История развития
В 1887 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц изобрёл и построил радиопередатчик и радиоприёмник, провёл опыты по передаче и приёму радиоволн, чем доказал существование электромагнитных волн, исследовал основные свойства электромагнитных волн.
Первые радиопередатчики искрового принципа действия были очень просты по конструкции — излучателем радиоволн служил искровой разряд, а модулятором являлся телеграфный ключ. С помощью такого радиопередатчика информация передавалась в кодированной дискретной форме — например азбукой Морзе или иным условным сводом сигналов. Недостатками такого радиопередатчика была относительно высокая мощность, требуемая для эффективного излучения радиоволн искровым разрядом, а также очень широкий радиочастотный диапазон излучаемых им волн. В результате одновременная работа нескольких близко расположенных искровых передатчиков была практически невозможной из-за интерференции их сигналов.
Изобретение в 1913 году Мейснером (Германия) электронного генератора и дальнейшее развитие электронных вакуумных ламп позволило усовершенствовать устройство радиопередатчика и устранить эти недостатки, а принципиальная схема радиопередатчика стала неизменной вплоть до настоящего времени. Дальнейшие изобретения в области связи и радиотехники — твердотельные аналоги электронных ламп (транзисторы), кварцевые резонаторы, — сопровождались только количественными изменениями параметров радиопередатчиков — уменьшением размеров и потребляемой мощности, повышением стабильности и КПД, но принципиальная схема осталась той же.
Структурная схема
Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:
- Задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;
- Модулирующее устройство, изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (Часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке – Возбудитель);
- Оконечный усилительный каскад, который увеличивает мощность промодулированной несущей за счёт внешнего источника энергии;
- Устройство сопряжения с антенной, задачей которого является согласование излучаемого сигнала с параметрами антенны во избежание неэффективного излучения радиоволн или их отражения обратно в усилительный каскад;
- Антенна, обеспечивающая требуемые характеристики излучаемого сигнала (направленность, мощность и т. д.)
Применение
Радиопередатчик очень часто используется вместе с радиоприёмником и питающим устройством, вместе весь этот комплекс называется радиостанцией. Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен приём информации в месте её передачи — сигналы точного времени, разнообразные навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, многопозиционная радиолокация, радиовещание и т.д. и т.п.
Еще раз о передатчиках и приемниках 433 МГц
- Беспроводные технологии,
- Разработка под Arduino,
- Интернет вещей,
- Электроника для начинающих
Простейший комплект из приемника и передатчика ISM-диапазона 433 МГц завоевал заслуженную популярность в среде любителей электроники. Комплекты дешевы (даже в «Чипе-Дипе» их можно купить рублей за 300, а на Ali, говорят, вообще за полтинник), просты и надежны.
Кроме того (о чем вы, возможно, не подозреваете), это самый дальнодействующий и проникающий способ беспроводного обмена данными — сигнал на частоте 433 МГц куда лучше проходит через препятствия и действует на более далеком расстоянии, чем в популярном диапазоне 2,4 ГГц (433 МГц полностью задерживаются стенкой в полметра бетона, а Wi-Fi умирает уже на 10 сантиметрах).
Допускаю, что недавно появившиеся модули MBee-868, будучи снабженными соответствующей (направленной) антенной, «стреляют» дальше, но они как минимум на порядок дороже, сложнее в подключении, требуют управления энергосбережением и предварительной настройки. И вдобавок частота 868 МГц вдвое хуже проходит через препятствия (хотя, конечно, несравненно лучше частоты 2,4 ГГц).
О приемниках-передатчиках 433 МГц написано очень много (в том числе и на хабре, конечно). Однако, правильно включать в схему этот комплект по какой-то странной причине, кажется, не умеет никто. Когда я в который раз прочел вот тут, что комплект «принимал на 8-ми метрах в пределах прямой видимости, 9-ый метр осилить не удалось», мое терпение лопнуло. Какие еще 8 метров?! В 40-50 я бы поверил, хотя в реальности, наверное, дальность еще больше.
Стоит заметить, что я далее решаю задачу создания линии для передачи произвольных данных, а не просто управления какими-нибудь умными розетками или мотором модели катера. Моя задача сложнее, но все-таки расстояние надежной работы у меня оказывается гораздо больше. Причем в такой задаче важно не только и не столько расстояние в пределах прямой видимости (оно может служить только для сравнения), сколько способность проникать через различные препятствия.
У меня такой комплект работает за городом на расстоянии примерно 25-30 метров под острым углом к бревенчатой стенке, так, что на пути сигнала оказывается примерно метр (в сумме) стен и перегородок, причем частично экранированных фольгированным утеплителем. На гораздо меньшем расстоянии, почти прямо за стенкой, WiFi уже полностью теряет сигнал. В городе сигнал добивает от одного конца трехкомнатной городской квартиры к другому через две межкомнатные перегородки, а также с балкона, где по прямой линии между передатчиком и приемником не менее 80 сантиметров кирпичной кладки и гипсолитовая перегородка. Никаких более дорогих вариантов комплектов, упомянутых в приведенном обзоре, я не употреблял.
Дополнительный плюс комплекта в том, что в паузах передатчик не потребляет ничего, причем без всяких специальных режимов Sleep, просто по принципу своего устройства (ток потребления в покое сравним с токами коллекторной утечки запертого транзистора, то есть порядка 100 нА).
Давайте разберемся, в чем тут подводные камни.
Подключение передатчика
Передатчик (он носит название FS1000A), как мы видим из его схемы ниже, представляет собой простейший генератор на основе ПАВ-резонатора на 433 МГц. Генератор собран на транзисторе Q1, а транзистор Q2, на базу которого подаются цифровые данные — просто ключ, который подключает генератор к питанию (к шине GND) при наличии высокого уровня (логической единицы) на входе. Питание может быть от 5 до 12 вольт, причем, по утверждению производителей, чем выше питание, тем дальше работает связь.
Принципиальных преимуществ увеличенного питания в рамках своей задачи я не заметил. Тем не менее, не следует пренебрегать фактом, что особых требований к питанию тут не предъявляется, и при повышенном напряжении девайс будет работать только лучше. Удобно подключать передатчик непосредственно к напряжению с адаптера 9-12 вольт, аккумулятора или комплекта из 6 батареек (контакт Vin Arduino). При нестабилизированном питании, которое может превышать 12 вольт (как, например, у аккумуляторов) я обычно развязываю передатчик от основной схемы отдельным 9-вольтовым стабилизатором (можно простейшим 78L09), причем разницы в работе между питанием 9 и 12 вольт я не наблюдаю никакой. У Uno или Nano можно для питания самого контроллера и остальных схем (например, датчиков) при этом использовать встроенный стабилизатор 5 вольт, а для Mini (особенно — его дешевых клонов) я бы посоветовал поставить отдельный 5-вольтовый стабилизатор, подключив его к выводу 5V.
Следует отметить, что в последнее время стали появляться передатчики, выглядящие несколько нестандартно (см. рис. ниже). Оказалось, что отсутствие дросселя L1 (трехвиткового), от которого остались только отверстия — фикция, он просто заменен на соответствующий SMD-компонент. Хуже в этом варианте другое: неряшливая полиграфия может ввести в заблуждение относительно подключения выводов данных и питания. Правильное подключение показано на рисунке, оно для всех вариантов одинаково:
Самое поразительное в этом деле — то, что при перепутанном подключении данных и питания передатчик на небольших расстояниях продолжает работать! Если вы рассмотрите схему, то поймете в чем дело: база Q2 через резистор при этом оказывается подключенной к питанию, транзистор всегда открыт, и влияния на работу схемы не оказывает. А логический высокий уровень на шине питания просто запитывает в нужный момент генератор. Несуразности начинаются на некотором расстоянии — понятно, что из логического вывода источник питания получается плохой.
Подключение приемника
При приобретении приемника (он может носить название вроде MX-RM-5V или XD-RF-5V) обращайте внимание на длину выводов — мне как-то попалась целая партия с укороченными штырьками, отчего из стандартного разъема PBS приемник вываливался при малейшем перекосе и его приходилось к плате специально крепить.
У приемника схема гораздо сложнее (я ее не буду воспроизводить, но можете ознакомиться, например, тут). Она должна принять и усилить высокочастотный сигнал, отфильтровать частоту 433 МГц, выделить всплески и преобразовать их в логические уровни. Приемник имеет подстроечный дроссель (посередине платы), но без точных приборов для измерения амплитудно-частотной характеристики я его крутить не советую — скорее всего, вы ничего не улучшите, а только испортите.
Так как уже на небольшом расстоянии сигнал будет гораздо меньше помехи, понятно, что мы с помехами должны бороться по всем фронтам: и схемотехническими и программными методами. Последнее за нас делают библиотеки, но какая бы математика не применялась в программной обработке, желательно сначала сделать все для того, чтобы логическая единица на выходе появлялась только при всплеске полезного сигнала и не появлялась при наличии помехи. Иными словами, классно было бы от помех при приеме отстроиться заранее по максимуму.
Стандартный метод снижения помех, известный в мои времена каждому школьнику, собравшему хоть один радиоприемник или усилитель, заключается в том, что для чувствительных к помехам узлов необходимо делать отдельное питание, по максимуму изолированное от остальных схем. Можно его делать разными методами: когда-то ставили отдельный стабилитрон, сейчас часто изолируют питание проблемного узла LC-фильтром (так рекомендуется поступать, например, для АЦП, посмотрите даташиты на AVR-контроллеры). Но в наших условиях, когда современные компоненты невелики и дешевы, проще просто поставить на приемник отдельный от всего остального стабилизатор.
Стабилизатор, например, типа LP2950-5.0 плюс два необходимых конденсатора к нему в самом дешевом варианте (когда оба конденсатора — керамические, в диапазоне 1–3,3 мкФ) добавит к стоимости вашей схемы рублей шестьдесят максимум. Но я предпочитаю не экономить: на выходе ставлю обычный керамический, а на входе электролит (10–100 мкФ), причем твердотельный (полимерный) или танталовый. Обойтись керамическими конденсаторами и там и там можно, если входное напряжение 7-12 вольт поступает с батареек-аккумуляторов или с другого аналогового стабилизатора. Импульсные стабилизированные источники и простейшие нестабилизированные выпрямители требуют дополнительной фильтрации. Можно использовать дешевый алюминиевый электролит, если ставить параллельно ему керамический 0,1 мкФ, еще лучше поставить на входе последовательную индуктивность в несколько долей или единиц миллигенри.
Стабилизатор следует устанавливать прямо около приемника, длина проводников должна быть минимальна. Вместо LP2950 можно взять LM2931 или аналогичный с маленьким проходным напряжением (это особенно важно, если схема питается от батареек — для обычного LM78L05 входное напряжение должно быть не менее 7,5, а лучше 8-9 вольт).
Сравнив со случаем питания приемника непосредственно от Arduino, как рекомендуется во всех публикациях (исключений я не встречал), вы поразитесь полученному эффекту — дальность и способность проникать через стенки сразу увеличивается в разы. Приемник вместе со стабилизатором для удобства можно вынести в отдельную маленькую коробочку. Связать его выход с контроллером в основном корпусе можно любым трехжильным проводом (два питания и сигнальный проводник) длиной до 3 метров, а может быть и больше. Удобнее это потому, что еще нужны антенны, и по правилам будет лучше, если они будут параллельны друг другу в пространстве, а большие корпуса не всегда удается разместить так, чтобы антенны торчали в нужной ориентации.
В простейшем варианте в качестве антенн можно обойтись обрезками одножильного провода сечением не меньше 0,5 мм и длиной 17 см ± 1-3 мм. Не следует употреблять многожильный монтажный провод! В продаже имеются более компактные спиральные антенны, но я лично их эффективность не испытывал. Кончик антенны и у передатчика и у приемника запаивается в соответствующее отверстие в углу платы (не ошибитесь в модернизированном варианте передатчика — там слово ANT тоже не на месте, см. рис. выше).
Формирование и обработка передаваемых данных
Это второй крупный недостаток большинства обзоров по нашей теме: авторы ограничиваются какой-то локальной задачей, не формулируя ее в общем виде, как передачу произвольных данных одним пакетом. Как вы поняли из описания выше, передаваться нашим комплектом может только простая последовательность бит. Стандартная библиотека VirtualWire кодирует их специальным образом (каждая тетрада кодируется 6-ю битами, впереди добавляется синхронизирующий заголовок, и еще добавляется контрольная сумма для всего пакета) и на выходе превращает в более привычную последовательность байт. Но разбираться с ней уже приходится программисту самостоятельно.
Далее мы считаем, что передатчик и приемник подключены к Arduino. Кроме VirtualWire, в связи с бумом «умных домов», есть еще много всякого подобного, вроде RC-Switch или RemoteSwitch, но они ориентированы на другие задачи, и для передачи произвольных данных их употреблять явно не стоит.
Максимальная длина одного сообщения в VirtualWire равна 27 байт. Передача одного полного сообщения (оно автоматически дополняется сигнатурой 0xb38, значением длины сообщения и контрольной суммой) при выбранной мной скорости 1200 бит/с составляет 0,35 секунды.
Чем больше, кстати, выбранная скорость передачи, тем дальность передачи будет меньше. По опыту применения RS-232 известно, что при увеличении дальности допустимая скорость передачи экспоненциально падает: на скорости 19200 неэкранированная линия работает на 15 метров, на 9600 — 150 метров, а на скорости 1200 — более километра. Интересно было бы экспериментально выяснить характер этой зависимости для нашего случая, ведь очень много здесь зависит и от применяемой математики.
Инициализация передатчика в VirtualWire выглядит так:
. . . . . #include
Разберем принципы формирования данных на конкретном примере. Пусть у нас имеется выносной датчик температуры-влажности. Он выдает значения (переменные temperature и humidity) в формате действительного числа со знаком (float). Чтобы было проще разбираться на приемном конце, будем все приводить к виду положительного целого числа с числом десятичных разрядов не менее 4, переводить разряды по отдельности в ASCII-символы, передавать получившуюся строку, а на приемном конце выполнять обратные операции. Конечно, можно упростить задачу (например, обойтись без преобразования в ASCII и укоротить числа), но в таком виде она получается единообразной для почти любых разновидностей цифровых данных, что упрощает разборку при приеме.
На практике для формирования сообщения удобно воспользоваться типом String, примерно так:
. . . . . // глобальные переменные в начале #define ledPin 13 //вывод светодиода (D13, вывод 19 ATmega) char msg[13]; volatile int tmpr=0; volatile int hum=0; . . . . . void loop() { delay(1000); //пауза 1 c float temperature; float humidity; . . . . . //здесь получаем значения temperature и humidity с датчика //температуру с десятыми в целое положительное число 4 разряда: tmpr = temperature*10+2731; //2731 = абсолютный ноль в десятых градуса //влажность в целое число 4 разряда: hum = humidity*10+1000; // формируем сообщение: digitalWrite (ledPin,HIGH); //зажигаем светодиод — начало передачи String strMsg=”DAH”; //сигнатура – данные strMsg+=tmpr; //температуру в строку strMsg+=hum; //присоединяем влажность strMsg.toCharArray(msg,12); //переводим строку в массив, 12 – количество знаков // и посылаем: vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); // передача сообщения vw_wait_tx(); // ждем завершения передачи delay(500); //пауза 500 мс digitalWrite (ledPin, LOW); //гасим светодиод — конец передачи }
Если требуется передавать более точные числа с большим количеством разрядов, то вы просто увеличиваете длину массива msg. Глобальные «волатильные» переменные tmpr и hum нужны в случае, если вы осредняете несколько показаний, в противном случае они тоже могут быть объявлены локальными внутри функции loop(). Сообщение, как видите, состоит из значений преобразованных температуры и влажности, в ASCII-строках по четыре байта каждое, предваряемых строкой из трех символов «DAH» (символы могут быть любыми другими из таблицы ASCII). Это сигнатура, которая позволит выделить данное сообщение из числа возможных других, посылаемых аналогичными устройствами. Не пренебрегайте сигнатурой, даже если вы полагаете, что других устройств поблизости в этом диапазоне не предвидится, заодно она служит дополнительной гарантией целостности принимаемых данных.
Заметьте также, что при преобразовании строки в массив необходимо указать на один символ больше, чем суммарная длина сообщения (3+4+4=11), это учитывается нулевой символ, замыкающий строку. А величина массива msg[] должна быть указана с запасом и может быть любой, в данном случае от 13 до 27 байт. При передаче все равно отправится ровно столько, сколько вернет функция strlen(msg), то есть 11 байт + нулевой символ.
В приемной части полученный массив ASCII-кодов придется разбирать (парсить). Но сначала нужно его принять. Для инициализации приема выполняются следующие действия:
#include
Собственно прием с разборкой строки такой:
void loop() { vw_rx_start(); // готовность приема buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN; //размер буфера задавать каждый раз if (vw_have_message()) { //ждем приема if (vw_get_message(buf, &buflen)) // Если данные приняты { vw_rx_stop(); //останавливаем прием и парсим: for (byte i=0; i<3; i++) // получить первые три байта str[i]= buf[i]; // str[3]=’ ’; if ((str[0]==’D’)&&(str[1]==’A’)&&(str[2]==’H’)) { //сигнатура правильная, датчик обнаружен for (byte i=3;i<7;i++) // Получить четыре байта температуры str[i-3]= buf[i]; // упаковать их в строку int tmpr=atoi(str); //преобразовать в целое число tmpr=tmpr-2731; //вычесть 2731, получаем в десятых долях Цельсия . . . . .//здесь можно поделить на 10 и преобразовать во float, если надо . . . . . // здесь выводим температуру куда-то // влажность: for (byte i=7;i<11;i++) // Получить четыре байта влажности str[i-7]= buf[i]; // упаковать их в строку int hh = atoi(str); //преобразовать в целое число hh=(hh-1000)/10; if (hh>99) hh=99; //получаем влажность в %, целое число . . . . . //выводим куда-то } //end проверка сигнатуры DAT } //end данные приняты } //прием } // end loop
Надеюсь, у вас теперь будет меньше вопросов по применению этих дешевых и удобных в применении устройств.
Приемники и передатчики.
Что такое радиоволны. Различные диапазоны радиоволн. Как работает передатчик. Как работает приемник. Детекторный приемник. Приемник прямого усиления. Супергетеродин. Регенеративный приемник. Приемник прямого преобразования.
|
Электрический ток, протекая в каком либо проводнике, порождает электромагнитное поле, распостраняющееся в окружающем его пространстве.
Подобный метод передачи энергии не получил пока широкого применения – весьма высоки потери. Для радиосвязи используются электромагнитные колебания, так называемого, радиочастотного диапазона направленные в пространство – радиоволны. Для наиболее эффективного излучения в пространство используют антенны различных конфигураций. |
Полуволновой вибратор.
Простейшая антенна – полуволновой вибратор, состоит из двух отрезков провода, направленных в противоположные
стороны, в одной плоскости.
Общая длина их составляет половину длины волны, а длина
отдельного отрезка – четверть.
Если один из концов вибратора направлен вертикально, вместо второго может использоваться земля,
или даже – общий проводник схемы передатчика.
Например, если длина вертикальной антенны составляет – 1 метр, то для радиоволны длиной 4 метра
(диапазон УКВ)
она будет представлять наибольшее сопротивление.
Соответственно, эффективность такой антенны будет максимальной – именно для радиоволн этой
длины, как при приеме, так и при передаче.
Говоря по правде, в диапазоне УКВ, наиболее уверенный прием должен наблюдаться, при горизонтальном
расположении антенны.
Это связано с тем, что передача в этом диапазоне с частотной модуляцией на самом деле, выполняется
чаще всего, с помощью горизонтально расположенных полуволновых вибраторов.
Поэтому, именно – полуволновой вибратор(а не четвертьволновой) будет являться более эффективной приемной антенной.
Сверхвысокочастотный диапазон 3 – 30Ггц(сантиметровый) используется для космической связи.
Электромагнитные колебания такой частоты по своим свойствам вплотную приближаются к свету.
Их можно легко фокусировать с помощью сферических отражателей, для передачи на очень
большие расстояния.
Частоты от 30Мгц до 3Ггц – радиоволны ультрокороткого(метрового и дециметрового) диапазона.
Радиоволны этого диапазона хорошо поглощаются земной поверхностью и проходят через
ионосферу – устойчивая связь возможна до линии горизонта.
Плюсом здесь является качественная связь, при крайне малой мощности передатчика – и
сответственно,возможности миниатюризации его размеров.
Отражение и поглощение в ионосфере также связано с концентрацией
электронов – величиной непостоянной.
Ее изменения носят циклический характер
– суточные, сезонные и связанные с 11-летним
солнечным циклом, но нередко случаются и внезапные
изменения – из за вспышек на солнце и падения
метеорных потоков.
Распостранение радиоволн на большие расстояния за
счет пространственных волн объясняется отражением
в ионосфере.
Наряду с отражением имеет место частичное поглощение,
возрастающее с увеличением длины волны.
Частоты от 0,3 до 3Мгц – принадлежат средневолновому диапазону, от 3 до 30Мгц – коротковолновому.
Волны этих диапазонов способны отражаться от различных слоев ионосферы, что
способствует сверхдальней связи, при относительно невысокой мощности передатчика и
небольших размерах передающей антенны.
Главным достоинством длинных волн, является возможность очень устойчивой связи, на большое расстояние – без ретранслятора.
Передающие антенны длинноволнового диапазона довольно велики, как и мощность передатчика.
Дифракция возникает в результате возбуждения радиоволной
высокочастотных колебаний на поверхности препятствий.
Эти колебания вызывают в свою очередь вторичное
излучение радиоволн, проникающих в области пространства
затененные от передающей антенны радиопередатчика.
Часть энергии радиоволн при этом неизбежно
теряется – на нагрев поверхности.
Колебания частотой от 30 до 300 Кгц вызывают радиоволны длинноволнового диапазона.
Их длина от 1 до 10 километров. Они способны огибать земную поверхность, за счет явления –
дифракции.
Дифракцией радиоволн называют их способность
огибать в той или иной степени препятствия,
лежащие на пути распостранения – выпуклость
земного шара, горы, строения и. т. д.
Например, колебания частотой от 3 до 30 Кгц. порождают радиоволны сверхдлинного диапазона.
Соответственно, длина сверхдлинных радиоволн лежит в пределах от 10 до 100 километров.
Передача информации на большие расстояния, в этом диапазоне возможна, с применением очень больших передающих
антенных устройств(более километра) и очень мощных передатчиков.
Сверхдлинные волны применяют для дальней подводной связи.
Радиоволны делятся на различные радиодиапазоны, в зависимости от их длины.
Что такое – длина радиоволны? Радиоволны распостраняются со скоростью света(который сам по себе
является одним из диапазонов электромагнитных колебаний). За секунду, они распостраняются
на расстояние около 300000 километров. Разделив это расстояние на частоту электромагнитных
колебаний можно узнать их длину волны.
Различные радиоволновые диапазоны.
необходимо, что бы выходная мощность передатчика менялась согласно с
периодом колебаний частоты полезного сигнала.
Для этого используется воздействие усиленного полезного сигнала, на выходной усилитель мощности.
амплитудной модуляции
Простейшей передающей антенной может служить отрезок провода, с длиной в четверть длины излучаемой волны.
Для
Если требуется большая дальность передачи, сигнал задающего генератора необходимо дополнительно усилить,
с помощью выходного усилителя мощности и подать на передающую антенну.
Устройства для прослушки – жучки, собирают по схожим схемам.
Сигнал от такого устройства можно принимать на расстоянии от 50, до 150 метров, в зависимости
от чувствительности используемого приемника. Точная подстройка осуществляется конденсатором С5.
Если собрать подобную схему, используя самые распостраненные высокочастотные
транзисторы (например кт315), микрофон динамического типа, можно получить простейший радиомикрофон.
С катушкой L1, состоящей из одного витка одножильного провода диаметром 1-1,5 см, он будет
перекрывать радиовещательный диапазон FM.
Процесс модуляции осуществляется с помощью различных электронных схем.
Например, для частотной модуляции необходимо воздействовать на такие параметры задающего
генератора, как емкость или индуктивность его колебательного контура.
Если подать на переход база – эмиттер транзистора переменное напряжение низкой частоты,
это вызовет изменение его емкости, с периодом поданной частоты.
Соответственно, произойдет частотная модуляция задающего генератора.
меняется амплитуда несущей частоты, в такт с
амплитудой информационного сигнала.
Частотная модуляция обуславливает девиацию (отклонения) несущей частоты в такт с амплитудой
полезного сигнала.
При фазной модуляции, подобное происходит соответственно, с фазой колебаний несущей
частоты. амплитудной модуляции
Применяются три вида модуляции – амплитудная, частотная и фазная.
При
Эта схема генератора,сама вполне может служить маломощным передатчиком(при наличии антенны).
Электромагнитные колебания генерируемой им частоты, сами по себе не несут никакой
полезной информации. Что бы появилась возможность ее передачи, необходимо изменить несущую частоту,
промодулировав ее полезным сигналом.
Основой любого радиопередатчика является – задающий генератор несущей частоты.
Как устроен радиопередатчик?
Дальнейшим этапом идет усиление полученого радиочастотного сигнала и выделение (детектирование) из него
полезной информационной составляющей.
В зависимости от вида модуляции принимаемого сигнала применяются различные схемы амплитудных
и частотных детекторов.
Причем,большинство существующих схем частотного детектора разработаны для приемников с преобразованием
частоты –
Пространство буквально набито электромагнитными колебаниями разной длины и силы.
Первоочередной задачей радиоприема является выделение из этой массы сигнала определенной радиостанции.
Входные цепи приемника содержат в себе селектор, на основе колебательного контура.
Настроенный на определенную частоту он хорошо пропускает сигнал радиостанции, на этой частоте транслирующей.
Устройство радиоприемника.
супергетеродинов.
У такого приемника нет усилителя, поэтому радиосигнал на его входе должен быть
достаточно силен.
Отсюда – обязательно подключение протяженной (не менее 10 метров) внешней антенны и заземления.
В качестве колебательного контура можно использовать конденсатор переменной емкости(C1),
от любого неисправного промышленного приемника и магнитную антенну от него же.
Наушники – старинные головные телефоны ТОН-2.
выпрямленного сигнала высокой
частоты – получается сигнал низкой частоты.
Вот так, может выглядеть схема реального детектороного приемника. огибающей
На рисунке диод “обрезает” отрицательную составляющую радиосигнала.
Затем, фильтрующая емкость производит выделение
Детекторный приемник самое простое устройство, позволяющее произвести прием радиовещательных
радиостанций, использующих амплитудную модуляцию.
Классический детекторный приемник рассчитанный на прием в диапазоне длинных и средних волн
состоит из колебательного контура, амплитудного детектора, собранного на одном диоде и высокоомных
головных телефонов (наушников, говоря по-просту).
Рисунок иллюстрирующий принцип работы амплитудного детектора
Детекторный приемник.
Эта проблема становится тем актуальней, чем меньше длина волн перекрываемого диапазона.
Практически, диапазон коротких волн – уже не доступен для приемников, собранных по такой схеме.
Кроме того, поднимать чувствительность до необходимых пределов, с помощью широкополосных
высокочастотных каскадов крайне сложно, из-за их самовозбуждения.
Почему почти? Селективность(избирательность)входного контура такого приемника невысока, и в случаe
приема нескольких радиостанций близкого диапазона, их сигналы будут сильно мешать друг – другу.
Теперь приемник уже не нуждается во внешней антенне и заземлении – напряжения усиленного сигнала,
полученного с магнитной антенны достаточно, для работы детектора.
Добавив усилитель звуковой частоты(УЗЧ) и динамик, получим почти полноценный карманный транзисторный приемник,
позволяющий прослушивать радиопередачи, без наушников.
приемник прямого усиления.
Такое устройство называется –
Без внешней антенны и заземления можно обойтись, модернизировав детекторный приемник – добавив
к нему усилитель высокой частоты(УВЧ).
Приемник прямого усиления.
Это дает возможность расширить область приема, вплоть до диапазона коротких волн.
Минусом здесь является крайняя неустойчивость работы – малейшее снижение уровня обратной
связи ведет к срыву регенерации, повышение чревато самовозбуждением каскада УВЧ.
Поэтому,
Хотя, по правде говоря, существует способ повышения селективности одиночного колебательного
контура. Если связать его, с выходом одного из каскадов УВЧ приемника,
то при определенном уровне положительной обратной связи,
электромагнитные колебания контура на резонансной частоте, перестают быть
затухающими, восстанавливаются – регенерируют.
Это ведет к резкому увеличению добротности контура, и, соответствено – улучшению
его селективности.
Регенеративный приемник.
регенеративные приемники постепенно были вытеснены супергетеродинами.
Существует однако, еще один вид приемников, способных вести прием сигнала во всех
диапазонах и любой модуляции – без детектора.
Приемник прямого преобразования.
Модулированная промежуточная частота отклоняясь от своего среднего значения наводит
колебания(может быть – звуковые) полезного сигнала выделяемые на резисторах R1 и R2.
Кроме того, появляется возможность приема и детектирования частотно – модулированных сигналов
на частотах УКВ, что значительно улушает качество воспроизведения звука.
Самая распостраненная схема частотного детектора – балансная, содержит в себе два контура,
настроенных на несущую частоту с некоторым отклонением – слегка рассогласоваными.
Частота первого из них настраивается несколько выше, а второго – несколько ниже промежуточной
частоты.
Далее, происходит усиление промежуточной частоты каскадами усилителя промежуточной частоты.
Такие каскады имеют повышенный коэффициент усиления только на этой частоте, что исключает
самовозбуждение усилителя.
После усиления промежуточной частоты, происходит детектирование и окончательное усиление полезного сигнала.
Супергетеродин обеспечивает высокую селективность и достаточную чувствительность для работы
во всех радиовещательных диапазонах.
Причем, гетеродин настроен так, что разница между собственной его частотой и частотой
радиосигнала остается примерно неизменной на протяжении всего перестраевомого диапазона.
Это и есть промежуточная частота, которая выделяется в смесителе – каскаде где
обе частоты встречаются.
Причем, полученная таким образом промежуточная частота оказывается промодулированой полезным
сигналом.
Частота генерации гетеродина меняется одновременно с изменением настройки входной частоты.
Для этого применяется двухсекционный конденсатор переменной емкости – одна секция использована
в входном колебательном контуре, вторая – в контуре гетеродина.
гетеродин.
Супергетеродин, приемник с преобразованием частоты – это наиболее распостраненная схема.
Она содержит в себе маломощный генератор колебаний
промежуточной частоты –
Супергетеродин.
Как только частоты полезного сигнала и гетеродина совпадают – на выходе
смесителя возникают биения с частотой модуляции, – т. е. низкочастотная информативная
составляющая. Полученный сигнал можно возпроизвести, после достаточного усиления.
Несмотря на свою простоту и эффективность, схема прямого преобразования получила
лишь ограниченное распостранение – из-за недостаточно высокого качества передачи музыки
и речи.
Речь идет о приемниках прямого преобразования – гетеродинных или синхродинов, как их
еще называют.
Схема синхродина содержит в себе смеситель, гетеродин и усилитель звуковой частоты.
Прием осуществляется следующим образом – полезный сигнал попадает из антенны на смеситель,
куда постоянно подаются высокочастотные колебания от гетеродина(его частоту можно менять). На главную страницу
В начало
Использование каких – либо материалов этой страницы,
допускается при наличии ссылки на сайт “Электрика это просто”.