Radio - Alt du trenger å vite !

Typer signalmodulasjon
Typer signalmodulasjon

Radio

Betjeningen av en radio kan beskrives i flere trinn. En mikrofon mottar stemmen og forvandler den til et elektrisk signal. Signalet behandles deretter av senderelementer gjennom flere trinn, og sendes tilbake til senderantennen via en kabel.

Det samme signalet konverteres av senderantennen til elektromagnetiske bølger som sendes til en mottaksantenne. De elektromagnetiske bølgene som følge av transformasjonen av det elektriske signalet produsert av mikrofonen, beveger seg med lysets hastighet, reflekterer på ionosfæren for å ende opp i en mottakerantenne.
Terrestriske reléer brukes for å sikre at bølgene når mottakere som ligger langt fra senderen. Satellitter kan også brukes.

Når de elektromagnetiske bølgene når mottakeren, forvandler mottakerantennen dem til et elektrisk signal. Dette elektriske signalet overføres deretter til mottakeren via en kabel. Det blir deretter forvandlet til et hørbart signal av mottakerelementene.
Lydsignalet oppnådd på denne måten gjengis av høyttalerne i form av lyder.

Sender og mottaker

Senderen er en elektronisk enhet. Det sikrer overføring av informasjon ved å sende ut radiobølger. Den består i hovedsak av tre elementer : oscillasjonsgeneratoren som sikrer konvertering av den elektriske strømmen til radiofrekvenssvingningen,
transduseren som sikrer overføring av informasjon gjennom en mikrofon, og forsterkeren som, avhengig av valgt frekvens, sikrer forsterkning av svingningens kraft.

Mottakeren brukes til å plukke opp bølgene som sendes ut av senderen. Den består av flere elementer : oscillatoren, som behandler det innkommende signalet, og den utgående, og forsterkeren, som forsterker de elektriske signalene som er fanget.
Demodulatoren som sikrer nøyaktig videresending av den originale lyden, filtrene som sikrer eliminering av signaler som kan ødelegge riktig oppfatning av meldingene, og høyttaleren som tjener til å konvertere de elektriske signalene til lydmeldinger slik at de kan oppfattes av mennesker.

Påminnelser om ulike transportformer

HF-transportør

Vi hører noen ganger om "transportør" (carrier på engelsk) eller "HF carrier" uten egentlig å vite hva det er. En bærer er ganske enkelt et signal som fungerer som et medium for å bære det nyttige signalet (det du vil overføre, for eksempel tale, musikk, analoge eller digitale data).
Når vi holder oss innen analoge overføringer, er bæreren et enkelt og unikt sinusformet signal. Innen digital kringkasting (DTT og DTT for eksempel) er det en rekke transportører som deler informasjonen som skal overføres.
Vi vil ikke snakke her om saken om disse multi-transportørene. Det spesielle ved en bærer er at den svinger med en mye høyere frekvens enn den maksimale frekvensen av signalet som skal overføres. Anta at du vil overføre en talt eller sunget tale i 10 km rundt (eller i svart hvis høyttaleren snakker raskt).
Det brukes en enkelt sender som "sender ut bølger" som flere mottakere kan plukke opp samtidig.

Men fysikk kan ikke oppfinnes. Hvis du vil overføre høyttalerens stemme ved ganske enkelt å koble en kablet sløyfe eller en enorm antenne til utgangen fra LF-forsterkeren, vil den fungere, men ikke veldig langt (telle noen få meter eller til og med titalls meter).
For at overføring skal foregå over en behagelig avstand, må det brukes en bærebølge som fungerer som mellommann og som har mindre problemer med å krysse avstander. Valget av frekvensen til denne bærebølgen avhenger av :

- typen informasjon som skal overføres (tale, radio, nyheter eller digital HD-TV),

- forventet ytelse

- avstanden du ønsker å reise,

- lettelsen av terrenget mellom sender og mottaker (fra 50 MHz forplanter bølgene seg mer og mer i en rett linje og frykter hindringer),

- prisen du godtar å betale til din strømleverandør eller batteriforhandler,

- autorisasjoner som kompetente myndigheter er villige til å gi oss.

Fordi du kan forestille deg problemene med bølgene som kolliderer hvis ingen kom for å sette litt orden i dette ! Alt dette er sterkt regulert, og frekvensområder har vært reservert for denne eller den typen overføring (CB, radiokringkasting, fjernsyn, mobiltelefoner, radarer, etc.).
I tillegg til disse frekvensområdereservasjonene kreves det ganske strenge tekniske egenskaper for senderkretsene for å begrense risikoen for interferens med annet utstyr som ikke nødvendigvis opererer i samme frekvensområde så mye som mulig.
To nærliggende senderkretser som fungerer ved svært høye frekvenser og nær hverandre, kan godt jamme en mottaker som arbeider i et mye lavere frekvensområde. Spesielt sant hvis enhetene er hjemmelagde og de ikke er tilstrekkelig filtrert i HF-utgang.
Kort sagt, før du går inn på kringkastingsområdet, er det bedre å ha litt kunnskap om risikoen for forstyrrelser involvert.
Frekvensmodulasjonsoverføring
Frekvensmodulasjonsoverføring

Frekvensmodulasjon (FM) overføring

I denne transportmåten har vi en bærer hvis amplitude forblir konstant uavhengig av amplituden til moduleringssignalet. I stedet for å endre transportørens amplitude, endres den øyeblikkelige frekvensen. I fravær av modulering (amplitude av moduleringssignalet lik null) forblir frekvensen til bæreren på en perfekt definert og stabil verdi, som kalles senterfrekvensen.
Verdien av bærefrekvensskiftet avhenger av amplituden til moduleringssignalet : jo større amplituden til moduleringssignalet er, desto lenger er bærefrekvensen fra sin opprinnelige verdi. Retningen av frekvensskiftet avhenger av polariteten til vekslingen av moduleringssignalet.
For en positiv veksling økes bærerens frekvens, og for en negativ veksling reduseres bærerens frekvens. Men dette valget er vilkårlig, vi kan godt gjøre det motsatte ! Mengden variasjon i bærefrekvensen kalles frekvensavviket.
Maksimalt frekvensavvik kan ta forskjellige verdier, for eksempel +/-5 kHz for en bærefrekvens på 27 MHz eller +/-75 kHz for en bærefrekvens på 100 MHz.
Følgende grafer viser et modulerende signal med en fast frekvens på 1 kHz som modulerer en bærer på 40 kHz (den horisontale skalaen er godt utvidet for bedre å se hva som skjer på alle variasjonene).

Ekte lydsignal

Hvis vi erstatter det faste moduleringssignalet på 1 kHz med et ekte lydsignal, er det slik det ser ut.
Dette andre settet med kurver er ganske talende, i hvert fall for den grønne kurven der det maksimale frekvensavviket er veldig tydelig fordi det er "godt justert". Hvis vi gjør korrespondansen mellom moduleringssignalet (gul kurve) og den modulerte bæreren (grønn kurve), kan vi se perfekt at variasjonene i transportørens amplitude er langsommere
- som tilsvarer en lavere frekvens - når moduleringssignalet er på sitt laveste verdi (negativ topp).
På den annen side oppnås bærerens maksimale frekvens for de positive toppene til moduleringssignalet (litt mindre lett å se på kurvene, men vi føler det med de mest "fylte" delene).
Samtidig forblir bærerens maksimale amplitude perfekt konstant, det er ingen amplitudemodulasjon relatert til det modulerende kildesignalet.
En radiomottaker kan være enkel
En radiomottaker kan være enkel

Mottakelse

For å lage en FM-mottaker kan du klare deg med noen få transistorer eller med en enkelt integrert krets (for eksempel en TDA7000). Men i dette tilfellet får vi en standard lyttekvalitet. For en "high-end" lytting, må du gå ut og kjenne emnet godt. Og dette er enda mer sant når det gjelder dekoding av et stereolydsignal.
Og ja, uten stereodekoder har du et monosignal der venstre og høyre kanal blandes (hvis radioprogrammet sendes i stereo selvfølgelig). Fra et høyfrekvent synspunkt er kildesignalet ikke synlig i transportørens amplitude, og du kan ikke være fornøyd med en likeretter / filter som den som brukes i en AM-mottaker.
Siden det nyttige signalet er "skjult" i frekvensvariasjonene til bæreren, må man finne en måte å transformere disse frekvensvariasjonene til spenningsvariasjoner, en prosess som er motsatt (speil) av den som brukes til overføring.

Systemet som utfører denne funksjonen kalles en FM-diskriminator og består i utgangspunktet av en oscillerende (og resonant) krets hvis frekvens / amplituderespons er i form av en "klokke". For diskrimineringsfunksjonen kan diskrete komponenter (små transformatorer, dioder og kondensatorer) eller en spesialisert integrert krets (for eksempel SO41P) brukes.

Digital overføring

I sin enkleste applikasjon gir en digital overføring transportøren muligheten til å ha to mulige tilstander som tilsvarer en høy logisk tilstand (verdi 1) eller en lav logisk tilstand (verdi 0).
Disse to tilstandene kan identifiseres ved en annen amplitude av bæreren (åpenbar analogi som skal gjøres med amplitudemodulasjon), eller ved en annen verdi av frekvensen (frekvensmodulering).
I AM-modus kan vi for eksempel bestemme at en modulasjonshastighet på 10% tilsvarer en lav logisk tilstand, og at en modulasjonshastighet på 90% tilsvarer en høy logisk tilstand.

I FM-modus kan du for eksempel bestemme at senterfrekvensen tilsvarer en lav logisk tilstand, og at et frekvensavvik på 10 kHz tilsvarer en høy logisk tilstand.
Hvis du vil overføre en veldig stor mengde digital informasjon på svært kort tid og med sterk beskyttelse mot overføringsfeil (avansert feildeteksjon og korrigering), kan du overføre flere transportører samtidig og ikke bare en.
For eksempel 4 transportører, 100 transportører eller mer enn 1000 transportører.
Dette er hva som gjøres for digital bakkenett (DTT) og digital bakkenett radio (DTT), for eksempel.

I gamle fjernkontroller for skalamodeller kunne en veldig enkel digital overføringsfunksjon brukes : aktivering eller deaktivering av senderens HF-bærer, med en mottaker som ganske enkelt oppdaget tilstedeværelsen eller fraværet av bæreren (uten bærer hadde vi mye pust så "BF" med høyt volum,
og i nærvær av en bærer forsvant pusten, signalet "BF" forsvant).
I andre typer fjernkontroll ble det implementert et prinsipp om "proporsjonalitet" som gjorde det mulig å overføre flere opplysninger på rad, ganske enkelt ved å bruke monostabile som produserte spor av varierende varighet. Varigheten av mottatte pulser korresponderte med svært presise "numeriske" verdier.

Stemme- eller musikkoverføring

Overføring av tale krever ikke god lydkvalitet, så lenge det er et spørsmål om å formidle en informasjonsmelding. Det viktigste er at vi forstår hva som blir sagt. På den annen side forventer vi mer av kvaliteten på overføringen når det gjelder en sangers stemme eller musikk.
Av denne grunn er overføringsmetodene som brukes til et par intercoms eller walkie-talkies og de som brukes til kringkasting, ikke basert på strengt identiske regler. Vi kan ikke si at vi har en nødvendigvis bedre lyd med frekvensmodulasjonsoverføring enn den som overføres i amplitudemodulasjon (AM på fransk, AM på engelsk).
Selv om det er åpenbart at hifi-tuneren din gir bedre resultater på FM-båndet 88-108 MHz. Hvis du vil, kan du gjøre det ganske bra i AM, og du kan gjøre det veldig dårlig i FM. Akkurat som du kan gjøre veldig god analog lyd og veldig dårlig digital lyd.
Hvis du vil overføre musikk fra ett rom til et annet i huset ditt eller fra garasjen til hagen, kan du bygge en liten radiosender som kan sende på FM-båndet eller på det lille bølgebåndet (PO på fransk, MW på engelsk), i så fall kan en kommersiell mottaker gjøre komplementet.
I FM vil du få bedre lydresultater, ganske enkelt fordi kringkastingsstandardene gir en mye annen båndbredde enn den som er tilgjengelig i AM (GO, PO og OC) -båndene. Den høyere følsomheten til en AM-mottaker for omgivelsesinterferens (atmosfærisk og industriell) har også mye å gjøre med det.

"Langsom" analog dataoverføring

Her er det et spørsmål om å overføre en analog verdi som en temperatur, en strøm, et trykk, en mengde lys, etc., som først vil bli transformert på forhånd til en likespenning som er proporsjonal med den.
Det finnes flere metoder, og selvfølgelig har hver sine fordeler og ulemper, du kan bruke amplitudemodulasjon eller frekvensmodulering. Begrepet amplitudemodulasjon eller frekvensmodulasjon er noe overdrevet, siden hvis den analoge verdien som skal overføres ikke varierer,
Bæreren beholder sin amplitude og frekvensegenskaper som tilsvarer verdien som skal overføres pågår. Men vi må snakke om storheten som varierer. Faktisk er det ikke vanskeligere å overføre informasjon som varierer lite (om i det hele tatt) enn informasjon som varierer raskt.
Men du kan ikke alltid bruke en klassisk AM- eller FM-radiosender (tilgjengelig kommersielt laget eller i settform) fordi sistnevnte godt kan ha et lavpassfilter ved inngangen som begrenser langsomme spenningsvariasjoner.

Og hvis en koblingskondensator er implantert i banen til inngangssignalet, er operasjonen rett og slett umulig ! Å modifisere en slik sender for å gjøre den "kompatibel" er ikke nødvendigvis alltid lett ...
som kan innebære utforming av en spesialisert sender / mottaker enhet for operasjonen.
Men hvis vi ser på problemet fra siden, innser vi at vi veldig godt kan overføre et signal hvis amplitude, avhengig av verdien av den kontinuerlige spenningen som skal overføres, i seg selv får transportøren til å variere. Og hvis det mellomliggende modulerende signalet er innenfor det hørbare båndet (f.eks. mellom 100 Hz og 10 kHz), kan bruk av en konvensjonell radiosender vurderes igjen.

Som du kan se, er en enkel spennings- / frekvensomformer på overføringssiden og dens komplement en frekvens / spenningsomformer på mottakersiden en løsning blant andre eksempler.

Digital dataoverføring

Vær forsiktig så du ikke forveksler "digital overføring" og "digital dataoverføring". Vi kan overføre analog informasjon med en digital overføringsmodus, akkurat som vi kan overføre digitale data med en analog overføringsmodus, selv om vi i sistnevnte tilfelle kan diskutere det.
For å overføre digitale data med en analog overføringsmodus, kan det antas at de elektriske nivåene til de digitale signalene tilsvarer minimum og maksimum av et analogt signal.
Vær imidlertid forsiktig med formen på de digitale signalene, som hvis de er raske og firkantede, kan inneholde en høy harmonisk hastighet som ikke nødvendigvis kan fordøyes av senderen.
Det kan være nødvendig å overføre de digitale dataene med signaler som har en "analog form" som sinus. Hvis de digitale dataene som skal overføres er svært viktige (sikker tilgang med tilgangskode, for eksempel), må det tas noen forholdsregler.

Faktisk kan det under ingen omstendigheter vurderes at overføringen fra ett punkt til et annet vil være fri for feil, og en del av informasjonen som overføres, kan meget vel aldri komme eller ankomme forvrengt og ubrukelig.
Informasjonen som overføres kan derfor suppleres med kontrollinformasjon (CRC for eksempel) eller bare gjentas to eller tre ganger på rad.
https : //onde-numerique.fr/la-radio-comment-ca-marche/

Copyright © 2020-2024 instrumentic.info
contact@instrumentic.info
Vi er stolte av å tilby deg et nettsted uten informasjonskapsler uten annonser.

Det er din økonomiske støtte som holder oss gående.

Klikke !