Radio - Tutto quello che c'è da sapere !

Tipi di modulazione del segnale
Tipi di modulazione del segnale

Radio

Il funzionamento di una radio può essere descritto in diversi passaggi. Un microfono riceve la voce e la trasforma in un segnale elettrico. Il segnale viene quindi elaborato dagli elementi del trasmettitore attraverso diverse fasi e viene ritrasmesso all'antenna del trasmettitore tramite un cavo.

Questo stesso segnale viene convertito dall'antenna trasmittente in onde elettromagnetiche che verranno inviate a un'antenna ricevente. Le onde elettromagnetiche risultanti dalla trasformazione del segnale elettrico prodotto dal microfono viaggiano alla velocità della luce, si riflettono sulla ionosfera per finire in un'antenna ricevente.
I relè terrestri vengono utilizzati per garantire che le onde raggiungano i ricevitori situati lontano dal trasmettitore. Possono essere utilizzati anche i satelliti.

Una volta che le onde elettromagnetiche raggiungono il ricevitore, l'antenna ricevente le trasforma in un segnale elettrico. Questo segnale elettrico viene poi trasmesso al ricevitore tramite un cavo. Viene quindi trasformato in un segnale acustico dagli elementi ricevitori.
Il segnale sonoro così ottenuto viene riprodotto dagli altoparlanti sotto forma di suoni.

Trasmettitore e ricevitore

Il trasmettitore è un dispositivo elettronico. Assicura la trasmissione di informazioni emettendo onde radio. Si compone essenzialmente di tre elementi : il generatore di oscillazione che assicura la conversione della corrente elettrica nell'oscillazione a radiofrequenza,
il trasduttore che assicura la trasmissione delle informazioni attraverso un microfono, e l'amplificatore che, a seconda della frequenza scelta, assicura l'amplificazione della forza delle oscillazioni.

Il ricevitore viene utilizzato per captare le onde emesse dal trasmettitore. È composto da diversi elementi : l'oscillatore, che elabora il segnale in entrata, e quello in uscita, e l'amplificatore, che amplifica i segnali elettrici catturati.
il demodulatore che assicura l'esatta ritrasmissione del suono originale, i filtri che assicurano l'eliminazione dei segnali che potrebbero rovinare la corretta percezione dei messaggi, e l'altoparlante che serve a convertire i segnali elettrici in messaggi sonori in modo che possano essere percepiti dall'uomo.

Promemoria sui diversi modi di trasporto aereo

Portante HF

A volte si sente parlare di "vettore" (carrier in inglese) o "portante HF" senza sapere bene cosa sia. Una portante è semplicemente un segnale che funge da mezzo per trasportare il segnale utile (quello che si desidera trasmettere come voce, musica, dati analogici o digitali).
Quando rimaniamo nel campo delle trasmissioni analogiche, la portante è un segnale sinusoidale semplice e unico. Nel campo della radiodiffusione digitale (DTT e DTT per esempio) ci sono una moltitudine di vettori che condividono le informazioni da trasmettere.
Non parleremo qui del caso di questi multi-carrier. La particolarità di una portante è che oscilla ad una frequenza molto più alta della frequenza massima del segnale da trasmettere. Supponiamo di voler trasmettere un discorso parlato o cantato per 10 km circa
RCA
La presa RCA, nota anche come fonografo o presa cinch, è un tipo molto comune di connessione elettrica. Creato nel 1940, si trova ancora oggi nella maggior parte delle case. Trasmette segnali audio e video. L'acronimo di RCA sta per Radio Corporation of America. Originariamente, la spina RCA è stata progettata per sostituire le vecchie prese telefoniche delle centrali telefoniche manuali.
(o in nero se l'oratore parla velocemente).
Viene utilizzato un singolo trasmettitore che "emette onde" che più ricevitori possono captare contemporaneamente.

Ma la fisica non può essere inventata. Se vuoi trasmettere la voce dell'oratore semplicemente collegando un loop cablato o un'enorme antenna all'uscita dell'amplificatore LF, funzionerà ma non molto lontano (conta pochi metri o anche decine di metri).
Affinché la trasmissione avvenga su una distanza confortevole, è necessario utilizzare un'onda portante, che funge da intermediario e che ha meno difficoltà ad attraversare le distanze. La scelta della frequenza di questa onda portante dipende da :

- il tipo di informazione da trasmettere (voce, radio, notiziario o TV digitale HD),

- prestazioni attese;

- la distanza che si desidera percorrere,

- il rilievo del terreno tra trasmettitore e ricevitore (a partire dai 50 MHz le onde si propagano sempre più in linea retta e temono gli ostacoli),

- il prezzo che l'utente accetta di pagare al fornitore di energia elettrica o al rivenditore di batterie,

- le autorizzazioni che le autorità competenti sono disposte a concederci.

Perché potete immaginare i problemi delle onde che si scontrano se nessuno venisse a mettere un po' d'ordine in questo ! Tutto questo è altamente regolamentato e le gamme di frequenza sono state riservate a questo o quel tipo di trasmissione (CB, radiodiffusione, televisione, telefoni cellulari, radar, ecc.).
Oltre a queste riserve di gamma di frequenza, sono richieste caratteristiche tecniche abbastanza rigorose ai circuiti trasmittenti per limitare il più possibile il rischio di interferenze con altre apparecchiature che non operano necessariamente nelle stesse gamme di frequenza.
Due circuiti trasmettitori vicini che funzionano a frequenze molto alte e vicini l'uno all'altro possono benissimo disturbare un ricevitore che lavora in una gamma di frequenze molto più bassa. Ciò è particolarmente vero se i dispositivi sono fatti in casa e non sono sufficientemente filtrati nell'uscita HF.
In breve, prima di avventurarsi nel campo della radiodiffusione, è meglio avere una certa conoscenza dei rischi di interferenza coinvolti.
Trasmissione in modulazione di frequenza
Trasmissione in modulazione di frequenza

Trasmissione a modulazione di frequenza (FM)

In questa modalità di trasporto, abbiamo una portante la cui ampiezza rimane costante indipendentemente dall'ampiezza del segnale modulante. Invece di cambiare l'ampiezza della portante, viene modificata la sua frequenza istantanea. In assenza di modulazione (ampiezza del segnale modulante pari a zero), la frequenza della portante rimane ad un valore perfettamente definito e stabile, che viene chiamato frequenza centrale.
Il valore dello spostamento della frequenza portante dipende dall'ampiezza del segnale modulante : maggiore è l'ampiezza del segnale modulante, più la frequenza portante è lontana dal suo valore originale. La direzione dello spostamento di frequenza dipende dalla polarità dell'alternanza del segnale modulante.
Per un'alternanza positiva la frequenza della portante viene aumentata, mentre per un'alternanza negativa la frequenza della portante viene diminuita. Ma questa scelta è arbitraria, potremmo benissimo fare il contrario ! La quantità di variazione della frequenza portante è chiamata deviazione di frequenza.
La deviazione di frequenza massima può assumere valori diversi, ad esempio +/-5 kHz per una frequenza portante di 27 MHz o +/-75 kHz per una frequenza portante di 100 MHz.
I grafici seguenti mostrano un segnale modulante con una frequenza fissa di 1 kHz che modula una portante di 40 kHz (la scala orizzontale è ben dilatata per vedere meglio cosa sta succedendo su tutte le variazioni).

Segnale audio reale

Se sostituiamo il segnale modulante fisso di 1 kHz con un segnale audio reale, questo è quello che sembra.
Questa seconda serie di curve è abbastanza eloquente, almeno per la curva verde per la quale la deviazione di frequenza massima è molto chiara perché è "ben regolata". Se facciamo la corrispondenza tra il segnale modulante (curva gialla) e la portante modulata (curva verde), possiamo vedere perfettamente che le variazioni dell'ampiezza della portante sono più lente
- che corrisponde bene ad una frequenza più bassa - quando il segnale modulante è al suo valore più basso (picco negativo).
D'altra parte, la frequenza massima della portante si ottiene per i picchi positivi del segnale modulante (un po' meno facile da vedere sulle curve, ma lo sentiamo con le parti più "piene").
Allo stesso tempo, l'ampiezza massima della portante rimane perfettamente costante, non c'è modulazione di ampiezza correlata al segnale sorgente modulante.
Un ricevitore radio può essere semplice
Un ricevitore radio può essere semplice

Ricevimento

Per realizzare un ricevitore FM, puoi cavartela con pochi transistor o con un singolo circuito integrato (un TDA7000 per esempio). Ma in questo caso otteniamo una qualità di ascolto standard. Per un ascolto "high-end", bisogna fare di tutto e conoscere bene l'argomento. E questo è ancora più vero quando si tratta di decodificare un segnale audio stereo.
E sì, senza un decoder stereo, hai un segnale mono in cui i canali sinistro e destro sono mescolati (se il programma radiofonico viene trasmesso in stereo ovviamente). Dal punto di vista delle alte frequenze, il segnale sorgente non è visibile nell'ampiezza della portante e non ci si può accontentare di un raddrizzatore/filtro come quello utilizzato in un ricevitore AM.
Poiché il segnale utile è "nascosto" nelle variazioni di frequenza della portante, è necessario trovare un modo per trasformare queste variazioni di frequenza in variazioni di tensione, un processo che è l'opposto (specchio) di quello utilizzato per la trasmissione.

Il sistema che svolge questa funzione è chiamato discriminatore FM e consiste fondamentalmente in un circuito oscillante (e risonante) la cui risposta in frequenza/ampiezza è a forma di "campana". Per la funzione di discriminazione, è possibile utilizzare componenti discreti (piccoli trasformatori, diodi e condensatori) o un circuito integrato specializzato (SO41P per esempio).

Trasmissione digitale

Nella sua applicazione più semplice, una trasmissione digitale dà alla portante la possibilità di avere due possibili stati che corrispondono a uno stato logico alto (valore 1) o uno stato logico basso (valore 0).
Questi due stati possono essere identificati da una diversa ampiezza della portante (ovvia analogia da fare con la modulazione di ampiezza), o da un diverso valore della sua frequenza (modulazione di frequenza).
In modalità AM, ad esempio, possiamo decidere che un tasso di modulazione del 10% corrisponde a uno stato logico basso e che un tasso di modulazione del 90% corrisponde a uno stato logico alto.

In modalità FM, ad esempio, è possibile decidere che la frequenza centrale corrisponda a uno stato logico basso e che una deviazione di frequenza di 10 kHz corrisponda a uno stato logico alto.
Se si desidera trasmettere una grande quantità di informazioni digitali in un tempo molto breve e con una forte protezione contro gli errori di trasmissione (rilevamento e correzione avanzata degli errori), è possibile trasmettere più vettori contemporaneamente e non solo uno.
Ad esempio, 4 corrieri, 100 vettori o più di 1000 vettori.
Questo è ciò che viene fatto, ad esempio, per la televisione digitale terrestre (DTT) e la radio digitale terrestre (DTT).

Nei vecchi telecomandi per modelli in scala, si poteva utilizzare una funzione di trasmissione digitale molto semplice : attivazione o disattivazione della portante HF del trasmettitore, con un ricevitore che rilevava semplicemente la presenza o l'assenza della portante (senza portante avevamo molto fiato quindi "BF" di alto volume,
e in presenza di un portatore, il respiro è scomparso, il segnale "BF" è scomparso).
In altri tipi di controllo remoto è stato implementato un principio di "proporzionalità" che ha permesso di trasmettere più informazioni in fila, semplicemente utilizzando quelle monostabili che producono slot di durata variabile. La durata degli impulsi ricevuti corrispondeva a valori "numerici" ben precisi.

Trasmissione vocale o musicale

La trasmissione del parlato non richiede una grande qualità del suono, purché si tratti di trasmettere un messaggio informativo. La cosa principale è che capiamo ciò che viene detto. D'altra parte, ci aspettiamo di più dalla qualità della trasmissione quando si tratta della voce o della musica di un cantante.
Per questo motivo, i metodi di trasmissione utilizzati per una coppia di citofoni o walkie-talkie e quelli utilizzati per la trasmissione non si basano su regole rigorosamente identiche. Non si può dire di avere un suono necessariamente migliore con la trasmissione in modulazione di frequenza rispetto a quello trasmesso in modulazione di ampiezza (AM in francese, AM in inglese).
Anche se è ovvio che il tuo sintonizzatore hi-fi dà risultati migliori sulla banda FM 88-108 MHz. Se vuoi, puoi fare abbastanza bene in AM e puoi fare molto male in FM. Proprio come si può fare un ottimo audio analogico e un pessimo audio digitale.
Se vuoi trasmettere musica da una stanza all'altra della tua casa o dal garage al giardino, puoi costruire un piccolo trasmettitore radio in grado di trasmettere sulla banda FM o sulla banda delle piccole onde (PO in francese, MW in inglese), nel qual caso un ricevitore commerciale può fare il complemento.
In FM si otterranno risultati audio migliori, semplicemente perché gli standard di trasmissione forniscono una larghezza di banda molto diversa da quella disponibile nelle bande AM (GO, PO e OC). Anche la maggiore sensibilità di un ricevitore AM alle interferenze ambientali (atmosferiche e industriali) ha molto a che fare con questo.

Trasmissione dati analogica "lenta"

In questo caso si tratta di trasmettere un valore analogico come una temperatura, una corrente, una pressione, una quantità di luce, ecc., che verrà prima trasformato in una tensione continua proporzionale ad esso.
Esistono diversi metodi e, naturalmente, ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi, è possibile utilizzare la modulazione di ampiezza o la modulazione di frequenza. Il termine modulazione di ampiezza o modulazione di frequenza è un po' esagerato poiché se il valore analogico da trasmettere non varia,
La portante conserva le sue caratteristiche di ampiezza e frequenza che corrispondono al valore da trasmettere in corso. Ma dobbiamo parlare della grandezza che varia. In effetti, non è più difficile trasmettere informazioni che variano poco (se non del tutto) rispetto alle informazioni che variano rapidamente.
Ma non è sempre possibile utilizzare un classico trasmettitore radio AM o FM (disponibile in commercio o in kit) perché quest'ultimo potrebbe benissimo avere un filtro passa-basso in ingresso che limita le basse variazioni di tensione.

E se un condensatore di collegamento viene impiantato nel percorso del segnale di ingresso, l'operazione è semplicemente impossibile ! Modificare un emettitore di questo tipo per renderlo "compatibile" non è detto che sia sempre facile...
che può comportare la progettazione di un gruppo trasmettitore/ricevitore specializzato per l'operazione.
Ma se guardiamo il problema di lato, ci rendiamo conto che possiamo benissimo trasmettere un segnale la cui ampiezza, a seconda del valore della tensione continua da trasmettere, fa variare essa stessa la portante. E se il segnale modulante intermedio si trova all'interno della banda udibile (ad es. tra 100 Hz e 10 kHz), si può prendere nuovamente in considerazione l'uso di un trasmettitore radio convenzionale.

Come si può vedere, un semplice convertitore di tensione/frequenza sul lato della trasmissione e il suo complemento un convertitore di frequenza/tensione sul lato del ricevitore è una soluzione tra gli altri esempi.

Trasmissione digitale dei dati

Fare attenzione a non confondere "trasmissione digitale" e "trasmissione digitale di dati". Possiamo trasmettere informazioni analogiche con una modalità di trasmissione digitale, così come possiamo trasmettere dati digitali con una modalità di trasmissione analogica, anche se per quest'ultimo caso possiamo discuterne.
Per trasmettere dati digitali con una modalità di trasmissione analogica, si può presumere che i livelli elettrici dei segnali digitali corrispondano al minimo e al massimo di un segnale analogico.
Attenzione però alla forma dei segnali digitali, che se veloci e quadrati, possono contenere un alto tasso di armoniche che non necessariamente possono essere digerite dal trasmettitore.
Può essere necessario trasmettere i dati digitali con segnali aventi una "forma analogica" come il seno. Se i dati digitali da trasmettere sono molto importanti (ad esempio un accesso sicuro con codice di accesso), è necessario prendere alcune precauzioni.

In nessun caso, infatti, si può ritenere che la trasmissione da un punto all'altro sia esente da difetti, e parte delle informazioni trasmesse potrebbero benissimo non arrivare mai o arrivare distorte e inutilizzabili.
Le informazioni trasmesse possono quindi essere integrate da informazioni di controllo (CRC per esempio) o semplicemente essere ripetute due o tre volte di seguito.
https : //onde-numerique.fr/la-radio-comment-ca-marche/

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