А. ПоповВозможность практического применений электромагнитных волн для установления связи без проводов впервые продемонстрировал 7 мая 1895 г. А. С. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Приемник А. С. Попова содержал когерер MN, электромаг­нитное реле, электрический звонок и источник питания. Свой приемник А. С. Попов сначала применил для регистрации электромагнитных волн, возникающих при электри­ческих разрядах во время грозы. Поэтому он назвал его грозоот­метчиком.

При встрече электромагнитной волны с металлическим про­водом под действием изменяющегося со временем электрического поля в антенне возникли вынужденные колебания свободных электронов (переменный ток) с частотой, равной частоте электро­магнитной волны. Переменное напряжение антенны поступало на когерер — стеклянную трубку, заполненную металлическими опилками.

Последовательно с когерером включались электромагнитное реле и источник постоянного тока.

Из-за плохих контактов между опилками сопротивление когерера обычно велико, поэтому электриче­ский ток в цепи мал и реле не вклю­чает цепь звонка. Под действием переменного напряжения высокой частоты в когерере возникают элек­трические разряды между отдельными опилками, и его сопротивление уменьшается в 100 — 200 раз. Сила тока в катушке электромагнитного реле возрастает, и реле включает электрический звонок. Так регистрируется прием электромаг­нитной волны антенной.

Молоточек электрического звонка, ударяя по когереру, встра­ивал опилки и возвращал его в исходное положение — приемник снова был готов к регистрации электромагнитных волн.

В 1896 г. А. С. Попов построил передатчик электромагнитных волн. Источником электромагнитных волн в радиопередатчике была антенна, соединенная с искровым разрядным промежутком. На расстояние 25 м была передана первая в мире радиограмма из двух слов: «Генрих Герц». В 1899 г. была установлена радио­связь на расстоянии около 50 км.

Большой вклад в развитие радиотехники и ее широкое практи­ческое применение внес Г. Маркони, работавший независимо от Попова. В 1901 г. он впервые осуществил радиосвязь через Атлантический океан.

Открытый колебательный контур. Для осуществления радио­связи необходимо обеспечить возможность излучения электро­магнитных волн. Если электромагнитные волны возникают в коле­бательном контуре, состоящем из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле связано с катушкой, а переменное электрическое поле сосредоточено между пластинками конден­сатора. Такой контур называется закрытым. Из­лучения электромагнитных волн в окружающее пространство при электрических колебаниях в закрытом колебательном контуре практически нет.

Если контур состоит из катушки и двух пластин, не парал­лельных друг другу, то чем под большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно электромагнитные волны излучают­ся в окружающее пространство.

Предельным случаем раскрытия колебательного контура яв­ляется разнесение пластин на противоположные концы катушки, Такая система называется открытым колебательным контуром. Контур состоит из катушки и длинного провода — антенны. Один конец провода обычно соединен с зем­лей (заземлен), второй — поднят над поверхностью Земли.

Антенна связана с катушкой колебательного контура генерато­ра незатухающих электромагнитных колебаний. Вынужденные электромагнитные колебания высокой частоты в антенне создают в окружающем пространстве электромагнитное поле, и электро­магнитные волны распространяются от антенны.

Радиотелеграфная и радиотелефонная связь.

Первые радио­передатчики и радиоприемники работали в радиотелеграфном режиме. В этом режиме радиопередатчик на короткое время включается, затем выключается, снова включается и опять выключается. Длительность включения передатчика бывает только двух типов — на короткий или на более длительный промежуток времени. Короткий сигнал называется точкой, более длинный сигнал — тире.

Каждой букве алфавита и цифре соответствует определенная последовательность точек и тире. Таким образом, в радиотеле­графном режиме осуществляется кодированная передача тексто­вых и цифровых сообщений. Один из типов кодов называется азбукой Морзе.

Вторая ступень развития радиосвязи — осуществление беспро­водной радиотелефонной связи. Задача осуществления радио­телефонной связи может показаться простой. Можно усилить электрические колебания, возникающие на выходе микрофона при действии на него звуковой волны, и вызвать вынужденные колебания переменного тока звуковой частоты в передающей антенне.

Однако такой способ радиотелефонной связи неосуществим. Мощность излучения электромагнитных волн антенной пропорциональна четвертой степени частоты, поэтому при ко­лебаниях переменного тока звуковых частот электромагнитные волны практически не излучаются. Но даже если бы мощность излучения волн звуковой частоты была достаточной, то каждый приемник при таком способе радиопередачи принимал бы одновременно сигналы от всех радиостанций.

Современная система радиовещания основана на передаче и приеме радиоволн, излучаемых антенной высокочастотного гене­ратора, в котором высокочастотные электромагнитные колеба­ния модулируются колебаниями звуковой частоты. Модуляцией называется процесс, с помощью которого параметры высокочастотной волны — ее амплитуда, частота или фаза — медленно изменяются. Таким образом, возможна амплитудная, частотная или фазовая модуляция.

В современной радиотехнике большей частью, а в космической радиосвязи и в телевидении — всегда применяется частотная модуляция. Однако амплитудную модуляцию объяснить проще.

Амплитудная модуляция.

В цепь генератора простейшей схемы последовательно с колебательным контуром включена вторичная обмотка трансформатора, на пер­вичную обмотку которого после усилителя подается переменное напряжение звуковой частоты с вы­вода микрофона.

При отсутствии звукового сиг­нала в генераторе возникают практически синусоидальные колебания высокой частоты:

u1 = U1cos wt. (1)

Пусть звуковой сигнал тоже сину­соидален:

u2 = U2cos t. (2)

Считаем, что справедливо неравен­ство ОМ <<w, т. е. частота звукового сигнала (частота модуляции ОМ) много меньше собственной частоты генератора (несущей частоты ей).

Поскольку звуку с одной фиксированной частотой соответствует один определенный тон, то говорят, что в данном случае реали­зуется однотональная модуляция.

Если бы данная цепь была линейной, т. е. в ней выполнялся бы закон Ома i=Gu, то мы получили бы обычное сложение двух колебаний с разными частотами:

i = Gu = G(u1+u2) = GU1 cos wt + GU2 cos t

и никакая модуляция не произошла бы. Но на самом деле гене­ратор содержит нелинейный элемент—транзистор, и это сущест­венно меняет ситуацию.

В нелинейной цепи закон Ома не выполняется, т. е. сила тока не пропорциональна напряжению, а является более сложной функцией i=f(u). Для простоты будем считать эту функцию квадратичной, т. е. примем, что

I = Gu + gu2. (3)

Заметим, что эта функция достаточно точно соответствует правой ветви графика зависимости силы тока от напряжения на p-n-переходе. Транзистор же, как известно, всегда содержит p-n-переходы.

Подставив в соотношение (3) значение напряжения u = u1 + u2. получим после преобразований:

i = GU1cos wt + GU2cos t + gU12cos2wt + 2gU1U2coswtcos t + gcos2 t. (4)

Вспомним теперь, что в генераторе имеется контур, настроен­ий на резонансную частоту собственную частоту оа. По форме резонансной кривой видно, что контур пропускает колебания в довольно узком интервале частот вблизи собственной частоты, остальные частоты подавляются. Следовательно, будут подавлены колебания с частотами, которые сильно отличаются от собственной частоты. А это значит, что в выражении (4) ис­чезнут второе слагаемое с частотой ОА и третье и пятое слагаемые с частотами 2w и 2Оа (ибо 2cos2wt = 1 + cos2wt). Поэтому выра­жение (4) примет вид:

i = GU1cos wt + 2gU1U2coswtcos t=GU1(1 + 2mcos t)coswt,

где величина m = gU2/G называется глубиной модуляции.

Мы получили модулированное колебание — т. е. колебание высокой частоты, амплитуда которого медленно меняется с низкой частотой.

Если бы модулирующий сигнал, поступающий на первичную катушку трансформатора, был бы не синусоидальным, а более сложным, то и модулированные колебания имели бы соответствующую форму.


Загрузка...

Яндекс.Метрика Google+