Образовака🌡️ Физика9 классЭлектромагнитное поле

Принципы радиосвязи

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 406.

Значение радиосвязи в жизни современного человека трудно переоценить. Она обеспечивает надежную работу и жизнь большинства людей в современном мире. Рассмотрим общие принципы радиосвязи.

Генерация и прием радиоволн

В основе радиосвязи лежит возможность создания в антенне переменного тока высокой частоты, который наводит вокруг антенны переменное электромагнитное поле. Распространяющаяся структура вихревых электрического и магнитного полей – это и есть электромагнитная волна. Если ее частота лежит в пределах 100 кГц – 100 ГГц, то такая волна называется радиоволной.

Рис. 1. Распространение радиоволны вектора E H

В результате явления электромагнитной индукции распространяющаяся волна наводит в проводниках слабые электромагнитные колебания, которые могут быть обнаружены и усилены специальными приборами.

Появляется возможность передачи информации на расстояние – передатчик генерирует радиоволны, а приемник – их принимает.

Кодирование информации в радиоволне

Для осуществления радиосвязи передатчик должен генерировать радиоволны так, чтобы в них была каким-то образом закодирована передаваемая информация, а на стороне приемника эта информация должна раскодироваться. Как это осуществить ?

Вспомним, что переменный ток описывается гармонической функцией синуса:

$$A =A_m sin(\omega t + \varphi)$$

Параметрами этой функции являются амплитуда, частота и фаза. Следовательно, передавать информацию радиоволной можно, изменяя один или несколько из этих параметров.

Телеграфирование

В простейшем случае мы можем изменять амплитуду от нулевого до максимального значения. Именно так и осуществляется телеграфная связь. Была разработана специальная система кодирования – азбука Морзе. В ней использовались три состояния передачи – долгий сигнал (тире), короткий сигнал (точка), отсутствие сигнала (пробел):

Радиотелефон

Использование телеграфа не слишком удобно. Поэтому очень скоро после изобретения радиосвязи была найдена возможность передачи звука. Звук – это колебания воздуха, и достаточно преобразовать эти колебания в электрическую форму, передать их, а после приема вновь преобразовать в воздушные колебания.

Здесь возникает сложность – звук имеет относительно небольшую частоту, радиоволны такой частоты сложно генерировать, и сложно принимать. Кроме того, при наличии нескольких таких радиосигналов, на приемной стороне они будут смешиваться, и их невозможно будет разделить.

Модуляция и детектирование

Для решения этих проблем применяется так называемая модуляция сигнала на передающей стороне и детектирование сигнала на приемной.

Суть модуляции в том, что используется сигнал высокой частоты, гораздо выше звуковой. Но один из его параметров (амплитуда, частота или фаза) немного меняется в соответствии со звуковыми колебаниями. Например, если менять амплитуду, то результат модуляции выглядит следующим образом:

На приемной стороне производится детектирование – из сигнала высокой частоты выделяется закодированная в нем звуковая информация. На практике используется не только амплитудная, но и частотная, и фазовая модуляции. Более того, модуляция в последние десятилетия нередко осуществляется не непосредственно звуковым сигналом, а последовательностью нулей и единиц – в цифровой форме, что очень повышает надежность связи.

При использовании модуляции появляется возможность приема сразу нескольких различных сигналов – они будут переданы на разной радиочастоте, в приемнике их можно будет легко разделить.

Примерами практического использования принципов радиосвязи служат обычные радиоприемники, телевидение, сотовая связь, беспроводные сети WiFi и многое другое.

Что мы узнали?

Для осуществления радиосвязи необходимо генерировать радиоволны, которые можно принимать на большом расстоянии. Если в радиоволнах будет закодирована информация, ее можно будет раскодировать после приема. Такое кодирование называется модуляцией, раскодирование – детектированием.