Radio - Alles wat je moet weten !

Soorten signaalmodulatie
Soorten signaalmodulatie

Radio

De werking van een radio kan in verschillende stappen worden beschreven. Een microfoon ontvangt de stem en zet deze om in een elektrisch signaal. Het signaal wordt vervolgens door zenderelementen in verschillende fasen verwerkt en via een kabel teruggestuurd naar de zenderantenne.

Ditzelfde signaal wordt door de zendantenne omgezet in elektromagnetische golven die naar een ontvangstantenne worden gestuurd. De elektromagnetische golven die het gevolg zijn van de transformatie van het elektrische signaal dat door de microfoon wordt geproduceerd, reizen met de snelheid van het licht, reflecteren op de ionosfeer om in een ontvangstantenne terecht te komen.
Terrestrische relais worden gebruikt om ervoor te zorgen dat de golven ontvangers bereiken die zich ver van de zender bevinden. Satellieten kunnen ook worden gebruikt.

Zodra de elektromagnetische golven de ontvanger bereiken, zet de ontvangstantenne ze om in een elektrisch signaal. Dit elektrische signaal wordt vervolgens via een kabel naar de ontvanger gestuurd. Het wordt vervolgens door de ontvangerelementen omgezet in een akoestisch signaal.
Het geluidssignaal dat op deze manier wordt verkregen, wordt door de luidsprekers weergegeven in de vorm van geluiden.

Zender en ontvanger

De zender is een elektronisch apparaat. Het zorgt voor de overdracht van informatie door radiogolven uit te zenden. Het bestaat in wezen uit drie elementen : de oscillatiegenerator die zorgt voor de omzetting van de elektrische stroom in de radiofrequentie-oscillatie,
de transducer die zorgt voor de overdracht van informatie via een microfoon, en de versterker die, afhankelijk van de gekozen frequentie, zorgt voor de versterking van de kracht van de oscillaties.

De ontvanger wordt gebruikt om de golven op te vangen die door de zender worden uitgezonden. Het bestaat uit verschillende elementen : de oscillator, die het inkomende signaal verwerkt, en de uitgaande, en de versterker, die de opgevangen elektrische signalen versterkt.
de demodulator die zorgt voor de exacte doorgifte van het originele geluid, de filters die zorgen voor de eliminatie van signalen die de juiste perceptie van de berichten zouden kunnen bederven, en de luidspreker die dient om de elektrische signalen om te zetten in geluidsberichten zodat ze door mensen kunnen worden waargenomen.

Herinneringen over de verschillende vormen van luchtvervoer

HF-drager

We horen wel eens over "vervoerder" (carrier in het Engels) of "HF carrier" zonder echt te weten wat het is. Een draaggolf is gewoon een signaal dat dient als medium om het nuttige signaal te dragen (het signaal dat u wilt verzenden, zoals spraak, muziek, analoge of digitale gegevens).
Als we op het gebied van analoge transmissies blijven, is de drager een eenvoudig en uniek sinusvormig signaal. Op het gebied van digitale uitzendingen (DTT en DTT bijvoorbeeld) zijn er een groot aantal vervoerders die de uit te zenden informatie delen.
We zullen het hier niet hebben over het geval van deze multi-carriers. Het bijzondere van een draaggolf is dat deze oscilleert met een veel hogere frequentie dan de maximale frequentie van het uit te zenden signaal. Stel dat u een gesproken of gezongen toespraak 10 km in de omtrek wilt overbrengen (of in het zwart als de spreker snel spreekt).
Er wordt gebruik gemaakt van een enkele zender die "golven uitzendt" die meerdere ontvangers tegelijkertijd kunnen oppikken.

Maar natuurkunde kan niet worden uitgevonden. Als je de stem van de spreker wilt overbrengen door simpelweg een bedrade lus of een enorme antenne aan te sluiten op de uitgang van de LF-versterker, zal het werken, maar niet erg ver (tel een paar meter of zelfs tientallen meters).
Om de transmissie over een comfortabele afstand te laten plaatsvinden, moet een draaggolf worden gebruikt, die als tussenpersoon fungeert en die minder moeite heeft om afstanden te overbruggen. De keuze van de frequentie van deze draaggolf hangt af van :

- de aard van de uit te zenden informatie (spraak, radio, nieuws of digitale HD-televisie);

- verwachte prestaties;

- de afstand die u wilt afleggen,

- het reliëf van het terrein tussen zender en ontvanger (vanaf 50 MHz planten de golven zich steeds meer in een rechte lijn voort en vrezen obstakels),

- de prijs die u bereid bent te betalen aan uw elektriciteitsleverancier of wederverkoper van batterijen,

- vergunningen die de bevoegde autoriteiten bereid zijn ons te verlenen.

Want je kunt je de problemen voorstellen van de golven die botsen als niemand zou komen om hier een beetje orde in te brengen ! Dit alles is sterk gereguleerd en er zijn frequentiebereiken gereserveerd voor dit of dat type transmissie (CB, radio-uitzendingen, televisie, mobiele telefoons, radars, enz.).
Naast deze reserveringen van het frequentiebereik worden vrij strikte technische kenmerken vereist van de zendcircuits om het risico op interferentie met andere apparatuur die niet noodzakelijkerwijs in hetzelfde frequentiebereik werkt, zoveel mogelijk te beperken.
Twee naburige zendercircuits die op zeer hoge frequenties en dicht bij elkaar werken, kunnen heel goed een ontvanger blokkeren die in een veel lager frequentiebereik werkt. Vooral als de apparaten zelfgemaakt zijn en ze onvoldoende gefilterd zijn in HF-output.
Kortom, voordat u zich op het gebied van de omroep waagt, is het beter om enige kennis te hebben van de risico's van interferentie.
Frequentiemodulatie transmissie
Frequentiemodulatie transmissie

Frequentiemodulatie (FM)-transmissie

In deze manier van transport hebben we een drager waarvan de amplitude constant blijft, ongeacht de amplitude van het modulerende signaal. In plaats van de amplitude van de draaggolf te veranderen, wordt de momentane frequentie gewijzigd. Bij afwezigheid van modulatie (amplitude van het modulerende signaal gelijk aan nul), blijft de frequentie van de draaggolf op een perfect gedefinieerde en stabiele waarde, die de middenfrequentie wordt genoemd.
De waarde van de draaggolffrequentieverschuiving hangt af van de amplitude van het modulerende signaal : hoe groter de amplitude van het modulerende signaal, hoe verder de draaggolffrequentie verwijderd is van de oorspronkelijke waarde. De richting van de frequentieverschuiving hangt af van de polariteit van de afwisseling van het modulerende signaal.
Bij een positieve afwisseling wordt de frequentie van de drager verhoogd, en bij een negatieve afwisseling wordt de frequentie van de drager verlaagd. Maar deze keuze is willekeurig, we zouden heel goed het tegenovergestelde kunnen doen ! De mate van variatie in de draaggolffrequentie wordt de frequentieafwijking genoemd.
De maximale frequentieafwijking kan verschillende waarden aannemen, bijvoorbeeld +/-5 kHz voor een draaggolffrequentie van 27 MHz of +/-75 kHz voor een draaggolffrequentie van 100 MHz.
De volgende grafieken tonen een modulerend signaal met een vaste frequentie van 1 kHz dat een draaggolf van 40 kHz moduleert (de horizontale schaal is goed verwijd om beter te kunnen zien wat er gebeurt op alle variaties).

Echt audiosignaal

Als we het vaste modulerende signaal van 1 kHz vervangen door een echt audiosignaal, ziet het er zo uit.
Deze tweede reeks curves is veelzeggend, althans voor de groene curve waarvoor de maximale frequentieafwijking heel duidelijk is omdat deze "goed afgesteld" is. Als we de correspondentie maken tussen het modulerende signaal (gele curve) en de gemoduleerde draaggolf (groene kromme), kunnen we perfect zien dat de variaties in de amplitude van de draaggolf langzamer zijn
- wat goed overeenkomt met een lagere frequentie - wanneer het modulerende signaal op zijn laagste waarde staat (negatieve piek).
Aan de andere kant wordt de maximale frequentie van de draaggolf verkregen voor de positieve pieken van het modulerende signaal (iets minder gemakkelijk te zien in de bochten, maar we voelen het met de meest "gevulde" delen).
Tegelijkertijd blijft de maximale amplitude van de draaggolf perfect constant, er is geen amplitudemodulatie gerelateerd aan het modulerende bronsignaal.
Een radio-ontvanger kan eenvoudig zijn
Een radio-ontvanger kan eenvoudig zijn

Receptie

Om een FM-ontvanger te maken, kun je volstaan met een paar transistors of met een enkele geïntegreerde schakeling (bijvoorbeeld een TDA7000). Maar in dit geval krijgen we een standaard luisterkwaliteit. Voor een "high-end" luisterervaring moet je alles uit de kast halen en het onderwerp goed kennen. En dit geldt nog meer als het gaat om het decoderen van een stereo-audiosignaal.
En ja, zonder stereodecoder heb je een monosignaal waarbij de linker- en rechterzender worden gemixt (als het radioprogramma in stereo wordt uitgezonden natuurlijk). Vanuit het oogpunt van hoge frequenties is het bronsignaal niet zichtbaar in de amplitude van de draaggolf en kun je niet tevreden zijn met een gelijkrichter/filter zoals die in een AM-ontvanger wordt gebruikt.
Aangezien het nuttige signaal "verborgen" is in de frequentievariaties van de draaggolf, moet een manier worden gevonden om deze frequentievariaties om te zetten in spanningsvariaties, een proces dat het tegenovergestelde (spiegel) is van het proces dat voor transmissie wordt gebruikt.

Het systeem dat deze functie vervult, wordt een FM-discriminator genoemd en bestaat in feite uit een oscillerend (en resonant) circuit waarvan de frequentie/amplituderespons de vorm heeft van een "bel". Voor de discriminatiefunctie kunnen discrete componenten (kleine transformatoren, diodes en condensatoren) of een gespecialiseerde geïntegreerde schakeling (bijvoorbeeld SO41P) worden gebruikt.

Digitale transmissie

In zijn eenvoudigste toepassing geeft een digitale transmissie de drager de mogelijkheid om twee mogelijke toestanden te hebben die overeenkomen met een hoge logische toestand (waarde 1) of een lage logische toestand (waarde 0).
Deze twee toestanden kunnen worden geïdentificeerd door een verschillende amplitude van de draaggolf (voor de hand liggende analogie met amplitudemodulatie), of door een andere waarde van de frequentie (frequentiemodulatie).
In de AM-modus kunnen we bijvoorbeeld besluiten dat een modulatiesnelheid van 10% overeenkomt met een lage logische toestand en dat een modulatiesnelheid van 90% overeenkomt met een hoge logische toestand.

In de FM-modus kunt u bijvoorbeeld besluiten dat de middenfrequentie overeenkomt met een lage logische toestand en dat een frequentieafwijking van 10 kHz overeenkomt met een hoge logische toestand.
Als u in zeer korte tijd en met een sterke bescherming tegen transmissiefouten (geavanceerde foutdetectie en -correctie) een zeer grote hoeveelheid digitale informatie wilt verzenden, kunt u meerdere dragers tegelijk verzenden en niet slechts één.
Bijvoorbeeld 4 vervoerders, 100 vervoerders of meer dan 1000 vervoerders.
Dit is wat er bijvoorbeeld wordt gedaan voor digitale terrestrische televisie (DTT) en digitale terrestrische radio (DTT).

In oude afstandsbedieningen voor schaalmodellen kon een zeer eenvoudige digitale transmissiefunctie worden gebruikt : activering of deactivering van de HF-drager van de zender, met een ontvanger die eenvoudig de aan- of afwezigheid van de drager detecteerde (zonder drager hadden we veel adem dus "BF" van hoog volume,
en in aanwezigheid van een drager verdween de adem, het signaal "BF" verdween).
Bij andere vormen van afstandsbediening werd een "evenredigheidsbeginsel" toegepast, dat het mogelijk maakte om meerdere stukken informatie achter elkaar door te geven, waarbij eenvoudigweg monostabiele gegevens werden gebruikt die slots van verschillende duur opleverden. De duur van de ontvangen pulsen kwam overeen met zeer nauwkeurige "numerieke" waarden.

Spraak- of muziekoverdracht

De overdracht van spraak vereist geen geweldige geluidskwaliteit, zolang het maar gaat om het overbrengen van een informatieve boodschap. Het belangrijkste is dat we begrijpen wat er wordt gezegd. Aan de andere kant verwachten we meer van de kwaliteit van de overdracht als het gaat om de stem of muziek van een zanger.
Om deze reden zijn de transmissiemethoden die worden gebruikt voor een paar intercoms of portofoons en die voor uitzending niet gebaseerd op strikt identieke regels. We kunnen niet zeggen dat we een noodzakelijkerwijs beter geluid hebben met frequentiemodulatietransmissie dan dat uitgezonden in amplitudemodulatie (AM in het Frans, AM in het Engels).
Ook al is het duidelijk dat je hifi-tuner betere resultaten geeft op de FM-band 88-108 MHz. Als je wilt, kun je het heel goed doen in AM en je kunt het heel slecht doen in FM. Net zoals je heel goede analoge audio en heel slechte digitale audio kunt doen.
Als u muziek van de ene kamer naar de andere in uw huis of van de garage naar de tuin wilt verzenden, kunt u een kleine radiozender bouwen die kan uitzenden op de FM-band of op de kleine golfband (PO in het Frans, MW in het Engels), in welk geval een commerciële ontvanger de aanvulling kan doen.
In FM krijg je betere geluidsresultaten, simpelweg omdat de uitzendstandaarden een heel andere bandbreedte bieden dan die beschikbaar is in de AM (GO, PO en OC) banden. De hogere gevoeligheid van een AM-ontvanger voor omgevingsinterferentie (atmosferisch en industrieel) heeft er ook veel mee te maken.

"Trage" analoge gegevensoverdracht

Hier gaat het om het overbrengen van een analoge waarde zoals een temperatuur, een stroom, een druk, een hoeveelheid licht, enz., die eerst vooraf wordt omgezet in een gelijkspanning die daarmee evenredig is.
Er zijn verschillende methoden en natuurlijk heeft elk zijn voor- en nadelen, je kunt amplitudemodulatie of frequentiemodulatie gebruiken. De term amplitudemodulatie of frequentiemodulatie is enigszins overdreven, want als de uit te zenden analoge waarde niet varieert,
De draaggolf behoudt zijn amplitude- en frequentiekarakteristieken die overeenkomen met de waarde die in uitvoering moet worden verzonden. Maar we moeten spreken van de grootsheid die varieert. In feite is het niet moeilijker om informatie over te brengen die weinig (of helemaal niet) varieert dan informatie die snel varieert.
Maar je kunt niet altijd een klassieke AM- of FM-radiozender gebruiken (in de handel verkrijgbaar of in kitvorm), omdat deze laatste heel goed een laagdoorlaatfilter aan de ingang kan hebben dat langzame spanningsvariaties beperkt.

En als er een verbindingscondensator in het pad van het ingangssignaal wordt geïmplanteerd, dan is de bediening gewoon onmogelijk ! Het aanpassen van zo'n zender om hem "compatibel" te maken is niet per se altijd gemakkelijk...
wat het ontwerp van een gespecialiseerde zender/ontvanger-eenheid voor de operatie kan inhouden.
Maar als we het probleem van de zijkant bekijken, realiseren we ons dat we heel goed een signaal kunnen verzenden waarvan de amplitude, afhankelijk van de waarde van de te verzenden continue spanning, er zelf voor zorgt dat de drager varieert. En als het tussenliggende modulerende signaal zich binnen de geluidsband bevindt (bijv. tussen 100 Hz en 10 kHz), dan kan het gebruik van een conventionele radiozender opnieuw worden overwogen.

Zoals u kunt zien, is een eenvoudige spannings-/frequentieomvormer aan de transmissiezijde en de aanvulling daarop een frequentie-/spanningsomvormer aan de ontvangerzijde een van de vele oplossingen.

Digitale gegevensoverdracht

Pas op dat u "digitale overdracht" en "digitale gegevensoverdracht" niet door elkaar haalt. We kunnen analoge informatie verzenden met een digitale transmissiemodus, net zoals we digitale gegevens kunnen verzenden met een analoge transmissiemodus, ook al kunnen we het voor het laatste geval bespreken.
Voor het verzenden van digitale gegevens met een analoge transmissiemodus kan worden aangenomen dat de elektrische niveaus van de digitale signalen overeenkomen met het minimum en maximum van een analoog signaal.
Wees echter voorzichtig met de vorm van de digitale signalen, die, als ze snel en vierkant zijn, een hoge snelheid van harmonischen kunnen bevatten die niet noodzakelijkerwijs door de zender kunnen worden verteerd.
Het kan nodig zijn om de digitale gegevens te verzenden met signalen met een "analoge vorm" zoals sinus. Als de te verzenden digitale gegevens erg belangrijk zijn (bijvoorbeeld beveiligde toegang met toegangscode), moeten enkele voorzorgsmaatregelen worden genomen.

In feite kan in geen geval worden aangenomen dat de overdracht van het ene punt naar het andere vrij zal zijn van gebreken, en het is heel goed mogelijk dat een deel van de verzonden informatie nooit aankomt of vervormd en onbruikbaar aankomt.
De doorgegeven informatie kan dus worden aangevuld met controle-informatie (bijvoorbeeld CRC) of gewoon twee of drie keer achter elkaar worden herhaald.
https : //onde-numerique.fr/la-radio-comment-ca-marche/

Copyright © 2020-2024 instrumentic.info
contact@instrumentic.info
We zijn er trots op u een cookievrije site zonder advertenties aan te bieden.

Het is uw financiële steun die ons op de been houdt.

Klikken !