Физика 11 класс "Принципы радиотелефонной связи"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 7» г. Бердск

Принципы радиотелефонной связи

11 класс

Учитель физики И.В.Торопчина

Лицей №7

г. Бердск

Радиосвязь – передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов .

• Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было изобретение американским радиоинженером Де Форестом в 1906 г. электронной лампы — триода. На основе триода был создан в 1913 г. ламповый генератор незатухающих электрических колебаний. Благодаря этому, кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов электромагнитных волн, стала возможной надежная и высококачественная радиотелефонная связь — передача речи и музыки с помощью электромагнитных волн.

Принципы радиосвязи

Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

Основные принципы радиосвязи

Принципы радиосвязи

• При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне преобразуются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы.
• Колебания звуковой частоты — это медленные колебания. Энергия, излучаемая в единицу времени, пропорциональна четвертой степени частоты. Поэтому, электромагнитные волны низкой частоты практически не излучаются.
• Высокочастотные волны интенсивно излучаются, но не несут с собой необходимой информации.
• Электрические колебания звуковой частоты такую информацию несут, но электромагнитные волны таких частот не излучаются.
• Для передачи используются высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором. Колебания же низкой (звуковой) частоты применяют для изменения высокочастотных колебаний, для их модуляции .

Блок схема радиопередающего устройства

Модуляция

Модуляцией электромагнитной волны называется изменение ее характеристик (амплитуды, частоты или фазы) при помощи колебаний с частотами, значительно меньшими частоты самой электромагнитной волны.

Виды модуляции

амплитудная

фазовая

частотная

Частота исходной (немодулированной) волны называется несущей частотой . Частота изменения характеристик волны при модуляции — частотой модуляции.

Без модуляции нет никакой передачи — ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизионной. В лучшем случае можно лишь констатировать, работает станция или нет .

Модуляция

• Для передачи звука высокочастотные колебания изменяют, модулируют, с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты.
• Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией.

Модуляция -изменение высокочастотных колебаний, вырабатываемых генератором, с помощью электрических колебаний звуковой частоты .

Генератор выдаёт электромагнитную

волну с частотой более 200 кГц.

Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний

Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний достигается специальным воздействием на генератор высокочастотных незатухающих колебаний. Модуляцию можно осуществить, изменяя на колебательном контуре напряжение, создаваемое источником.

Генератор высокой частоты соединяется со специальным модулирующим устройством.

Модулирующее

устройство

ГВЧ

Микрофон

На выходе модулирующего устройства образуется высокочастотная электромагнитная волна, амплитуда которой меняется в зависимости от колебаний звуковой частоты.

Модулирующее

устройство

Передающая

антенна

ГВЧ

ГВЧ

Модулирующее

устройство

Модуляция. Амплитудная модуляция

На рисунке приведены три графика:

• график колебаний высокой частоты, которую называют несущей частотой;
• график колебаний звуковой частоты,

т. е. модулирующих

колебаний;

• график модулированных по амплитуде колебаний

Как осуществляется амплитудная модуляция

• Для осуществления амплитудной модуляции можно использовать генератор на транзисторе, к которому добавлен модулятор.
• Модулятор состоит из микрофона и источника тока, соединенных последовательно с первичной обмоткой L 1 трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора L 2 присоединена параллельно к конденсатору С контура в цепи базы транзистора. Конденсатор С имеет малое сопротивление для переменного тока высокой частоты, текущего по обмотке катушки обратной связи L.

Вторичная обмотка трансформатора L 2 имеет большое индуктивное сопротивление. Поэтому переменные токи высокой частоты, вырабатываемые генератором, проходят через конденсатор С, не ответвляясь в цепь микрофона модулятора. В результате генератор работает так же, как и в отсутствие модулирующей цепи.

Как осуществляется амплитудная модуляция

Если микрофон отключен, то генератор вырабатывает гармонические колебания: i=I m0 sin ω t

где ω — несущая частота, а I m0 — постоянная амплитуда колебаний.

При включенном микрофоне звуковые волны возбуждают в его цепи электрические токи низкой частоты. Для этих токов конденсатор обладает большим сопротивлением. Поэтому переменное напряжение, создаваемое на концах обмотки L 2 трансформатора, оказывается целиком приложенным к участку цепи база—эмиттер. Медленные колебания этого напряжения приводят к медленному изменению амплитуды высокочастотных колебаний в цепи контура генератора.

Модуляция

Детектирование

• В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием.
• Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук.

• Детектирование - процесс выделения из модулированных колебаний высокой частоты низкочастотных колебаний.

Детектирование

Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усиления не способен непосредственно вызвать колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя со звуковой частотой. Он может вызвать только высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. Поэтому в приемнике необходимо сначала из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты, т. е. провести детектирование.

Блок схема радиоприемного устройства

Модулированную электромагнитную волну ловит приёмная антенна. Но услышать звук мы не можем, т.к. громкоговоритель радиоприёмника не воспроизводит высокочастотные колебания. Необходимо произвести детектирование.

Детектирование – получение звука из высокочастотного модулированного сигнала.

Громкоговоритель

Приёмная

антенна

Детектор

Детектирование

Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с

односторонней проводимостью — детектор (полупроводниковый диод).

Диод пропускает ток только в одном направлении, следовательно он отрежет от высокочастотной электромагнитной волны только те колебания, которые идут в одном направлении.

Ток, проходящий через диод, попадает на развилку: громкоговоритель – конденсатор. Амплитуда колебаний в отсечённой части электромагнитной волны уменьшается вдвое. При этом в момент обратного тока, когда его значение в цепи равно 0, конденсатор поддерживает ток через громкоговоритель.

В итоге громкоговоритель воспринимает пульсирующий ток, амплитуда которого совпадает с колебаниями звуковой волны.

Простейший радиоприемник

Простейший детекторный радиоприёмник состоит из детектора и приёмной антенны, которая соединяется с колебательным контуром. Путём изменения ёмкости конденсатора КК изменяется период колебаний КК и длина принимаемой электромагнитной волны .

Детектор

Колебательный

контур

Спасибо за внимание!