В электронике и телекоммуникациях радиопередатчик или просто передатчик — это электронное устройство , которое излучает радиоволны с помощью антенны . Сам передатчик генерирует переменный ток радиочастоты , который подается на антенну . При возбуждении этим переменным током антенна излучает радиоволны.
Передатчики являются необходимыми составными частями всех электронных устройств, которые общаются по радио , таких как радио- и телевещательные станции, сотовые телефоны , рации , беспроводные компьютерные сети , устройства с поддержкой Bluetooth , устройства открывания гаражных ворот , двусторонние радиостанции в самолетах, кораблях, космические корабли, радиолокационные установки и навигационные маяки. Термин «передатчик» обычно ограничивается оборудованием, генерирующим радиоволны для целей связи ; или радиолокация , например, радары и навигационные передатчики. Генераторы радиоволн для отопления или промышленных целей, такие как микроволновые печи или диатермическое оборудование, обычно не называют передатчиками, хотя они часто имеют схожие схемы.
Этот термин обычно используется более конкретно для обозначения передатчика вещания , передатчика, используемого в радиовещании , например, FM-радиопередатчика или телевизионного передатчика . Это использование обычно включает в себя как сам передатчик, так и антенну, а зачастую и здание, в котором он расположен.
Передатчик может представлять собой отдельный элемент электронного оборудования или электрическую цепь внутри другого электронного устройства. Передатчик и приемник , объединенные в один блок, называются трансивером . В технической документации термин «передатчик» часто обозначается сокращением «XMTR» или «TX». Назначение большинства передатчиков – радиопередача информации на расстояние. Информация передается передатчику в виде электронного сигнала, называемого сигналом модуляции, например, аудио (звукового) сигнала от микрофона, видео (ТВ) сигнала от видеокамеры или в беспроводных сетевых устройствах цифрового сигнала . сигнал с компьютера. Передатчик генерирует радиочастотный сигнал, который при подаче на антенну создает радиоволны, называемые сигналом несущей . Он объединяет несущую с сигналом модуляции, этот процесс называется модуляцией . Информация может быть добавлена к несущей несколькими различными способами в разных типах передатчиков. В передатчике с амплитудной модуляцией (АМ) информация добавляется к радиосигналу путем изменения его амплитуды . В передатчике с частотной модуляцией (FM) он добавляется путем небольшого изменения частоты радиосигнала . Также используются многие другие типы модуляции.
Радиосигнал от передатчика подается на антенну , которая излучает энергию в виде радиоволн. Антенна может быть заключена внутри корпуса или прикреплена к внешней стороне передатчика, как в портативных устройствах, таких как сотовые телефоны, рации и устройства открывания гаражных ворот . В более мощных передатчиках антенна может располагаться на крыше здания или на отдельной вышке и подключаться к передатчику фидерной линией , то есть линией передачи .
Электромагнитные волны излучаются электрическими зарядами при их ускорении . [1] [2] Радиоволны , электромагнитные волны радиочастоты , генерируются изменяющимися во времени электрическими токами , состоящими из электронов, протекающих через металлический проводник, называемый антенной , которые меняют свою скорость и, таким образом, ускоряются. [3] [2] Переменный ток , текущий туда и обратно по антенне, создает колеблющееся магнитное поле вокруг проводника. Переменное напряжение также заряжает концы проводника поочередно положительно и отрицательно, создавая колеблющееся электрическое поле вокруг проводника. Если частота колебаний достаточно высока, в диапазоне радиочастот выше примерно 20 кГц, колеблющиеся связанные электрические и магнитные поля будут излучаться от антенны в пространство в виде электромагнитной волны, радиоволны.
Радиопередатчик — это электронная схема , которая преобразует электрическую энергию от источника питания, батареи или сети в переменный радиочастотный ток, подаваемый на антенну, а антенна излучает энергию этого тока в виде радиоволн. [4] Передатчик также кодирует такую информацию, как аудио- или видеосигнал , в радиочастотный ток, который переносится радиоволнами. Попадая на антенну радиоприемника , волны возбуждают в ней аналогичные (но менее мощные) радиочастотные токи. Радиоприемник извлекает информацию из принятых волн.
Практический радиопередатчик в основном состоит из следующих частей:
В передатчиках более высоких частот, в УВЧ и СВЧ- диапазоне, автономные генераторы нестабильны на выходной частоте. В более старых конструкциях использовался генератор на более низкой частоте, который умножался на умножители частоты , чтобы получить сигнал нужной частоты. В современных конструкциях чаще используется генератор на рабочей частоте, которая стабилизируется посредством фазовой синхронизации с очень стабильным опорным значением более низкой частоты, обычно кварцевым генератором.
Два радиопередатчика в одной и той же зоне, которые пытаются вести передачу на одной и той же частоте, будут создавать помехи друг другу, что приведет к искажению приема, поэтому ни одна из передач не может быть принята четко. Помехи в радиопередачах могут не только иметь большие экономические издержки, но и быть опасными для жизни (например, в случае создания помех экстренной связи или управлению воздушным движением ).
По этой причине в большинстве стран использование передатчиков строго контролируется законом. Передатчики должны быть лицензированы правительством по различным классам лицензий в зависимости от использования, например, для радиовещания , морского радио , радиодиапазона , любительского радиовещания и ограничены определенными частотами и уровнями мощности. Организация под названием Международный союз электросвязи ( МСЭ) распределяет полосы частот радиоспектра различным классам пользователей. В некоторых классах каждому передатчику присваивается уникальный позывной , состоящий из строки букв и цифр, который должен использоваться в качестве идентификатора при передаче. Оператор передатчика обычно должен иметь государственную лицензию, например, общую лицензию оператора радиотелефонной связи , которую можно получить путем прохождения теста, демонстрирующего адекватные технические и юридические знания в области безопасной эксплуатации радиосвязи.
Исключения из вышеуказанных правил допускают нелицензионное использование маломощных передатчиков ближнего действия в потребительских товарах, таких как сотовые телефоны , беспроводные телефоны , беспроводные микрофоны , рации , устройства Wi-Fi и Bluetooth , устройства открывания гаражных ворот и радионяни . В США они подпадают под действие части 15 правил Федеральной комиссии по связи (FCC). Хотя их можно использовать без лицензии, эти устройства, как правило, перед продажей должны получить одобрение типа .
Первые примитивные радиопередатчики (так называемые передатчики с искровым разрядником ) были построены немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году во время его новаторских исследований радиоволн. Они генерировали радиоволны за счет искры высокого напряжения между двумя проводниками. Начиная с 1895 года Гульельмо Маркони разработал первые практические системы радиосвязи с использованием этих передатчиков, а коммерческое использование радио началось примерно в 1900 году. Искровые передатчики не могли передавать звук (звук) и вместо этого передавали информацию с помощью радиотелеграфии : оператор нажимал на телеграфный ключ. который включал и выключал передатчик для генерации радиоволновых импульсов, записывающих текстовые сообщения в телеграфном коде, обычно коде Морзе . В приемнике эти импульсы иногда записывались непосредственно на бумажные ленты, но более распространенным был слышимый прием. Импульсы были слышны в наушниках приемника в виде звуковых сигналов, которые были переведены обратно в текст оператором, знавшим азбуку Морзе. Эти искровые передатчики использовались в течение первых трех десятилетий радио (1887–1917), называемых эпохой беспроводной телеграфии или «искровой» эрой. Поскольку искровые передатчики генерировали затухающие волны , они были электрически «шумными». Их энергия распространялась по широкому диапазону частот , создавая радиошум , который мешал работе других передатчиков. Выбросы затухающих волн были запрещены международным правом в 1934 году.
На рубеже веков стали использоваться две недолговечные конкурирующие технологии передатчиков, которые были первыми передатчиками непрерывного излучения : дуговой преобразователь ( дуга Поульсена ) в 1904 году и генератор переменного тока Александерсона примерно в 1910 году, которые использовались до 1920-х годов.
Все эти ранние технологии были заменены передатчиками на электронных лампах в 1920-х годах, в которых использовался генератор обратной связи , изобретенный Эдвином Армстронгом и Александром Мейсснером примерно в 1912 году, на основе электронной лампы Audion ( триода ), изобретенной Ли Де Форестом в 1906 году. недорогой, производит непрерывные волны и его можно легко модулировать для передачи звука (звука) с использованием амплитудной модуляции (АМ). Это сделало возможным радиовещание AM , которое началось примерно в 1920 году. Передача с практической частотной модуляцией (FM) была изобретена Эдвином Армстронгом в 1933 году, который показал, что она менее уязвима к шуму и статическим помехам, чем AM. Первая FM-радиостанция получила лицензию в 1937 году. Экспериментальная телепередача велась радиостанциями с конца 1920-х годов, но практическое телевещание началось только в конце 1930-х годов. Развитие радаров во время Второй мировой войны стимулировало развитие высокочастотных передатчиков в УВЧ и микроволновом диапазонах с использованием новых активных устройств, таких как магнетрон , клистрон и лампа бегущей волны .
Изобретение транзистора позволило в 1960-х годах разработать небольшие портативные передатчики, такие как беспроводные микрофоны , устройства открывания гаражных ворот и рации . Развитие интегральных схем (ИС) в 1970-х годах сделало возможным нынешнее распространение беспроводных устройств , таких как сотовые телефоны и сети Wi-Fi , в которых встроенные цифровые передатчики и приемники ( беспроводные модемы ) в портативных устройствах работают автоматически, в фон, для обмена данными с беспроводными сетями .
Необходимость сохранения полосы пропускания во все более перегруженном радиоспектре стимулирует разработку новых типов передатчиков, таких как расширенный спектр , транкинговые радиосистемы и когнитивное радио . Сопутствующей тенденцией является продолжающийся переход от аналоговых к цифровым методам радиопередачи. Цифровая модуляция может иметь большую спектральную эффективность, чем аналоговая модуляция ; то есть он часто может передавать больше информации ( скорость передачи данных ) в заданной полосе пропускания , чем аналоговый, используя алгоритмы сжатия данных . Другими преимуществами цифровой передачи являются повышенная помехоустойчивость , а также большая гибкость и вычислительная мощность интегральных схем цифровой обработки сигналов .
