Принцип радіотелефонного зв'язку. Найпростіший радіоприймач. Радіолокація. Поняття про телебачення. Розвиток засобів зв'язку

В історії людства одним з перших засобів зв'язку були сигнальні вогнища, в Стародавній Греції вже застосовувався найпростіший код - вогнищевий дим трьох кольорів. За допомогою кольорових сполучень можна було передавати інформацію. За часів Ньютона з'явилися підзорні труби, що дозволило створити систему вогнищевої зв'язку з ретрансляторами, що знаходяться на відстані, більшій 10 км. Першим пристроєм оптичного зв'язку вважається Семафорний телеграф Шаппа, що з'явився в 1791 р До 1840 р в період найвищого розквіту семафорного телеграфу, загальна протяжність його мережі становила приблизно 5000 км, вона охоплювала всю Європу. Найдовша лінія такого «оптичного» телеграфу протяжністю 1200 км була побудована в 1839 р між Петербургом і Варшавою. Початок розвитку електрозв'язку було покладено в 1837 р, коли американським художником і винахідником С. Морзе був створений телеграфний апарат. Телеграфні дроти, підвішені на стовпах, простягалися на багато кілометрів. У 1876 р американським інженером А.Г. Беллом був винайдений телефон. Досліди Герца відкрили перед людством можливість застосування радіохвиль для здійснення зв'язку. Наш урок присвячений радіотелефонного зв'язку, ми розглянемо питання, пов'язані з радіотелефонного зв'язком, телебаченням і радіолокації

Першу передачу інформації на відстані здійснив російський вчений Олександр Степанович Попов (рис. 1).

Мал. 1. Олександр Степанович Попов ( джерело )

Для цієї мети А.С. Попов використовував відому всім азбуку Морзе. Саме йому вдалося здійснити радіозв'язок, тобто передачу інформації за допомогою електромагнітних хвиль. Вона полягала в тому, що за допомогою точок і тире повідомлялася якась інформація.

Чим же відрізняється телефонна радіозв'язок від радіозв'язку?

Радіотелефонного зв'язком ми називаємо передачу інформації, мови, музики на великі відстані за допомогою електромагнітних хвиль. Принцип радіотелефонного зв'язку полягає в наступному: в передавальної антени створюється високочастотний змінний електричний струм, цей струм навколо передавальної антени створює змінне електромагнітне поле, яке поширюється у вигляді електромагнітних хвиль. Така хвиля, потрапляючи на приймальну антену, збуджує в приймальні антени струм тієї ж частоти, що і було зроблено при випромінюванні, і таким чином здійснюється радіозв'язок, тобто за допомогою електромагнітних хвиль. Для того щоб забезпечити таку зв'язок, потрібні спеціальні пристрої. За часів А.С. Попова і Генріха Герца, який вперше здійснив випромінювання електромагнітної хвилі і її прийом, джерела електромагнітних коливань були дуже слабкі, і тому на великі відстані електромагнітна хвиля поширюватися не могла. Проте А.С. Попову вдалося здійснити зв'язок на відстані більше 70 кілометрів.

У наш час радіозв'язок здійснюється по всій земній кулі, навіть за його межами. Питання з виробництвом високочастотних коливань було вирішено в 1913 році, коли був створений генератор незатухаючих електромагнітних коливань (рис. 2).

Мал. 2. Генератор незатухаючих електромагнітних коливань ( джерело )

Головною частиною генератора є трьохелектродна лампа - тріод, яка складається з трьох частин: анод, сітка і катод. Ось така лампа є основною частиною будь-якого генератора незатухаючих коливань.

Розглянемо схему пристрою передавача електромагнітних хвиль або передавального пристрою (рис. 3):

Мал. 3. Передавач електромагнітних хвиль ( джерело )

В першу чергу це генератор високої частоти (ГВЧ), з'єднаний з модулятором (М), на який надходить звук від мікрофона. У мікрофоні механічні коливання, звукові коливання перетворюються в електричні коливання низької частоти, і ці коливання від генератора високої частоти і мікрофона з'єднуються в модуляторі.

Після підсилювача (У) промодулірованний сигнал надходить на передавальну антену, і вже цей сигнал виходить в ефір.

Слово «модуляція» означає «розміреність». Розглянемо, як здійснюється модуляція в передавальної частини і з чого вона складається (рис. 4).

Мал. 4. Модуляція в передавальної частини ( джерело )

На першій частині рисунка зображені високочастотні коливання, по вертикалі розташовано напруга (U1), яке змінюється синусоидально і за дуже маленький проміжок часу проходить дуже багато коливань.

Друга частина малюнка відповідає електричним сигналам, що надходять на модулятор від мікрофона, це низькочастотні сигнали.

Коли в модуляції відбувається об'єднання цих сигналів, ми спостерігаємо високочастотну складову, яка змінюється по амплітуді відповідно сигналам низьких частот.

Цей процес називається амплітудна модуляція.

Сьогодні амплітудна модуляція - добре вивчений і відпрацьований елемент, тому дуже часто використовується в радіозв'язку, тобто коли ми слухаємо радіо, ми використовуємо амплітудно-модульований сигнал.

Існують і інші способи модуляції: частотна модуляція або фазова модуляція, вони теж знайшли своє застосування.

Сигнал, який ми створили, промодулірованной, відправили в ефір, повинен прийти до приймача цього сигналу і, відповідно, отримати звукову частоту, яку можна було б перетворити на звук і послухати. Подивимося, з яких же складових складається приймальня частина і які перетворення відбуваються в цій частині (рис. 5).

Мал. 5. Приймальна частина ( джерело )

Приймальна частина в першу чергу складається з прийомної антени, далі детекторний приймач або детектор (Д). Сигнал, отриманий антеною, надходить на детектор, де відбувається процес відділення високочастотної складової від низькочастотної, надалі сигнал, відповідний низькій частоті, посилюється в підсилювачі низької частоти (УНЧ) і далі надходить на динамік, який відтворює звук.

Саме в детекторному радіоприймачі виробляються відділення високочастотної складової від низькочастотної, та найвища частота, яку ми отримуємо в генераторі, є несучою частотою. Саме на цю частоту повинен бути налаштований коливальний контур приймача.

Розглянемо пристрій детекторного радіоприймача (рис. 6):

Мал. 6. Детекторний радіоприймач ( джерело )

Основною частиною будь-якого радіоприймача є настроювальний закритий коливальний контур, що складається з котушки індуктивності і конденсатора зі змінною ємністю, змінюючи ємність конденсатора, ми налаштовуємося на потрібну нам хвилю. Безпосередньо до самого контуру приєднується приймальня антена. Роль детектора виконує напівпровідниковий діод, сигнал надходить з великими перешкодами, і тому необхідний фільтр (в даному випадку це конденсатор) який не тільки прибирає перешкоди, але і робить згладжування пульсуючого струму. Далі сигнал надходить через опір на динамік. Схема детекторного радіоприймача дуже часто пов'язана з питанням: а де ж береться енергія для роботи приймача? Детекторний радіоприймач працює від енергії прийнятих електромагнітних хвиль, для нього не потрібно ніякого додаткового джерела. Якщо антена буде дуже короткою, то ніякого сигналу ми не почуємо, тому що енергія, отримана приймальні антеною, буде невелика. Тому для стійкої роботи приймача антена повинна бути досить довгою. Сьогодні розроблені різні системи антен всередині самого приймача.

Звернемося до процесів, що відбуваються всередині системи (рис. 7).

Мал. 7. Процеси, що відбуваються всередині системи ( джерело )

На приймальну антену надходить промодулірованний сигнал, який, пройшовши настроювальний контур, потрапляє на детектор, утворюється пульсуючий струм, діод пропускає струм тільки в одному напрямку, тому утворюється лише верхня частина від сигналу, який приходить. Фільтр (конденсатор), кожні півперіоду заряжаясь і разряжаясь, призводить до того, що утворюється згладжування і з'являється лінія, яка відповідає низькочастотної складової. Після електричного опору в схемі детекторного радіоприймача ми отримуємо електричний сигнал, відповідний низькочастотної складової. Саме цей сигнал надходить в динамік, і вже безпосередньо динамік перетворює сигнал в механічну хвилю, яку ми називаємо звуком.

У питаннях телебачення ситуація схожа, тільки виникають додаткові труднощі - на модулятор необхідний ще один сигнал, який несе інформацію про зображення. Якщо це все поєднати і послати в ефір, то телеприймач, приймаючи такий сигнал, повинен розділити його на три частини: звук, зображення і керуючий сигнал, адже повинна відбуватися синхронізація звуку, зображення і саме зображення має бути абсолютно чітким.

Крім телебачення і радіомовлення, дуже важливе значення в нашому житті має радіолокація. Радіолокація - це визначення і виявлення місця розташування різних об'єктів за допомогою радіохвиль.

Радіолокація широко поширена в радіозв'язку. Радіолокація здійснюється за допомогою приладу - радіолокатора (радара) (рис. 8).

Мал. 8. Радар ( джерело )

У радарах антени передає і приймальна пов'язані один з одним, радіолокатор - це комбінація приймача і передавального пристрою. Працює радіолокатор в імпульсному режимі (рис. 9).

Мал. 9. Принцип роботи радіолокатора ( джерело )

Імпульсний режим становить одну мільйонну секунди. Посилається сигнал - і радар автоматично перемикається на прийом цього сигналу, якості роботи радара засновані на тому, що електромагнітна хвиля здатна відбиватися від поверхні. Ось цей відбитий сигнал радар і приймає в той момент часу, коли він працює на прийом. Відстань до цілі за допомогою радара визначаються за формулою, яку використовують

при розрахунках:

S = з · Δt / 2

У цій формулі представлено відстань до цілі (S), швидкість електромагнітної хвилі (с) - величина постійна і відповідає швидкості в 300 000 км / с, час від моменту подачі сигналу до моменту прийому сигналу, поділене навпіл, так як сигнал йде до мети і назад. Радіолокація використовується не тільки на землі, але і в астрономії для забезпечення взаємозв'язку між різними космічними тілами і Землею. Визначення відстані до Місяця було здійснено за допомогою радіолокатора. Був посланий сигнал, отриманий відбитий сигнал, в результаті чого уточнили відстань від Землі до Місяця.

Сьогодні в астрономії радіолокація займає своє особливе місце, радіоастрономія - це один з видів дуже серйозних, що швидко частин науки.

Ми розглянули принцип радіотелефонного зв'язку, телебачення і радіолокацію. На наступному уроці обговоримо властивості електромагнітних вузлів.

Список літератури

1. Тихомирова С.А., Яворський Б.М. Фізика (базовий рівень) - М .: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. - М .: Мнемозина, 2014.
3. Кикоин І.К., Кикоин А.К. Фізика-9. - М .: Просвещение, 1990..

Домашнє завдання

1. Дати визначення радіотелефонного зв'язку.
2. Який принцип роботи радіотелефонного зв'язку?
3. Який принцип роботи радіолокатора?

Додаткові рекомендовані посилання на ресурси мережі Інтернет

1. Інтернет-портал Ucheba-legko.ru ( джерело ).
2. Інтернет-портал All-he.ru ( джерело ).
3. Інтернет-портал Femto.com.ua ( джерело ).