О радиолюбительстве - 8. Физика радио совсем простыми словами
Доброго времени, уважаемые Коллеги!
Сегодня будет совсем скучно. Дело в том, что рано или поздно, если Вас радио зацепило, Вы решите сдать экзамен на радиолюбительскую лицензию. Вот тут-то и понадобятся самые базовые знания физики электричества и радио. Ведь не сдавать же экзамен тупо вызубрив ответы? Поэтому давайте углубимся в дебри... Так, краем глаза :)
Известно, что радио - электромагнитный процесс. И чтобы голос далекого друга принять и услышать, надо этот голос как-то в эфир передать. А для начала, надо из звука милого голоса сделать электрический сигнал. Этим занимается микрофон.
1. Получение электрического сигнала из голоса.
Микрофон делает из звука подобный ему электрический сигнал. В микрофоне есть тонкая мембрана (диафрагма), к ней приклеена катушка провода, рядом закреплен магнит. Звук голоса - это колебания воздуха. Эти колебания качают мембрану микрофона, а если двигать катушку провода в магнитном поле, в ней возникает электрический ток. Готово! Электрический сигнал из звука получен!
Если к выходу микрофона подключить прибор, который визуализирует электрические сигналы (он называется ОСЦИЛЛОГРАФ), мы увидим примерно такую картинку:
Электрические колебания, полученные в результате преобразования голоса в звук, занимают полосу частот от 100 до 3000 Герц. 1 Герц - это единица измерения частоты. Названа в честь великого физика. Например, комар машет крыльями с частотой 1000 герц, то есть 1000 раз в секунду, а шмель - 200. Ну а наши голосовые связки колеблются в диапазоне частот 100 - 3000 герц, если мы конечно не оперные певцы - у них диапазон шире. Будем называть такие сигналы - сигналами звуковой частоты.
2. Перенос электрического сигнала на радиочастоту.
Полученный электрический сигнал надо отправить в эфир, чтобы голос наш долетел до доброго друга на другом конце земли. Для этого его надо усилить (мощность сигнала от микрофона - примерно 1/100 000 доля ватта, это очень мало. Для сравнения посмотрите на мощности динамиков всяких там бубмбоксов), и отправить в антенну. Первопроходцы радио так и делали - подключали микрофон к усилителю, усилитель к антенне и ...??? И ничего. Дальность радиосвязи была метров 10. И все... Оказалось, что электрические сигналы звуковой частоты создают радиоволны очень большой длины, которые очень сильно ослабляются атмосферным воздухом. Попробуем вычислить длину волны для сигнала с частотой 1000 герц (1 килогерц). Это очень просто. Надо скорость распространения радиоволны (а она равна скорости света - 300 тысяч километров в секунду) поделить на частоту. Поделили? Получилось 300 километров? Правильно. Теперь посмотрим на любой старый приемник. Там на шкале написаны длины волн. Самая длинная - 1,5 км. А наиболее популярные длины волн у радиолюбителей - 80, 40, 20, 15 и 10 метров. Какая же должна быть частота чтобы попасть на длину волны 40 метров? Не утомляя расчетами - скажу. Примерно 7 000 000 герц (7 мегагерц). Что же придумали товарищи ученые? Они взяли генератор электрического сигнала с частотой 7 000 000 герц (сигнал радиочастоты), и пропустили полученный от генератора сигнал через модулятор - простой прибор, который изменяет напряжение проходящего через него сигнала радиочастоты в такт сигналу звуковой частоты. В результате, получился МОДУЛИРОВАННЫЙ ПО НАПРЯЖЕНИЮ СИГНАЛ радиочастоты (правильный термин: амплитудно-модулированный сигнал). И на экране осциллографа он выглядит так:
Мелкие волны - это сигнал радиочастоты. А пологая волна - это звук нашего голоса. Вот настолько звуковая частота меньше радиочастоты! В общем, радиосигнал готов. Усиливаем его усилителем до приличной мощности, ватт до 100 минимум - и в антенну! Пусть летит по эфиру, со скоростью света, в антенну приемника нашего далекого друга. Ну и во все антенны во всем мире тоже :)
3. Радиоприем и демодуляция сигнала.
Чтобы наш далекий друг услышал наш сигнал, надо этот радиосигнал принять, и преобразовать из электрической формы в звуковую. Для этого надо проделать действия, описанные выше, в обратном порядке: поймать слабый радиосигнал (его мощность не превышает одной миллионной доли ватта) антенной, усилить его немного, примерно до мощности 1/100 ватта, демодулировать (вытащить сигнал звуковой частоты из сигнала радиочастоты), еще усилить (примерно до 1 ватта) и подать в динамик - который сделает нам из электрического сигнала звук.
Для демодуляции сигнала используют радиоэлемент (радиодеталь) с односторонней проводимостью, который называется ДИОД. Он пропускает ток только в одну сторону - от минуса к плюсу. Эта способность диода позволяет выделить сигнал звуковой частоты из модулированного сигнала радиочастоты. Вот наименее заумная картинка, которая иллюстрирует работу диодного демодулятора (детектора). Сверху - сигнал до детектирования, снизу - после.
В общем, диодный детектор вычищает из принятого антенной сигнала все, что относится к радиочастоте, и оставляет только сигнал звуковой частоты. Если интересно разобраться в деталях - отвечу в комментах.
Усиливаем полученный сигнал звуковой частоты - и подаем на динамик! А в динамике что? Правильно! Большая мембрана, к ней приклеена катушка, и рядом расположен магнит. Только мы не снимаем электрический сигнал с катушки - а наоборот, подаем сигнал на нее! Катушка начинает двигаться в магнитном поле с частотой подаваемого на нее сигнала, и мы слышим звук голоса нашего далекого друга:))
Ну или мяуканье кота, если вдруг кот помяукает в микрофон радиопередатчика.
Всем удачи, и 73!
