Vysílač - Transmitter

Komerční FM vysílání vysílač na rozhlasové stanici WDET-FM, Wayne State University, Detroit, USA. Vysílá na 101,9 MHz s vyzářeným výkonem 48 kW.

v elektronika a telekomunikace A vysílač nebo rádiový vysílač je elektronické zařízení který vyrábí rádiové vlny s anténa. Samotný vysílač generuje a rádiová frekvence střídavý proud, který se vztahuje na anténa. Při buzení tímto střídavým proudem vyzařuje anténa rádiové vlny.

Vysílače jsou nezbytnou součástí všech elektronických zařízení, která komunikují prostřednictvím rádio, jako rádio a televizní vysílání stanice, mobily, vysílačky, bezdrátové počítačové sítě, Bluetooth povolená zařízení, otvírače garážových vrat, obousměrná rádia v letadlech, lodích, kosmických lodích, radar sady a navigační majáky. Termín vysílač je obvykle omezeno na zařízení, které generuje rádiové vlny pro sdělení účely; nebo radiolokace, jako radar a navigační vysílače. Generátory rádiových vln pro vytápění nebo pro průmyslové účely, jako např mikrovlnné trouby nebo diatermie zařízení, se obvykle nenazývají vysílače, i když často mají podobné obvody.

Termín se populárněji používá konkrétněji k označení a vysílací vysílač, vysílač používaný v vysílání, jako v FM rádiový vysílač nebo televizní vysílač. Toto použití obvykle zahrnuje jak vlastní vysílač, anténu, tak často budovu, ve které je umístěn.

Popis

Rádiový vysílač je obvykle součástí a rádiová komunikace systém, který používá elektromagnetické vlny (rádiové vlny ) k přepravě informací (v tomto případě zvuku) na dálku.

Vysílačem může být samostatný kus elektronického zařízení nebo elektrický obvod v jiném elektronickém zařízení. Vysílač a přijímač v jedné jednotce se nazývá a vysílač. Termín vysílač je v technických dokumentech často zkrácen „XMTR“ nebo „TX“. Účelem většiny vysílačů je rádiová komunikace informací na dálku. Informace jsou vysílači poskytovány ve formě elektronického signálu, například Zvuk (zvukový) signál z mikrofonu, a video (TV) signál z videokamery nebo v bezdrátové sítě zařízení, a digitální signál z počítače. Vysílač kombinuje informační signál, který má být přenášen, s vysokofrekvenčním signálem, který generuje rádiové vlny, které se říká nosný signál. Tento proces se nazývá modulace. Informace lze k nosiči přidat několika různými způsoby, různými typy vysílačů. V amplitudová modulace (AM) vysílač, informace se přidává k rádiovému signálu změnou jeho amplituda. V frekvenční modulace (FM) vysílač se přidává změnou rádiového signálu frekvence mírně. Používá se také mnoho dalších typů modulace.

Rádiový signál z vysílače je přiveden na anténa, který vyzařuje energii jako rádiové vlny. Anténa může být uzavřena uvnitř pouzdra nebo připevněna k vnějšku vysílače, například v přenosných zařízeních, jako jsou mobilní telefony, vysílačky a otvírače garážových vrat. U výkonnějších vysílačů může být anténa umístěna nahoře na budově nebo na samostatné věži a může být k vysílači připojena pomocí přívodní potrubí, to je a přenosové vedení.

Rádiové vysílače
35 kW, vysílač FM 816R-5B FM, patřící americké rozhlasové stanici FM KWNR vysílající na 95,5 MHz v Las Vegas
Moderní amatérské rádio vysílač, ICOM IC-746PRO. Může vysílat na amatérských pásmech od 1,8 MHz do 144 MHz s výstupním výkonem 100 W.
A CB rádio vysílač, a obousměrné rádio vysílání na 27 MHz s výkonem 4 W, které lze provozovat bez licence
Spotřební výrobky, které obsahují vysílače
Mobilní telefon má několik vysílačů: duplexní buňkový vysílač a přijímač, Wi-Fi modem a Bluetooth modem.
Sluchátko i základna a bezdrátový telefon obsahují rádiové vysílače s nízkou spotřebou 2,4 GHz pro vzájemnou komunikaci.
A otvírač garážových vrat ovládání obsahuje vysílač 2,4 GHz s nízkou spotřebou, který odesílá kódované příkazy do mechanismu garážových vrat k otevření nebo zavření.
Bezdrátový mikrofon
A přenosný počítač a doma bezdrátový router (Pozadí) který jej připojuje k internetu a vytváří domácí síť Wi-Fi. Oba mají Wi-Fi modemy, automatizované mikrovlnné vysílače a přijímače pracující na 2,4 GHz, které si vyměňují datové pakety s poskytovatel internetu (ISP).

Úkon

Animace a půlvlnný dipól anténní vysílání rádiové vlny, zobrazující elektrické pole řádky. Anténa ve středu je dvě svislé kovové tyče, přičemž do jejího středu je přiváděn střídavý proud z rádiového vysílače (nezobrazeno). Napětí nabíjí obě strany antény střídavě kladně (+) a negativní (−). Smyčky elektrického pole (černé čáry) opusťte anténu a odjeďte pryč na rychlost světla; to jsou rádiové vlny. Tato animace ukazuje, že akce byla výrazně zpomalena

Elektromagnetické vlny jsou vyzařovány elektrické náboje když jsou zrychlený.[1][2] Rádiové vlny, elektromagnetické vlny rádia frekvence, jsou generovány časově proměnnými elektrické proudy, skládající se z elektrony protékající kovovým vodičem zvaným an anténa které mění svoji rychlost a tím zrychlují.[3][2] An střídavý proud proudění tam a zpět v anténě vytvoří oscilaci magnetické pole kolem vodiče. Střídavé napětí bude také nabíjet konce vodiče střídavě kladně a záporně, čímž vytvoří oscilaci elektrické pole kolem vodiče. Pokud frekvence kmitů je dostatečně vysoká, v rádiová frekvence V rozsahu nad 20 kHz budou oscilující spojená elektrická a magnetická pole vyzařovat z antény do prostoru jako elektromagnetická vlna, rádiová vlna.

Rádiový vysílač je elektronický obvod který se transformuje elektrická energie ze zdroje energie, baterie nebo síťového napájení, do a rádiová frekvence na anténu se aplikuje střídavý proud a anténa vyzařuje energii z tohoto proudu jako rádiové vlny. Vysílač také zapůsobí na informace, jako je Zvuk nebo video signál na vysokofrekvenční proud přenášený vysokofrekvenčními vlnami. Když narazí na anténu a rádiový přijímač, vlny v něm vzrušují podobné (ale méně silné) vysokofrekvenční proudy. Rádiový přijímač extrahuje informace z přijatých vln.

Součásti

Praktický rádiový vysílač se skládá hlavně z následujících částí:

Mnoho dalších typů modulace jsou také používány. U velkých vysílačů se oscilátor a modulátor společně často označují jako budič.
  • Vysokofrekvenční (RF) zesilovač ke zvýšení výkonu signálu, ke zvýšení dosahu rádiových vln.
  • An impedanční přizpůsobení (anténní tuner ) obvod tak, aby odpovídal impedance vysílače na impedanci antény (nebo přenosové vedení k anténě), k efektivnímu přenosu energie na anténu. Pokud tyto impedance nejsou stejné, způsobí to stav zvaný stojaté vlny, ve kterém se energie odráží zpět od antény směrem k vysílači, ztrácí energii a někdy přehřívá vysílač.

Ve vysokofrekvenčních vysílačích v UHF a mikrovlnná trouba rozsah, volně běžící oscilátory jsou na výstupní frekvenci nestabilní. Starší konstrukce používaly oscilátor na nižší frekvenci, která byla vynásobena multiplikátory frekvence získat signál na požadované frekvenci. Moderní designy běžněji používají oscilátor na pracovní frekvenci, která je stabilizována fázovým blokováním na velmi stabilní referenční frekvenci nižší frekvence, obvykle krystalový oscilátor.

Nařízení

Dva rádiové vysílače ve stejné oblasti, které se pokoušejí vysílat na stejné frekvenci, se budou vzájemně rušit a způsobovat zkomolený příjem, takže ani jeden přenos nemusí být přijímán jasně. Rušení s rádiovým přenosem může mít nejen velké ekonomické náklady, ale také životu nebezpečné (například v případě rušení nouzové komunikace nebo řízení letového provozu ).

Z tohoto důvodu je ve většině zemí používání vysílačů přísně kontrolováno zákonem. Vysílače musí být licencovány vládami v rámci různých tříd licencí v závislosti na použití, jako je přenos, námořní rádio, Airband, Amatér a jsou omezeny na určité frekvence a úrovně výkonu. Tělo zvané Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) přiděluje frekvence kapely v rádiové spektrum různým třídám uživatelů. V některých třídách má každý vysílač jedinečný volací značka skládající se z řetězce písmen a čísel, které musí být použity jako identifikátor při přenosu. Provozovatel vysílače obvykle musí být držitelem státní licence, například a obecná licence radiotelefonního operátora, který se získá složením zkoušky prokazující odpovídající technické a právní znalosti bezpečného rádiového provozu.

Výjimky z výše uvedených předpisů umožňují nelicencované použití nízkonapěťových vysílačů krátkého dosahu ve spotřebních výrobcích, jako jsou mobily, bezdrátové telefony, bezdrátové mikrofony, vysílačky, Wi-Fi a Bluetooth zařízení, otvírače garážových vrat, a chůvičky. V USA tyto spadají pod Část 15 z Federální komise pro komunikaci Předpisy (FCC). I když je lze provozovat bez licence, tato zařízení stále obecně musí být typově schváleno před prodejem.

Dějiny

Hlavní článek: Historie rádia
Hertz objevil rádiové vlny v roce 1887 se svým prvním primitivním rádiovým vysílačem (pozadí).

První primitivní rádiové vysílače (tzv vysílače jiskřiště ) byly postaveny německým fyzikem Heinrich Hertz v roce 1887 během jeho průkopnického vyšetřování rádiových vln. Ty generovaly rádiové vlny vysokým napětím jiskra mezi dvěma vodiči. Počínaje rokem 1895, Guglielmo Marconi vyvinul první praktické rádiové komunikační systémy využívající tyto vysílače a rádio se začalo komerčně používat kolem roku 1900. Vysílače Spark nemohly vysílat Zvuk (zvuk) a místo toho přenáší informace pomocí radiotelegrafie, operátor poklepal na a telegrafní klíč který zapínal a vypínal vysílač a vytvářel pulsy rádiových vln, které hláskovaly textové zprávy Morseova abeceda. Tyto vysílače jiskřiště byly používány během prvních tří desetiletí rádia (1887-1917), zvaného bezdrátová telegrafie nebo „jiskra“. Protože generovali tlumené vlny „vysílače jisker byly elektricky„ hlučné “. Jejich energie byla rozprostřena do širokého pásma frekvence, vytváření rádiový šum které interferovaly s jinými vysílači. Emise tlumených vln byly mezinárodním právem zakázány v roce 1934.

Po přelomu století se začaly používat dvě krátkodobé konkurenční technologie vysílačů, které byly první spojitá vlna vysílače: převodník oblouku (Poulsenův oblouk ) v roce 1904 a Alexandersonův alternátor kolem roku 1910, které byly použity do 20. let 20. století.

Všechny tyto rané technologie byly nahrazeny elektronka vysílače ve 20. letech 20. století, které používaly zpětnovazební oscilátor vynalezl Edwin Armstrong a Alexander Meissner kolem roku 1912, na základě Audion (trioda ) vakuová trubice vynalezená Lee De Forest v roce 1906. Vysavače elektronek byly levné a vyráběny spojité vlny, a mohl by být snadno modulovaný přenášet zvuk (zvuk) pomocí amplitudová modulace (DOPOLEDNE). Toto způsobilo AM rozhlasové vysílání možné, které začalo asi v roce 1920. Praktické frekvenční modulace (FM) přenos byl vynalezen Edwin Armstrong v roce 1933, který ukázal, že je méně citlivý na hluk a statickou elektřinu než AM. První rozhlasová stanice FM získala licenci v roce 1937. Experimentální televize přenos byl prováděn rozhlasovými stanicemi od konce 20. let, ale praktický televizní vysílání začalo až koncem 30. let. Vývoj radar v průběhu druhá světová válka motivoval vývoj vysokofrekvenčních vysílačů v EU UHF a mikrovlnná trouba rozsahy pomocí nových aktivních zařízení, jako je magnetron, klystron, a cestovní vlnová trubice.

Vynález tranzistor umožnil v 60. letech vývoj malých přenosných vysílačů jako např bezdrátové mikrofony, otvírače garážových vrat a vysílačky. Rozvoj integrovaný obvod (IC) v 70. letech umožnily současné šíření bezdrátová zařízení, jako mobily a Wi-Fi sítě, ve kterých jsou integrovány digitální vysílače a přijímače (bezdrátové modemy ) v přenosných zařízeních fungují automaticky, na pozadí, s výměnou dat bezdrátové sítě.

Potřeba zachovat šířku pásma ve stále více přetížených oblastech rádiové spektrum řídí vývoj nových typů vysílačů, jako je rozprostřené spektrum, dálkové rádiové systémy a kognitivní rádio. Souvisejícím trendem byl pokračující přechod z analogový na digitální metody rádiového přenosu. Digitální modulace může mít větší spektrální účinnost než analogová modulace; to znamená, že může často přenášet více informací (rychlost přenosu dat ) v dané šířka pásma než analogové, pomocí komprese dat algoritmy. Další výhody digitálního přenosu se zvyšují odolnost proti hluku a větší flexibilitu a výkon zpracování zpracování digitálních signálů integrované obvody.

  • Guglielmo Marconi je vysílač jiskřiště, s nímž v letech 1895-1897 provedl první experimenty v praktické rádiové komunikaci

  • Vysoce výkonný vysílač jiskřiště v Austrálii kolem roku 1910.

  • 1 MW americké námořnictvo Poulsenův oblouk vysílač, který generoval spojité vlny pomocí elektrického oblouku v magnetickém poli, což byla technologie používaná na krátkou dobu od roku 1903 do doby, než ve 20. letech převzaly elektronky

  • An Alexandersonův alternátor, obrovský rotující stroj používaný jako rádiový vysílač na velmi nízké frekvenci od roku 1910 do druhé světové války

  • Jeden z prvních elektronka DOPOLEDNE rádiové vysílače, postavené Lee De Forest v roce 1914. Na počátku Audion (trioda ) trubice je vidět vpravo.

  • Jeden z prvních vysílacích vysílačů BBC, začátek 20. let, Londýn. 4 triodové trubice, paralelně zapojené do oscilátoru, každá produkovala přibližně 4 kilowatty s 12 tisíci volty na jejich anodách.

  • První experimentální vysílač FM Armstrong W2XDG v USA Empire State Building, New York City, používané pro tajné testy v letech 1934–1935. Vysílal na 41 MHz při výkonu 2 kW.

  • Sestava vysílače o výkonu 20 kW, 9,375 GHz řízení letového provozu radar, 1947. magnetron trubka namontovaná mezi dvěma magnety (že jo) produkuje mikrovlny, které procházejí otvorem (vlevo, odjet) do vlnovod který je vede k anténě paraboly.

Viz také

Reference

  1. ^ Serway, Raymond; Faughn, Jerry; Vuille, Chris (2008). College Physics, 8. vydání. Cengage Learning. p. 714. ISBN  978-0495386933.
  2. ^ A b Ellingson, Steven W. (2016). Rádiové systémy. Cambridge University Press. s. 16–17. ISBN  978-1316785164.
  3. ^ Balanis, Constantine A. (2005). Antenna theory: Analysis and Design, 3. vyd. John Wiley and Sons. str.10. ISBN  9781118585733.

externí odkazy