Главная >> Колебания и волны. Физика 11 класс. Мякишев

Глава 5. Электромагнитные волны

§ 5.9. Принципы радиосвязи

Радиосвязь — это передача и прием информации посредством электромагнитных волн в широком диапазоне частот — от 3 • 104 до 3 • 1011 Гц.

Схема радиосвязи изображена на рисунке 5.22, а, б. На передающей станции генератор высокочастотных колебаний возбуждает в антенне вынужденные колебания. Для увеличения интенсивности этих колебаний частота генератора выбирается равной одной из собственных частот колебаний антенны.

Излучаемые передающей антенной электромагнитные волны распространяются во все стороны и достигают антенны приемной станции (рис. 5.22, б). Под действием переменного электромагнитного поля волны электроны в приемной антенне приходят в движение. В антенне возникает переменный ток высокой частоты. Для того чтобы антенна не влияла на резонансную частоту приемного контура, этот контур вынесен из цепи антенны и связан с ней индуктивно. Приемный контур выделяет из всех частот, возбужденных в антенне, только колебания, частота которых равна собственной частоте контура.

Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было изобретение американским радиоинженером Де Форестом (1873—1961) в 1906 г. электронной лампы — триода. На основе триода был создан в 1913 г. ламповый генератор незатухающих электрических колебаний. Благодаря этому, кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов электромагнитных волн, т. е. «точек» и «тире» азбуки Морзе (рис. 5.23), стала возможной надежная и высококачественная радиотелефонная связь — передача речи или музыки с помощью электромагнитных волн.

Радиотелефонная связь

При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне преобразуются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы. Казалось бы, достаточно усилить эти колебания, подать в антенну, и передачу на расстоянии речи и музыки с помощью электромагнитных волн будет осуществлена. Однако в действительности такой простой способ передачи неосуществим.

Дело здесь вот в чем. Колебания звуковой частоты — это медленные колебания. Энергия же, излучаемая в единицу времени, пропорциональна четвертой степени частоты (см. § 5.6). Поэтому электромагнитные волны низкой частоты практически не излучаются.

Возникает проблемная ситуация. Высокочастотные волны интенсивно излучаются, но не несут с собой необходимой информации. Напротив, электрические колебания звуковой частоты такую информацию несут, но электромагнитные волны таких частот не излучаются.

Модуляция колебаний

Из этого положения был найден весьма остроумный выход. Он состоит в том, что для передачи используются высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором (рис. 5.24, а). Колебания же низкой (звуковой) частоты (рис. 5.24, б) применяют лишь для изменения высокочастотных колебаний или, как говорят, для их модуляции*.

*От латинского слова modulatio — мерность, размеренность.

Модуляцией электромагнитной волны называется изменение ее характеристик (амплитуды, частоты или фазы) при помощи колебаний с частотами, значительно меньшими частоты самой электромагнитной волны. Соответственно различаются амплитудная (рис. 5.24, в), частотная (рис. 5.24, г) и фазовая (рис. 5.24, 5) модуляции колебаний. Частота исходной (немодулированной) волны называется несущей частотой, а частота изменения характеристик волны при модуляции — частотой модуляции.

Модуляция — медленный процесс. Это такой процесс изменений в высокочастотной колебательной системе, при котором она успевает совершить очень много своих высокочастотных колебаний, прежде чем модулируемая характеристика изменится сколько-нибудь заметным образом. Без модуляции нет никакой передачи — ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизионной. В лучшем случае можно лишь констатировать, работает станция или нет.

Детектирование

В радиоприемнике из модулированных колебаний высокой частоты, после их усиления, получают низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования называется детектированием* или демодуляцией.

* От латинского слова detectio — обнаружение.

Полученный в результате детектирования низкочастотный сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления электрические колебания низкой частоты могут быть преобразованы в акустические колебания или использованы для других целей.

На рисунке 5.25 показана блок-схема радиовещательного тракта.