēc to konstrukcijas ir nepieciešama frekvenču stabilitāte, kas ir ievērojami labāka par noteiktajiem standartiem.

Harmoniskie starojumi raidītāja (harmonikas) ir emisijas frekvencēs, kas vesels skaits reižu pārsniedz raidītā radiosignāla frekvenci.

Ir zināms, ka, piemēram, darbojoties nelineārā ķēdē, divi EML ar frekvencēm f 1 un f 2, strāvas spektrs papildus komponentiem ar šīm frekvencēm un to harmonikām satur arī komponentus ar frekvencēm šādā formāmf 1 ±nf 2 kur T Un P– veseli skaitļi. Šī parādība ir savstarpējas modulācijas pamatā; tas ir saistīts ar to, ka raidītājā ir elementi ar nelineāriem raksturlielumiem, galvenokārt tranzistori vai vakuuma lampas.

Neīsto emisiju intensitāti raksturo raidītāja antenas atbilstošo svārstību jauda. Piemēram, saskaņā ar pašreizējiem starptautiskajiem standartiem radio raidītājiem frekvencēs līdz 30 MHz jābūt neīsto izstarojumu jaudai, kas nav mazāka par 10 000 reižu (40 dB) mazāka par galvenā starojuma jaudu un ne vairāk kā 50 mW.

Indikatori, kas nosaka apraides signāla pārraides kvalitāti (elektroakustiskie indikatori), principā neatšķiras no līdzīgiem elektriskā apraides kanāla parametriem, kas ir dabiski, jo raidītājs ir daļa no kanāla - sekundārais sadales ceļš.

Zināma atšķirība ir tikai tajā apstāklī, ka šie indikatori tiek normalizēti un mērīti attiecībā pret signāla līmeni, kas atbilst noteiktam signāla modulācijas koeficientam ar frekvenci 1000 Hz. Pieļaujamajai amplitūdas-frekvences reakcijas novirzei šis koeficients ir 50%.

Harmonisko koeficientu nosaka pie modulācijas koeficienta 50, 90 un arī 10%, kas ir saistīts ar īpašu izkropļojumu klātbūtni raidītāja modulatorā, piemēram, divvirzienu apgriešana, kas ir pamanāma pie augsta modulācijas koeficienta, un centrālais nogrieznis, pamanāms pie zema modulācijas koeficienta. Imunitāte pret integrētiem traucējumiem un psosometriskiem trokšņiem tiek mērīta attiecībā pret modulējošā signāla līmeni, kas atbilst 100% modulācijai. Operatīvie darbinieki bieži lieto terminu trokšņa līmenis, ko mēra decibelos attiecībā pret modulējošā signāla līmeni ar frekvenci 1000 Hz, kas atbilst modulācijas koeficientam 100%. Skaitliski tas ir vienāds ar integrālo traucējumu aizlieguma vērtību, kas ņemta ar mīnusa zīmi.

1.3 Radio uztvērēji

Radiouztvērēju ierīču mērķis un klasifikācija.

Radio uztvērējus izmanto radio sakariem, skaņai un televīzijas apraide, radionavigācija, radars, radio, televīzijas vadība utt. Radiouztvērējai ierīcei jāsatur visas nepieciešamās sastāvdaļas, lai veiktu šādus procesus:

no visas antenā ar ārējiem elektromagnētiskiem laukiem radīto elektrisko svārstību kopuma atdalot signālu no vēlamā radio raidītāja;
augstfrekvences signāla pastiprināšana;
atklāšana, t.i. augstfrekvences modulēta signāla pārveidošana strāvā, kas mainās atbilstoši modulācijas likumam;
atklātā signāla pastiprināšana.

Turpmākā signāla pārveidošana ir atkarīga no radio uztvērēja īpašajām īpašībām. Ja, piemēram, uztvērējs paredzēts vienkanāla radiotelefona sakariem vai skaņas vai televīzijas apraidei, tad saņemtais signāls pēc pastiprināšanas tiek pārveidots skaņā un attēlā, izmantojot telefonu, skaļruni un televīzijas uztvērēju.

Ja uztvērējs paredzēts daudzkanālu radiosakariem, tad uztvertais un pastiprinātais signāls tiek piegādāts gala ierīcei, kurā signāli tiek atdalīti atsevišķos kanālos un, ja nepieciešams, notiek papildu apstrāde.

Pašlaik izmantotie radioaparāti tiek iedalīti profesionālajos un mājsaimniecības aparātos. Pirmie paredzēti izmantošanai radiosakaru līnijās un dažādu navigācijas, telemetrijas un citu speciālu uzdevumu risināšanai. Pēdējie tiek izmantoti skaņas un televīzijas apraides programmu uztveršanai.

Radio uztveršanas ierīces var klasificēt:

pēc darba veida (radiotelefons, radiotelegrāfs, televīzija, radionavigācija, radars u.c.);
pēc modulācijas veida (ar amplitūdas modulāciju (AM), frekvences modulāciju (FM), vienas sānjoslas amplitūdas modulāciju (SBA) utt.);
pēc saņemto signālu viļņa garuma (kilometrs, hektometrs, dekametrs utt.);
uzstādīšanas vietā (stacionāra, pārnēsājama, lidmašīna, automašīna utt.);
atbilstoši barošanas ķēdei (no līdzstrāvas un maiņstrāvas tīkliem).

Radiouztvērēju pamatrādītāji. Radio uztvērēju veiktspēju nosaka to mērķis. Dažādu veidu radioaparātiem tie var atšķirties.

Jutīgums raksturo uztvērēja spēju uztvert vājus signālus. To parasti novērtē pēc zemākās EMF vērtības vai radio signāla jaudas antenā, pie kuras ir iespējama stabila uztveršana ar normālu signāla reproducēšanu bez nepieņemamiem traucējumu radītiem traucējumiem.

Uztvērēju jutīgums atkarībā no to mērķa var būt ļoti atšķirīgs. Tādējādi apraides uztvērēju jutība ir 50-300 µV diapazonā atkarībā no kvalitātes klases. Radara uztvērēju jutība ir aptuveni 10 - 12 -10 - 15 W. Uztvērējiem ar ferīta antenu tiek izmantots lauka intensitātes jutības jēdziens. Tā vērtība ir no 0,3 līdz 5 mV/m.

Augstu jutību var praktiski realizēt tikai tad, ja ārējo traucējumu vai iekšējā trokšņa līmenis uztvērēja izejā ir vairākas reizes zemāks par signāla līmeni. Tāpēc dažāda veida uztvērēji jāraksturo ne tikai ar to jutību, bet arī ar tā saukto reālo jutību, kas tiek saprasta kā minimālais EMF antenā, kas nodrošina ne tikai normālu izejas jaudu, bet arī zināmu pārpalikumu signāla līmenis pārsniedz ārējo traucējumu vai paštrokšņa līmeni.

Selektivitāte (selektivitāte) Radio uztvērējs ir tā spēja atšķirt uztvertās stacijas signālu no dažādiem signāliem, kas atšķiras pēc frekvences. Saskaņā ar to uztvērēja selektivitāte tiek novērtēta kā signālu relatīvā vājināšanās no svešām radio stacijām, kas darbojas dažādos viļņos, attiecībā pret uztvertā raidītāja signāliem, uz kuriem uztvērējs ir noregulēts. Selektivitāti galvenokārt veic uztvērējā iekļautās svārstību ķēdes un filtri.

1.5. attēls. Lai izskaidrotu radio uztvērēja selektivitāti.

Selektivitātes jēdziens ir izskaidrots 1.5. attēlā, kurā parādīts trīs radiostaciju frekvenču spektrs, no kurām divas galējās mēs uzskatām par traucējumiem. No 1.5. attēla ir skaidrs, ka, ja uztvērēja filtriem ir taisnstūrveida frekvences reakcija, blakus esošās (traucējošās) radiostacijas neradīs signālu pie tā izejas (1.5. b attēls). Ja filtra frekvences reakcija ir tālu no ideāla, tad tā izejā papildus noderīgai Nebūs dzirdams signāls, būs dzirdami traucējumi (1.5. c attēls).

Protams, vislielākās grūtības ir samazināt traucējumus no svešiem signāliem, kas ir vistuvāk frekvencei, t.i. signālus no blakus esošā frekvenču kanāla. Tāpēc, lai novērtētu uztvērēja kvalitāti, vienmēr tiek noteikta tā selektivitāte attiecībā pret blakus kanāla traucējumiem.

1.6. attēls – uztvērēja rezonanses raksturlielums.

Kā pirmais tuvinājums, selektivitātes kvantitatīvs novērtējums var izdarīt, izmantojot uztvērēja rezonanses raksturlielumu, kas attēlo pastiprinājuma atkarību no antenas svārstību frekvences. Pateicoties oscilācijas ķēžu un filtru izmantošanai, rezonanses raksturlielums, noskaņojot uztvērēju jebkurai signāla frekvencei, ir līdzīgs 1.6. attēlā redzamajam. Frekvences traucējumu selektivitātefc ir definēts kā šajā gadījumā

Kur K 0 – pastiprinājums pie regulēšanas frekvences; K p – pastiprinājums frekvencēf P .

Selektivitāti ir ērti noteikt decibelos:

Tā kā pārraidītajam ziņojumam ir noteikta frekvenču josla, vēl viena tikpat svarīga uztvērēja funkcija ir augstfrekvences signāla uztveršana ar visām tā blakusfrekvencēm, t.i. noteiktas frekvenču joslas vienlaicīga uztveršana. Šajā gadījumā ir nepieciešams, lai attiecības starp signāla spektra komponentu amplitūdām paliktu nemainīgas. Pēdējo var panākt tikai ar pastāvīgu uztvērēja jutību noteiktā frekvenču joslā. Tāpēc ir skaidrs, ka uztvērēja ideālajai amplitūdas frekvences reakcijai (AFC) jābūt taisnstūrveida. Ar šo formu uztvērējs vienādi saņem lietderīgā signāla sānu frekvenču spektru, t.i. šādas ierīces joslas platums ir skaidri definēts kā 2 f . Tajā pašā laikā uztvērējam ar šādu frekvences reakciju būtu ideāla selektivitāte, jo tas nepalaistu garām signālus no traucējošām stacijām un traucējumus, kuru frekvences atšķiras f.

Reāla uztvērēja frekvences reakcija atšķiras no taisnstūrveida. Šajā gadījumā caurlaides josla ir frekvences apgabals, kurā spektrs ir novājināts saņemtās vibrācijas nepārsniedz noteikto vērtību. Tiek uzskatīts, ka kropļojumi nebūs pamanāmi ausij, ja frekvences reakcijas nevienmērība caurlaides joslā nepārsniegs 3 dB. Tas atbilst līmenim. Tieši šajā līmenī tiek mērīts joslas platums. Ķēdes frekvences īpašības var norādīt ar tās kvalitātes koeficientu.

Saņemtā signāla reproducēšanas kvalitāte ir atkarīga no dažāda veida signāla kropļojumiem atsevišķos uztvērēja posmos. Šie kropļojumi ietver frekvenci, fāzi un nelineārus. Saņemtā signāla kvalitāti ietekmēs arī dažāda veida traucējumi: atmosfēras, rūpnieciskie, blakus esošo frekvenču raidītāju traucējumi un VHF joslās - paša uztvērēja troksnis.

Radiouztvērēju blokshēmas. Pašlaik tiek izmantoti tiešās pastiprināšanas, reģeneratīvie, superreģeneratīvie, superheterodīna uztvērēji ar vienas un dubultās frekvences pārveidi. Ļaujiet mums sīkāk apsvērt tiešā pastiprinājuma un superheterodīna uztvērēja strukturālās shēmas. 1.7. attēlā parādīta tiešā pastiprinājuma uztvērēja blokshēma.

Attēls 1.7 Tiešā pastiprinājuma uztvērēja blokshēma

Ievades ķēde (IC) izvēlas noderīgo signālu no visa antenā izraisīto svārstību kopuma no dažādiem radio raidītājiem un citiem elektromagnētisko svārstību avotiem un vājina traucējošos signālus. Radiofrekvences pastiprinātājs (RFA) pastiprina noderīgos signālus, kas nāk no ievades ķēdes, un nodrošina turpmāku signālu vājināšanos no traucējošām stacijām. Detektors (D) pārveido modulētās radiofrekvences svārstības par svārstībām, kas atbilst pārraidītajam ziņojumam: audio, telegrāfs utt. Zemfrekvences pastiprinātājs (LF) pastiprina noteikto signālu spriegumā un jaudā līdz vērtībai, kas ir pietiekama, lai darbinātu gala ierīci (skaļruni). , relejs, uztverošā televīzijas caurule utt.). Gala ierīce (OU) pārvērš elektriskos signālus sākotnējā informācijā (skaņā, gaismā, burtos utt.).

Tiešā pastiprinājuma uztvērējs nevar nodrošināt labu selektivitāti un augstu jutību, īpaši di apa īso un ultraīso viļņu zonas. Tas ir tāpēc, ka, palielinoties frekvencei, palielinās rezonanses ķēdes joslas platums. Tādējādi vienas ķēdes joslas platums 2f un viņa labā kvalitāte J ir saistīti ar attiecību , kurf Ar – saņemtā signāla frekvence.

Augstās frekvencēs palielinās ķēdes joslas platums, un papildus noderīgajam signālam ķēde pārraidīs traucējumus.

Ņemiet vērā, ka ir gandrīz neiespējami izveidot tiešā pastiprinājuma uztvērēja selektīvu ķēdi ar taisnstūrveida vai pat tuvu tam raksturlielumu, jo šai ķēdei jābūt noskaņojamai. Filtri, kas nodrošina taisnstūra raksturlielumus. - tās ir vairāku ķēžu sistēmas, kuras nevar regulēt ar vienu regulēšanas pogu. Šajā sakarā tiešā pastiprinājuma uztvērējam ir slikta selektivitāte.

Superheterodīna uztvērējs ir brīvs no šiem trūkumiem (1.8. attēls). Tās atšķirīgā iezīme ir frekvences pārveidotāja izmantošana, kas sastāv no maisītāja (C) un lokālā oscilatora (G). Pārveidotāja izejā mēs iegūstam starpfrekvenci, ko vēl vairāk pastiprina starpfrekvences pastiprinātājs (IFA).

1.8. attēls – Superheterodīna uztvērēja blokshēma.

Frekvences pārveidotājs ir ierīce, kas paredzēta signāla spektra pārsūtīšanai no viena frekvenču apgabala uz citu, nemainot amplitūdas un fāzes attiecības starp spektra sastāvdaļām. Tā kā šādas pārraides laikā signāla spektra forma nemainās, nemainīsies arī signāla modulācijas likums. Mainās tikai signāla nesējfrekvences vērtība f Ar , kas kļūst vienāda ar kādu pārveidotu frekvencif utt.

Frekvences pārveidotājam papildus signāla spriegumam ar frekvenci f ar, spriegums tiek piegādāts lokālajam oscilatoram (mazjaudas pašoscilatoram) ar frekvencif G . Šiem spriegumiem mijiedarbojoties frekvences pārveidotājā, rodas dažādu kombinēto frekvenču sastāvdaļas, no kurām tiek izmantota tikai viena. Parasti izmantotais komponents irf pr = f G - f Ar.

Praksē nozīme f utt parasti mazāka par signāla nesējfrekvencif Ar , bet lielāka par modulējošā signāla frekvenci F c .

Kopš pārveidotās frekvences f utt ieņem starpvērtību starpf s un F s , tad to sauc par starpfrekvenci.

Nosaukums superheterodīns ir salikts (super+heterodīns), kurā vārds heterodīns norāda uz superheterodīna uztvērējiem raksturīgo heterodīna kaskādi. Šis posms ir frekvences pārveidotāja neatņemama sastāvdaļa. Prefikss super nozīmē, ka superheterodīna uztvērējos pārveidotā frekvence f utt atrodas frekvenču diapazonā virs (super) modulācijas frekvences F c .

Radiosignāla nesējfrekvences pārvēršana starpfrekvencē uzlabo blakus esošo radiosakaru kanālu filtrēšanu. Piemēram, ļaujiet antenai būt signālu emf ar nesējfrekvenci f 1 = 20 MHz (vēlamais signāls) unf 2 = 20,2 MHz. Relatīvā frekvenču atšķirība starp stacijām . RF ķēde ir kvalitātes koeficients 20-50, t.i. relatīvais joslas platums 5-2%. Apskatāmajā piemērā stacija f 2 atšķiras no izvēlētā tikai par 1% un tāpēc radīs ievērojamus traucējumus. Ja pārveidojat nesējfrekvencif 1 , tad vietējā oscilatora signāla frekvencēf G = 20,5 MHz tiek iegūtas divas starpfrekvencesf pr1 = 20,5 - 20 = 0,5 MHz un f pr2 = 20,5 – 20,2 = 0,3 MHz, kuru relatīvā starpība. Kā redzams, relatīvā atšķirība ir palielinājusies no 1 līdz 40%. Šādos apstākļos stacija, kas darbojas frekvencē f 2 , netraucēs frekvences pārveidotāja filtrus, kas noregulēti uz frekvencif utt =0,5 MHz, pat ja to kvalitātes koeficients ir samērojams ar RF ķēžu kvalitātes koeficientu.

Superheterodīna uztvērējos galvenā pastiprināšana un selektivitāte tiek veikta pēc frekvences pārveidošanas starpfrekvences pastiprinātājā (IFA). Superheterodīna uztvērēja svarīga priekšrocība ir tā, ka tā noskaņošanas laikā uz citu staciju, starpfrekvenci f utt nemainās. Tas tiek panākts tāpēc, ka tad, kad uztvērējs ir noregulēts uz citu signāla frekvencif Ar frekvence mainās vienlaikus lokālais oscilators f G tā ka atšķirībaf G - f c = f utt palika nemainīgs.

Līdz ar to, pārbūvējot superheterodīna uztvērēju, pietiek ar ieejas ķēdes, pastiprinātāja un lokālā oscilatora rezonanses frekvenču maiņu. Nav nepieciešams atjaunot UPC. Tā kā pastiprinātājs netiek pārbūvēts, tā īpašības nemainās. Šajā gadījumā pastiprinātāja ķēžu frekvences reakciju var iegūt diezgan tuvu taisnstūrveida formai, jo tajā var izmantot jebkuras sarežģītības pakāpes filtrus. Šī iemesla dēļ superheterodīna uztvērēji nodrošina augstu selektivitāti.

Superheterodīna uztvērēju trūkums ir sānu uztveršanas kanālu klātbūtne tajos, no kuriem galvenais ir spoguļkanāls.

Spoguļa kanālam ir nesējfrekvence f spogulis , kas atšķiras no lietderīgā signāla frekvencesf Ar ar dubultu starpfrekvencif zerk = f s + f pr (1.9. attēls).

1.9. attēls. Par spoguļattēlu traucējumiem

Frekvences f ar un f spogulis kas atrodas simetriski attiecībā pret lokālā oscilatora frekvencif G . Atšķirība starp f spogulis un f G vienāda ar starpfrekvenci, tāpat kā lietderīgā signāla gadījumā. Tāpēc, ja frekvences pārveidotājs saņem stacijas signālusf ar un f spogulis , tad tā izejā abas stacijas radīs starpfrekvences spriegumu. Ja frekvences signālsf Ar ir noderīgs, tad frekvences signālsf spogulis , sitiens pret pārveidotāju ir traucējumi. Acīmredzot traucējumu vājināšanai gar spoguļa kanālu ir jānotiek pirms frekvences pārveidotāja. Lai uzlabotu selektivitāti gar spoguļa kanālu, starpfrekvencei jābūt augstai. Tad nesējfrekvencesf ar un f spogulis būtiski atšķirties. Šajā gadījumā ievades ķēdes pārraides koeficients (tam ir arī rezonanses īpašības) frekvencēf spogulis ievērojami mazāk nekā frekvencēf Ar , un spoguļstacijas signālu ievērojami nomāc ievades ķēde. Ja uztvērējā ir AMP, spoguļa traucējumi tiek papildus nomākti AMP selektīvo īpašību dēļ.

Tomēr pie augstas starpfrekvences pastiprinātāja līdzsvara stāvokļa pastiprinājums samazinās un tā joslas platums paplašinās, kā rezultātā samazinās uztvērēja jutība un tā selektivitāte pār blakus kanālu. Kā redzat, prasība par starpfrekvences vērtību ir diezgan pretrunīga.

Otra sānu virve ir kanāls, kura frekvence ir vienāda ar starpfrekvenci. Šīs frekvences signāls, kas nonāk pie pārveidotāja ieejas, bez izmaiņām nonāk pastiprinātājā. Lai to novērstu, apraides stacijām nevajadzētu darboties starpfrekvencē, un nejauši traucējumi ar frekvencēm, kas ir tuvu starpfrekvencēm, ir jānovērš ar atbilstošiem filtriem uztvērēja ieejā.

Sadzīves apraides uztvērējos nesējfrekvence ir 465 kHz, t.i. tas atrodas logā starp apraides diapazonu DV un SV robežām - 285,5-525 kHz.

Uztvērējos, kas darbojas galvenajās radiosakaru līnijās, ir nepieciešama lielāka jutība un selektivitāte gan blakus, gan spoguļkanāliem. To nevar izdarīt, izvēloties vienu starpfrekvenci, tāpēc šādos uztvērējos tiek izmantota dubultā frekvences pārveidošana. Ar dubulto frekvenču pārveidošanu pirmā starpfrekvence tiek izvēlēta pietiekami augsta (apmēram 1 MHz), tādējādi nodrošinot augstu selektivitāti spoguļkanālā. Otrā starpfrekvence ir izvēlēta diezgan zema (apmēram 100 kHz), kas ļauj iegūt augstu stabilu pastiprinājumu pastiprinātāja posmos un tādējādi palielināt uztvērēja jutību ar augstu selektivitāti blakus kanālā.

Jautājumi paškontrolei

1. Radiosakaru sistēmas darbības principa koncepcija.

2. Nosauc radiosakaru organizācijas galvenās strukturālās shēmas.

3. Uzskaitiet radioraidītāja galvenās funkcionālās sastāvdaļas.

4. Nosauc radioraidītāju galvenos tehniskos rādītājus.

5. Norādiet radiouztvērēju klasifikāciju.

6. Nosauciet galvenos radiouztvērēju ierīču rādītājus.

7. Norādiet tiešā pastiprinājuma radio uztvērēja blokshēmu.

8. Izskaidrojiet superheterodīna radio uztvērēja darbības iezīmes.

9. No kādiem apsvērumiem tiek izvēlēta starpfrekvences vērtība superheterodīna radio uztvērējā?

1. Izjumovs N.M., Linze D.P. Radiotehnikas pamati. – M.: Radio un sakari, 1983. – 376 lpp.

2. Katuņins G.P., Mamčevs G.V., Popantonopulo V.N., Šuvalovs V.P. Telekomunikāciju sistēmas un tīkli. II sējums. – Novosibirska: Tseris, 2000. – 624 lpp.

3. Maškova T.T., Stepanovs S.N. Radiotehnikas pamati. – M.: Radio un sakari, 1992. – 232 lpp.

4. Radio uztvērēji / Red. N.N. Fomina. – M.: Radio un sakari, 1996. – 512 lpp.

Angļu zinātnieks Džeimss Maksvels, pētot Faradeja eksperimentālo darbu par elektrību, izvirzīja hipotēzi, ka dabā pastāv īpaši viļņi, kas spēj izplatīties vakuumā. Maksvels šos viļņus sauca par elektromagnētiskajiem viļņiem. Saskaņā ar Maksvela idejām: ar jebkādām elektriskā lauka izmaiņām rodas virpuļmagnētiskais lauks un, gluži pretēji, ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā laukā rodas virpuļa elektriskais lauks. Sāktajam magnētisko un elektrisko lauku savstarpējās ģenerēšanas procesam ir jāturpinās nepārtraukti un jāietver arvien jauni apgabali apkārtējā telpā (42. att.). Elektrisko un magnētisko lauku savstarpējās ģenerēšanas process notiek savstarpēji perpendikulārās plaknēs. Maiņstrāvas elektriskais lauks rada virpuļmagnētisko lauku, mainīgs magnētiskais lauks rada virpuļelektrisko lauku.

Elektriskie un magnētiskie lauki var pastāvēt ne tikai vielā, bet arī vakuumā. Tāpēc vajadzētu būt iespējai izplatīt elektromagnētiskos viļņus vakuumā.

Elektromagnētisko viļņu rašanās nosacījums ir elektrisko lādiņu paātrināta kustība. Tādējādi notiek izmaiņas magnētiskajā laukā

Kad mainās strāva vadītājā, un strāva mainās, mainoties lādiņu ātrumam, t.i., kad tie pārvietojas ar paātrinājumu. Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumam vakuumā, pēc Maksvela aprēķiniem, jābūt aptuveni 300 000 km/s.

Protams, elektromagnētiskajiem viļņiem ir visas viļņu pamatīpašības.

Viņi ievēro viļņu atstarošanas likumu: krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi. Pārejot no vienas vides uz otru, tie tiek lauzti un pakļaujas viļņu laušanas likumam: krišanas leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir nemainīga vērtība diviem dotiem medijiem un ir vienāda ar elektromagnētisko viļņu ātruma attiecība pirmajā vidē pret elektromagnētisko viļņu ātrumu otrajā vidē, un to sauc par otrās vides refrakcijas indeksu attiecībā pret pirmo.

Elektromagnētisko viļņu difrakcijas parādība, t.i., to izplatīšanās virziena novirze no taisnes, tiek novērota šķēršļa malā vai izejot cauri caurumam. Elektromagnētiskie viļņi spēj radīt traucējumus. Interference ir koherentu viļņu spēja pārklāties, kā rezultātā viļņi dažviet viens otru pastiprina, bet citviet atceļ. (Koherentie viļņi ir viļņi, kuru frekvence un svārstību fāze ir identiski.) Elektromagnētiskajiem viļņiem ir dispersija, tas ir, kad elektromagnētisko viļņu vides refrakcijas koeficients ir atkarīgs no to frekvences. Eksperimenti ar elektromagnētisko viļņu pārraidi caur divu režģu sistēmu liecina, ka šie viļņi ir šķērsvirzienā.

Elektromagnētiskajam vilnim izplatoties, spriedzes E un magnētiskās indukcijas B vektori ir perpendikulāri viļņa izplatīšanās virzienam un savstarpēji perpendikulāri viens otram (43. att.).

Slēgta svārstību ķēde praktiski neizstaro elektromagnētiskos viļņus apkārtējā telpā. Ja ķēde sastāv no spoles un divām plakana kondensatora plāksnēm, tad, jo lielākā leņķī šīs plāksnes ir izvietotas, jo brīvāk elektromagnētiskais lauks izplūst apkārtējā telpā (44. att., b). Atvērtas svārstību ķēdes ierobežojošais gadījums ir plākšņu noņemšana uz spoles pretējiem galiem. Šādu sistēmu sauc par atvērtu svārstību ķēdi (44. att., c). Realitātē ķēde sastāv no spoles un gara vada – antenas.

Izstarotās elektromagnētisko svārstību enerģija (izmantojot nepārtrauktu svārstību ģeneratoru) ar vienādu strāvas svārstību amplitūdu antenā ir proporcionāla svārstību frekvences ceturtajai jaudai. Pie desmitiem, simtiem un pat tūkstošiem hercu frekvencēm elektromagnētisko svārstību intensitāte ir niecīga. Tāpēc radio un televīzijas sakariem tiek izmantoti elektromagnētiskie viļņi ar frekvencēm no vairākiem simtiem tūkstošu hercu līdz simtiem megahercu.

Pārraidot runu, mūziku un citus skaņas signālus pa radio, tiek izmantoti dažādi augstfrekvences (nesēja) svārstību modulācijas veidi. Modulācijas būtība ir tāda, ka ģeneratora radītās augstfrekvences svārstības mainās saskaņā ar zemās frekvences likumu. Tas ir viens no radio pārraides principiem. Vēl viens princips ir apgrieztais process – atklāšana. Saņemot radio signālus, ir nepieciešams filtrēt zemfrekvences skaņas vibrācijas no modulētā signāla, ko uztver uztvērēja antena.

Ar radioviļņu palīdzību tālumā tiek pārraidīti ne tikai skaņas signāli, bet arī objektu attēli. Radariem ir liela nozīme mūsdienu flotē, aviācijā un astronautikā. Radara pamatā ir viļņu atstarošanas īpašība no vadošiem ķermeņiem. (Elektromagnētiskie viļņi vāji atstarojas no dielektriķa virsmas, bet gandrīz pilnībā no metālu virsmas.)

Elektromagnētiskais vilnis ir elektromagnētiskais lauks, kas laika gaitā mainās un izplatās telpā.

Elektromagnētisko viļņu īpašības:

1. Rodas lādiņu paātrinātas kustības laikā.

2. Tie ir šķērseniski.

3. Ātrumam vakuumā jābūt 3 ٠ 10 8 m/s.

4. Pārvadīt enerģiju

5. Iespiešanās jauda un enerģija ir atkarīga no frekvences.

6. Atspoguļots.

7. Ir traucējumi un difrakcija.

Radarā tiek izmantota īpašība atstarot elektromagnētiskos viļņus.

Radars ir objektu noteikšana un atrašanās vieta, izmantojot radioviļņus.

Radara iekārta (radars) sastāv no raidīšanas un uztveršanas daļām.

Elektromagnētiskais vilnis nāk no raidošās antenas, sasniedz objektu un tiek atspoguļots.

Radari tiek izmantoti militāriem nolūkiem un laikapstākļu dienesti, lai uzraudzītu mākoņus. Mēness, Veneras un citu planētu virsmas tiek pētītas, izmantojot radaru.

Biļete Nr.13

Mehāniskais darbs. Jauda. Enerģija; kinētiskā enerģija; ķermeņa potenciālā enerģija vienmērīgā gravitācijas laukā un elastīgi deformēta ķermeņa enerģija; enerģijas nezūdamības likums; Enerģijas nezūdamības likums mehāniskos procesos; mehāniskās enerģijas nezūdamības likuma pielietojamības robežas, darbs kā ķermeņa mehāniskās enerģijas izmaiņu mērs.
Radiosakaru principi: elektromagnētisko viļņu emisija ar lādiņu, kas kustas ar paātrinājumu; amplitūdas modulācija; atklāšana; komunikāciju attīstība; radars.
Problēma ir piemērot ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu.

1. jautājums. Mehāniskais darbs. Jauda. Kinētiskā un potenciālā enerģija. Mehānisko procesu enerģijas nezūdamības likums.

Darbs ir daudzums, kas vienāds ar ķermenim pieliktā spēka reizinājumu ar nobīdes lielumu.

A = F*s, Kur A- Darbs, Dž

F- spēks, N

s- pārvietojas, m

Mehāniskā enerģija ir ķermeņa potenciālās un kinētiskās enerģijas summa: W=W kin *W p

W rad-Kinētiskā enerģija ir kustības enerģija. Šī enerģija pieder jebkuram ķermenim, kas atrodas kustībā: , kur m- ķermeņa svars (kg), V- ātrums (m/s 2)

W p - potenciālā enerģija (J) ir mijiedarbības enerģija, kas ir atkarīga no ķermeņa masas ( m) un tā augstums virs zemes ( h):

Ja ķermenis vai ķermeņu sistēma var veikt darbu, tad tai ir enerģija.

Enerģija ir fizisks lielums, kas parāda, cik daudz darba ķermenis spēj paveikt.

Enerģiju apzīmē ar burtu E un mēra džoulos (J).

Mehāniskā enerģija ir divu veidu: kinētiskā un potenciālā.

Kinētiskā enerģija ir daudzums, kas vienāds ar pusi no ķermeņa masas un tā ātruma kvadrāta reizinājuma.

Kinētiskā enerģija ir kustības enerģija. Piemēram, braucošai automašīnai, lidojošam balonam utt. ir kinētiskā enerģija.

Potenciālā enerģija ko nosaka ķermeņa stāvoklis attiecībā pret citiem ķermeņiem vai tā paša ķermeņa daļu relatīvais novietojums.

Lielumu, kas vienāds ar ķermeņa masas reizinājumu ar gravitācijas paātrinājumu un ķermeņa augstumu virs Zemes virsmas sauc potenciālā mijiedarbības enerģija starp ķermeni un Zemi.

Tiek saukta vērtība, kas vienāda ar pusi no elastības koeficienta un deformācijas kvadrāta reizinājuma elastīgi deformēta ķermeņa potenciālā enerģija.

Piemēram, augstumā izmestai bumbiņai vai saspiestai atsperei ir potenciālā enerģija.

Slēgtai ķermeņu sistēmai ir izpildīts enerģijas nezūdamības likums: ķermeņa vai slēgtas ķermeņu sistēmas kopējā mehāniskā enerģija paliek nemainīga (ja nedarbojas berzes spēki).

2. jautājums. Radiotelefona sakaru principi. Amplitūdas modulācija un noteikšana. Vienkāršākais radio uztvērējs.

Radiosakaru veikšanai tiek izmantoti elektromagnētiskie viļņi ar frekvenci no vairākiem simtiem tūkstošu hercu līdz simtiem tūkstošu megahercu. Šādus viļņus labi izstaro raidītāja antenas, tie izplatās telpā un sasniedz uztvērēja antenu.

Raidītāja mikrofons pārvērš skaņas viļņus zemas frekvences elektriskās vibrācijās, kuras neizstaro antena. Šīs svārstības tiek pievienotas augstfrekvences ģeneratora radītajām svārstībām, un rezultāts ir amplitūdas modulētas svārstības. Tie ir augstas frekvences, bet mainās amplitūda saskaņā ar skaņas vibrācijām.

Amplitūdas modulētas svārstības izstaro raidītāja antena un sasniedz uztvērēja antena. Notiek pie uztvērēja atklāšana– audio frekvences signāla atdalīšana no augstfrekvences modulētām svārstībām.

Vienkāršākais uztvērējs sastāv no uztverošās antenas, oscilējošās ķēdes, detektora, kondensatora, pastiprinātāja un skaļruņa.

Uztvērēja antenā notiek svārstības ar tādu pašu frekvenci, kādā darbojas raidītājs. Lai noregulētu radio uztvērēju uz radiostacijas frekvenci, parasti izmantojiet mainīgs kondensators. Mainoties kapacitātei, mainās uztvērēja ķēdes dabiskā frekvence. Kad šī frekvence sakrīt ar kādas radiostacijas frekvenci, rodas rezonanse - straujš strāvas stipruma pieaugums.

Pēc tam no svārstību ķēdes tiek piegādātas modulētās svārstības detektors, kas ļauj strāvai plūst tikai vienā virzienā. Pēc detektora strāva kļūst pulsējoša. Strāvas impulsi ir sadalīti: daļa uzlādē kondensatoru, otra daļa iet uz skaļruni. Intervālā starp impulsiem, kad caur detektoru neplūst strāva, kondensators tiek izlādēts caur skaļruni. Tā rezultātā caur slodzi plūst audio frekvences strāva, un no skaļruņa tiek dzirdama mūzika vai runa.

Elektromagnētiskā starojuma skala. Elektromagnētiskā starojuma pielietojums praksē.

Elektromagnētisko viļņu skala sniedzas no gariem radioviļņiem (λ>1 km) līdz γ-stariem (λ<10 -10 м) . Электромагнитные волны различной длины условно делят на диапазоны по различным признакам (способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом).

Ir ierasts izcelt sekojošo septiņi starojums: zemfrekvences starojums, radio starojums, infrasarkanie stari, redzamā gaisma, ultravioletie stari, rentgena un gamma starojums.

Zemas frekvences starojums ir mazākā frekvence un garākais viļņa garums. Tās avoti: maiņstrāvas un elektriskās mašīnas. Šo starojumu vāji absorbē gaiss un magnetizē dzelzi. Izmanto pastāvīgo magnētu ražošanai elektriskajā rūpniecībā.

Radio viļņi ir frekvenču diapazonā no 10 3 līdz 10 11 Hz. Tos izstaro raidītāju antenas un arī lāzeri. Radioviļņi labi pārvietojas gaisā un atstarojas no metāla priekšmetiem un mākoņiem. Radioviļņus izmanto radiosakariem un radariem.

Infrasarkanais starojums ir pat augstāka frekvence nekā radioviļņiem (līdz 10 14 Hz), un to izstaro visi sakarsētie ķermeņi. Tas labi iziet cauri miglai un citiem necaurspīdīgiem ķermeņiem un iedarbojas uz termoelementiem. To izmanto kausēšanai, žāvēšanai, nakts redzamības ierīcēs un medicīnā.

Redzamā gaisma ir frekvence 10 14 Hz, viļņa garums 10 7 m. Šis ir vienīgais redzamais starojums. Avoti: Saule, lampas. Gaisma padara apkārtējos objektus redzamus, sadalās dažādu krāsu staros, izraisa fotoelektrisko efektu un fotosintēzi.

Izmanto apgaismojumam.

Ultravioletais starojums ir frekvence no 10 14 līdz 10 17 Hz. Tās avoti: Saule, kvarca lampas. Šis starojums izraisa fotoķīmiskas reakcijas, iedeg ādu, iznīcina baktērijas un to absorbē ozons. Izmanto medicīnā, gāzizlādes lampās.

rentgenstari veidojas rentgena caurulē pēkšņas elektronu palēninājuma laikā. Viņiem ir lieliska iespiešanās spēja un tie aktīvi ietekmē šūnas un fotogrāfisko emulsiju. Izmanto medicīnā, rentgenogrāfijā.

Gamma stari (γ stari) ir visaugstākā frekvence (10 19 -10 29 Hz). Tie veidojas radioaktīvās sabrukšanas laikā, kodolreakciju laikā. Viņiem ir vislielākā iespiešanās spēja, lauki tos nenovirza un iznīcina dzīvās šūnas. Izmanto medicīnā un militārajās lietās.

Biļete Nr.14

Molekulārās kinētiskās teorijas pamatprincipi un to eksperimentālais pamatojums. Molekulu masa un izmērs.
Gaisma ir kā elektromagnētiskais vilnis. Gaismas ātrums. Gaismas traucējumi, Janga eksperiments; plānu plēvju krāsas.
Eksperimentālais uzdevums: “Cietās vielas blīvuma mērīšana”.

1. jautājums. Molekulārās kinētiskās teorijas pamatnoteikumi un to eksperimentālais pamatojums. Molekulu masa un izmērs.

Molekulārā kinētiskā teorija(MCT) ir matērijas struktūras un īpašību pētījums, izmantojot idejas par atomu un molekulu kā mazāko matērijas daļiņu esamību.

IKT pamatā ir trīs galvenie principi:

1. Visas vielas sastāv no sīkām daļiņām: atomiem un molekulām.

2.Šīs daļiņas pārvietojas nejauši.

3. Daļiņas mijiedarbojas viena ar otru.

IKT galvenos noteikumus apstiprina eksperimentāli fakti.

Eksperimentāli ir pierādīta atomu un molekulu esamība, ar elektronu mikroskopiem uzņemtas fotogrāfijas.

Gāzu spēja neierobežoti paplašināties un aizņemt visu tilpumu ir izskaidrojama ar nepārtrauktu haotisko molekulu kustību. To izskaidro arī difūzija un Brauna kustība.

Gāzu, cietvielu un šķidrumu elastība, šķidrumu spēja samitrināt dažas cietas vielas, krāsošanās, līmēšanas un formas saglabāšanas procesi ar cietām vielām liecina par pievilkšanās un atgrūšanas spēku esamību starp molekulām.

Molekulu masas un izmēri ir ļoti mazi, un ir ērti izmantot relatīvās, nevis absolūtās masas vērtības. Visu ķīmisko elementu relatīvās atomu masas ir norādītas periodiskajā tabulā (salīdzinot ar oglekļa atoma masu).

Tiek saukts vielas daudzums, kurā ir tik daudz daļiņu, cik atomu ir 0,012 kg oglekļa viens mols.

Viens mols jebkuras vielas satur tikpat daudz atomu vai molekulu. Šo skaitli sauc par Avogadro konstanti: .