Radio - Wszystko, co musisz wiedzieć !

Rodzaje modulacji sygnału
Rodzaje modulacji sygnału

Radio

Działanie radia można opisać w kilku krokach. Mikrofon odbiera głos i przekształca go w sygnał elektryczny. Sygnał jest następnie przetwarzany przez elementy nadajnika w kilku etapach i przesyłany z powrotem do anteny nadajnika za pomocą.

Ten sam sygnał jest przekształcany przez antenę nadawczą w fale elektromagnetyczne, które zostaną wysłane do anteny odbiorczej. Fale elektromagnetyczne powstające w wyniku transformacji sygnału elektrycznego wytwarzanego przez mikrofon przemieszczają się z prędkością światła, odbijają się od jonosfery i trafiają do anteny odbiorczej.
Przekaźniki naziemne służą do zapewnienia, że fale dotrą do odbiorników znajdujących się daleko od nadajnika. Można również korzystać z satelitów.

Gdy fale elektromagnetyczne dotrą do odbiornika, antena odbiorcza przekształca je w sygnał elektryczny. Ten sygnał elektryczny jest następnie przesyłany do odbiornika za pomocą. Jest on następnie przekształcany w sygnał dźwiękowy przez elementy odbiornika.
Uzyskany w ten sposób sygnał dźwiękowy jest odtwarzany przez głośniki w postaci dźwięków.

Nadajnik i odbiornik

Nadajnik jest urządzeniem elektronicznym. Zapewnia transmisję informacji poprzez emisję fal radiowych. Zasadniczo składa się z trzech elementów : generatora oscylacji, który zapewnia konwersję prądu elektrycznego na oscylację o częstotliwości radiowej,
przetwornik zapewniający transmisję informacji przez mikrofon oraz wzmacniacz, który w zależności od wybranej częstotliwości zapewnia wzmocnienie siły drgań.

Odbiornik służy do odbierania fal emitowanych przez nadajnik. Składa się z kilku elementów : oscylatora, który przetwarza sygnał przychodzący i wychodzący, oraz wzmacniacza, który wzmacnia przechwycone sygnały elektryczne.
demodulator, który zapewnia dokładną retransmisję oryginalnego dźwięku, filtry, które zapewniają eliminację sygnałów, które mogłyby zepsuć prawidłowy odbiór komunikatów, oraz głośnik, który służy do przekształcania sygnałów elektrycznych w komunikaty dźwiękowe, aby mogły być odbierane przez ludzi.

Przypomnienia o różnych rodzajach transportu lotniczego

Nośnik HF

Czasami słyszymy o "przewoźniku" (carrier w języku angielskim) lub "nośnik HF", nie wiedząc tak naprawdę, co to jest. Nośna to po prostu sygnał, który służy jako medium do przenoszenia użytecznego sygnału (tego, który chcesz przesłać, takiego jak głos, muzyka, dane analogowe lub cyfrowe).
Kiedy pozostajemy w dziedzinie transmisji analogowych, nośną jest prosty i niepowtarzalny sygnał sinusoidalny. W dziedzinie nadawania cyfrowego (na przykład naziemnej telewizji cyfrowej i naziemnej telewizji cyfrowej) istnieje wielu operatorów, którzy dzielą się informacjami, które mają być przesyłane.
Nie będziemy tutaj mówić o przypadku tych multiprzewoźników. Specyfika nośnej polega na tym, że oscyluje ona ze znacznie wyższą częstotliwością niż maksymalna częstotliwość przesyłanego sygnału. Załóżmy, że chcesz transmitować mowę mówioną lub śpiewaną na odległość 10 km (lub na czarno, jeśli mówca mówi szybko).
Używany jest pojedynczy nadajnik, który "emituje fale", które może odbierać jednocześnie kilka odbiorników.

Ale fizyki nie da się wynaleźć. Jeśli chcesz transmitować głos głośnika po prostu podłączając przewodową pętlę lub ogromną antenę do wyjścia wzmacniacza LF, to zadziała, ale niezbyt daleko (policz kilka metrów, a nawet kilkadziesiąt metrów).
Aby transmisja odbywała się na komfortową odległość, należy użyć fali nośnej, która działa jako pośrednik i która ma mniejsze trudności z pokonywaniem odległości. Wybór częstotliwości tej fali nośnej zależy od :

- rodzaj przekazywanych informacji (głos, radio, wiadomości lub cyfrowa telewizja HD),

- oczekiwana wydajność;

- odległość, jaką chcesz pokonać,

- ukształtowanie terenu między nadajnikiem a odbiornikiem (od 50 MHz fale rozchodzą się coraz bardziej w linii prostej i boją się przeszkód),

- cenę, którą zobowiązujesz się zapłacić swojemu dostawcy energii elektrycznej lub sprzedawcy baterii,

- zezwolenia, których właściwe organy są skłonne nam udzielić.

Bo możesz sobie wyobrazić problemy związane z falami, które się zderzają, gdyby nikt nie przyszedł, aby zrobić w tym trochę porządku ! Wszystko to jest ściśle regulowane, a zakresy częstotliwości zostały zarezerwowane dla tego lub innego rodzaju transmisji (CB, radio, telewizja, telefony komórkowe, radary itp.).
Oprócz tych zastrzeżeń zakresu częstotliwości, od obwodów nadawczych wymagane są dość surowe parametry techniczne, aby w jak największym stopniu ograniczyć ryzyko zakłóceń z innymi urządzeniami, które niekoniecznie działają w tych samych zakresach częstotliwości.
Dwa sąsiednie obwody nadajnika, które pracują na bardzo wysokich częstotliwościach i blisko siebie, mogą bardzo dobrze zagłuszyć odbiornik pracujący w znacznie niższym zakresie częstotliwości. Zwłaszcza jeśli urządzenia są domowej roboty i nie są wystarczająco filtrowane na wyjściu HF.
Krótko mówiąc, zanim wyruszysz w dziedzinę nadawania, lepiej jest mieć pewną wiedzę na temat ryzyka związanego z zakłóceniami.
Transmisja z modulacją częstotliwości
Transmisja z modulacją częstotliwości

Transmisja z modulacją częstotliwości (FM)

W tym sposobie transportu mamy do czynienia z nośną, której amplituda pozostaje stała niezależnie od amplitudy sygnału modulującego. Zamiast zmieniać amplitudę nośnej, zmienia się jej chwilowa częstotliwość. W przypadku braku modulacji (amplituda sygnału modulującego równa zeru) częstotliwość nośnej pozostaje na idealnie zdefiniowanej i stabilnej wartości, która nazywana jest częstotliwością środkową.
Wartość przesunięcia częstotliwości nośnej zależy od amplitudy sygnału modulującego : im większa amplituda sygnału modulującego, tym częstotliwość nośna jest dalej od wartości wyjściowej. Kierunek przesunięcia częstotliwości zależy od polaryzacji przemienności sygnału modulującego.
W przypadku zmiany dodatniej częstotliwość nośnej jest zwiększana, a w przypadku zmiany ujemnej częstotliwość nośnej jest zmniejszana. Ale ten wybór jest arbitralny, równie dobrze możemy zrobić coś zupełnie odwrotnego ! Wielkość zmienności częstotliwości nośnej nazywana jest odchyleniem częstotliwości.
Maksymalne odchylenie częstotliwości może przyjmować różne wartości, np. +/-5 kHz dla częstotliwości nośnej 27 MHz lub +/-75 kHz dla częstotliwości nośnej 100 MHz.
Poniższe wykresy pokazują sygnał modulujący o stałej częstotliwości 1 kHz modulujący nośną 40 kHz (skala pozioma jest dobrze rozszerzona, aby lepiej zobaczyć, co dzieje się na wszystkich wariacjach).

Prawdziwy sygnał audio

Jeśli zastąpimy stały sygnał modulacyjny 1 kHz prawdziwym sygnałem audio, to tak to wygląda.
Ten drugi zestaw krzywych jest dość wymowny, przynajmniej dla zielonej krzywej, dla której maksymalne odchylenie częstotliwości jest bardzo wyraźne, ponieważ jest "dobrze wyregulowane". Jeśli zrobimy zgodność między sygnałem modulującym (żółta krzywa) a modulowaną nośną (zielona krzywa), możemy doskonale zobaczyć, że zmiany amplitudy nośnej są wolniejsze
- co dobrze odpowiada niższej częstotliwości - gdy sygnał modulujący jest na najniższej wartości (szczyt ujemny).
Z drugiej strony maksymalną częstotliwość nośnej uzyskuje się dla dodatnich pików sygnału modulującego (trochę trudniej dostrzec na krzywych, ale odczuwamy to przy najbardziej "wypełnionych" częściach).
Jednocześnie maksymalna amplituda nośnej pozostaje idealnie stała, nie ma modulacji amplitudy związanej z modulującym sygnałem źródłowym.
Odbiornik radiowy może być prosty
Odbiornik radiowy może być prosty

Odbiór

Aby zrobić odbiornik FM, możesz sobie poradzić z kilkoma tranzystorami lub z jednym układem scalonym (na przykład TDA7000). Ale w tym przypadku otrzymujemy standardową jakość słuchania. Aby słuchać "high-endu", musisz iść na całość i dobrze znać temat. Jest to jeszcze bardziej prawdziwe, jeśli chodzi o dekodowanie stereofonicznego sygnału audio.
I tak, bez dekodera stereo masz sygnał mono gdzie lewy i prawy kanał są miksowane (jeśli program radiowy jest nadawany w stereo oczywiście). Z punktu widzenia wysokich częstotliwości sygnał źródłowy nie jest widoczny w amplitudzie nośnej i nie można być zadowolonym z prostownika/filtra, takiego jak ten stosowany w odbiorniku AM.
Ponieważ użyteczny sygnał jest "ukryty" w zmianach częstotliwości nośnej, należy znaleźć sposób na przekształcenie tych zmian częstotliwości w zmiany napięcia, proces, który jest przeciwieństwem (lustrzanym) do tego używanego do transmisji.

System, który pełni tę funkcję, nazywa się dyskryminatorem FM i zasadniczo składa się z oscylującego (i rezonansowego) obwodu, którego odpowiedź częstotliwościowa/amplitudowa ma kształt "dzwonu". Do funkcji dyskryminacji można zastosować elementy dyskretne (małe transformatory, diody i kondensatory) lub specjalizowany układ scalony (na przykład SO41P).

Transmisja cyfrowa

W najprostszym zastosowaniu transmisja cyfrowa daje nośnikowi możliwość posiadania dwóch możliwych stanów, które odpowiadają wysokiemu stanowi logicznemu (wartość 1) lub niskiemu stanowi logicznemu (wartość 0).
Te dwa stany można zidentyfikować po innej amplitudzie nośnej (oczywista analogia do modulacji amplitudy) lub po innej wartości jej częstotliwości (modulacja częstotliwości).
Na przykład w trybie AM możemy zdecydować, że współczynnik modulacji wynoszący 10% odpowiada niskiemu stanowi logicznemu, a współczynnik modulacji wynoszący 90% odpowiada wysokiemu stanowi logicznemu.

Na przykład w trybie FM można zdecydować, że częstotliwość środkowa odpowiada niskiemu stanowi logicznemu, a odchylenie częstotliwości 10 kHz odpowiada wysokiemu stanowi logicznemu.
Jeśli chcesz przesłać bardzo dużą ilość informacji cyfrowych w bardzo krótkim czasie i z silną ochroną przed błędami transmisji (zaawansowane wykrywanie i korekcja błędów), możesz przesyłać kilka nośników jednocześnie, a nie tylko jedną.
Na przykład 4 przewoźników, 100 przewoźników lub ponad 1000 przewoźników.
Tak jest na przykład w przypadku naziemnej telewizji cyfrowej (NTC) i naziemnego radia cyfrowego (NTC).

W starych pilotach do modeli redukcyjnych można było zastosować bardzo prostą funkcję transmisji cyfrowej : aktywacja lub dezaktywacja nośnej HF nadajnika, za pomocą odbiornika, który po prostu wykrywał obecność lub brak nośnej (bez nośnej mieliśmy dużo oddechu, więc "BF" dużej głośności,
a w obecności nosiciela oddech znikał, sygnał "BF" znikał).
W innych typach pilotów zastosowano zasadę "proporcjonalności", która umożliwiała przesyłanie kilku informacji z rzędu, po prostu za pomocą monostabilnych slotów o różnym czasie trwania. Czas trwania odbieranych impulsów odpowiadał bardzo precyzyjnym wartościom "liczbowym".

Transmisja głosu lub muzyki

Przekaz mowy nie wymaga doskonałej jakości dźwięku, o ile chodzi o przekazanie komunikatu informacyjnego. Najważniejsze, że rozumiemy, co się mówi. Z drugiej strony oczekujemy więcej od jakości przekazu, jeśli chodzi o głos wokalisty czy muzykę.
Z tego powodu metody transmisji stosowane w przypadku pary interkomów lub krótkofalówek oraz te używane do nadawania nie opierają się na ściśle identycznych zasadach. Nie możemy powiedzieć, że mamy koniecznie lepszy dźwięk z transmisją modulacji częstotliwości niż ten transmitowany w modulacji amplitudy (AM po francusku, AM po angielsku).
Nawet jeśli oczywiste jest, że Twój tuner hifi daje lepsze wyniki w paśmie FM 88-108 MHz. Jeśli chcesz, możesz całkiem nieźle radzić sobie w AM i możesz bardzo źle radzić sobie w FM. Tak jak można zrobić bardzo dobry dźwięk analogowy i bardzo zły dźwięk cyfrowy.
Jeśli chcesz przesyłać muzykę z jednego pokoju do drugiego w domu lub z garażu do ogrodu, możesz zbudować mały nadajnik radiowy, który może nadawać w paśmie FM lub w paśmie małych fal (PO po po francusku, MW po angielsku), w którym to przypadku komercyjny odbiornik może uzupełnić.
W FM uzyskasz lepsze wyniki dźwiękowe, po prostu dlatego, że standardy nadawania zapewniają znacznie inną szerokość pasma niż ta dostępna w pasmach AM (GO, PO i OC). Ma z tym również wiele wspólnego wyższa czułość odbiornika AM na zakłócenia otoczenia (atmosferyczne i przemysłowe).

"Powolna" analogowa transmisja danych

Tutaj chodzi o przesłanie wartości analogowej, takiej jak temperatura, prąd, ciśnienie, ilość światła itp., która najpierw zostanie przekształcona w napięcie stałe, które jest do niego proporcjonalne.
Istnieje kilka metod i oczywiście każda ma swoje zalety i wady, można zastosować modulację amplitudy lub modulację częstotliwości. Termin modulacja amplitudy lub modulacja częstotliwości jest nieco przesadzony, ponieważ jeśli wartość analogowa, która ma być przesyłana, nie zmienia się,
Nośnik zachowuje swoją charakterystykę amplitudy i częstotliwości, która odpowiada wartości, która ma być przesyłana w toku. Ale musimy mówić o wielkości, która jest różnorodna. W rzeczywistości nie jest trudniej przekazać informacje, które zmieniają się nieznacznie (jeśli w ogóle) niż informacje, które zmieniają się szybko.
Ale nie zawsze można użyć klasycznego nadajnika radiowego AM lub FM (dostępnego w sprzedaży lub w formie zestawu), ponieważ ten ostatni może równie dobrze mieć filtr dolnoprzepustowy na wejściu, który ogranicza wolne wahania napięcia.

A jeśli kondensator łączący zostanie wszczepiony na ścieżce sygnału wejściowego, operacja jest po prostu niemożliwa ! Modyfikacja takiego emitera, aby był "kompatybilny", niekoniecznie zawsze jest łatwa...
co może obejmować zaprojektowanie specjalistycznego zespołu nadajnika/odbiornika do operacji.
Ale jeśli spojrzymy na problem z boku, zdamy sobie sprawę, że możemy bardzo dobrze przesłać sygnał, którego amplituda, w zależności od wartości przesyłanego napięcia ciągłego, sama powoduje zmianę nośnej. A jeśli pośredni sygnał modulujący mieści się w paśmie słyszalnym (np. między 100 Hz a 10 kHz), można ponownie rozważyć zastosowanie konwencjonalnego nadajnika radiowego.

Jak widać, prosta przetwornica napięcia/częstotliwości po stronie transmisyjnej i jej uzupełnienie przetwornica częstotliwości/napięcie po stronie odbiornika to jedno z rozwiązań wśród innych przykładów.

Cyfrowa transmisja danych

Uważaj, aby nie pomylić "transmisji cyfrowej" i "cyfrowej transmisji danych". Możemy przesyłać informacje analogowe w trybie transmisji cyfrowej, tak jak możemy przesyłać dane cyfrowe w trybie transmisji analogowej, nawet jeśli w tym drugim przypadku możemy to omówić.
Aby przesyłać dane cyfrowe w trybie transmisji analogowej, można założyć, że poziomy elektryczne sygnałów cyfrowych odpowiadają minimum i maksimum sygnału analogowego.
Należy jednak uważać na kształt sygnałów cyfrowych, które, jeśli są szybkie i kwadratowe, mogą zawierać dużą szybkość harmonicznych, które niekoniecznie mogą zostać strawione przez nadajnik.
Może być konieczne przesłanie danych cyfrowych za pomocą sygnałów o "postaci analogowej", takich jak sinusoida. Jeśli przesyłane dane cyfrowe są bardzo ważne (np. bezpieczny dostęp za pomocą kodu dostępu), należy podjąć kilka środków ostrożności.

W rzeczywistości w żadnym wypadku nie można uznać, że transmisja z jednego punktu do drugiego będzie wolna od wad, a część przesyłanych informacji może równie dobrze nigdy nie dotrzeć lub dotrzeć zniekształcona i bezużyteczna.
Przekazywane informacje mogą być zatem uzupełniane informacjami kontrolnymi (np. CRC) lub po prostu powtarzane dwa lub trzy razy z rzędu.
https : //onde-numerique.fr/la-radio-comment-ca-marche/

Copyright © 2020-2024 instrumentic.info
contact@instrumentic.info
Z dumą oferujemy Ci witrynę wolną od plików cookie bez żadnych reklam.

To Wasze wsparcie finansowe sprawia, że działamy.

Klikać !