В электронике и телекоммуникациях радиопередатчик или просто передатчик ( часто сокращенно XMTR или TX в технических документах) — это электронное устройство , которое производит радиоволны с антенной с целью передачи сигнала на радиоприемник . 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 (аудио) и телевизионные вещательные станции, сотовые телефоны , рации , беспроводные компьютерные сети , устройства с поддержкой Bluetooth , устройства для открывания гаражных ворот , двусторонние радиостанции в самолетах, кораблях, космических аппаратах, радарных установках и навигационных маяках. Термин передатчик обычно ограничивается оборудованием, которое генерирует радиоволны для целей связи ; или радиолокации , например, радарные и навигационные передатчики. Генераторы радиоволн для нагрева или промышленных целей, такие как микроволновые печи или оборудование для диатермии , обычно не называются передатчиками, хотя они часто имеют похожие схемы.
Термин обычно используется более конкретно для обозначения вещательного передатчика , передатчика, используемого в вещании , как в FM-радиопередатчике или телевизионном передатчике . Это использование обычно включает как собственно передатчик, антенну, так и часто здание, в котором он размещен.
Передатчик может быть отдельным электронным оборудованием или электрической цепью в другом электронном устройстве. Передатчик и приемник , объединенные в одном блоке, называются трансивером . Назначение большинства передатчиков — радиопередача информации на расстояние. Информация предоставляется передатчику в форме электронного сигнала, называемого сигналом модуляции, например, аудиосигнала ( звукового) с микрофона, видеосигнала (ТВ) с видеокамеры или, в беспроводных сетевых устройствах, цифрового сигнала с компьютера. Передатчик генерирует радиочастотный сигнал, который при подаче на антенну производит радиоволны, называемые несущим сигналом . Он объединяет несущую с модулирующим сигналом, процесс называется модуляцией . Информация может быть добавлена к несущей несколькими различными способами, в различных типах передатчиков. В передатчике с амплитудной модуляцией (АМ) информация добавляется к радиосигналу путем изменения его амплитуды . В передатчике с частотной модуляцией (ЧМ) она 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 в корпус или прикреплена к внешней стороне передатчика, как в портативных устройствах, таких как сотовые телефоны, рации и устройства для открывания гаражных ворот . В более мощных передатчиках антенна может располагаться на крыше здания или на отдельной вышке и подключаться к передатчику с помощью линии питания , то есть линии передачи .
Электромагнитные волны излучаются электрическими зарядами , когда они ускоряются . [1] [2] Радиоволны , электромагнитные волны радиочастоты , генерируются изменяющимися во времени электрическими токами , состоящими из электронов, текущих через металлический проводник, называемый антенной, которые изменяют свою скорость и, таким образом, ускоряются. [3] [2] Переменный ток , текущий вперед и назад в антенне, создаст колеблющееся магнитное поле вокруг проводника. Переменное напряжение также будет заряжать концы проводника попеременно 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 электроэнергию от источника питания, батареи или сети, в переменный ток радиочастоты для подачи на антенну, а антенна излучает энергию этого тока в виде радиоволн. [4] Передатчик также кодирует информацию, такую как аудио- или видеосигнал, в ток радиочастоты, который переносится радиоволнами. Когда они ударяются об антенну радиоприемника , волны возбуждают в ней аналогичные (но менее мощные) токи радиочастоты. Радиоприемник извлекает информацию из принятых волн.
Практический радиопередатчик в основном состоит из следующих частей:
В передатчиках с более высокой частотой, в диапазоне УВЧ и СВЧ , генераторы свободного хода нестабильны на выходной частоте. В старых конструкциях использовался генератор на более низкой частоте, который умножался на множители частоты для получения сигнала на желаемой частоте. В современных конструкциях чаще используется генератор на рабочей частоте, который стабилизируется фазовой синхронизацией с очень стабильным опорным сигналом более низкой частоты, обычно кварцевым генератором.
Два радиопередатчика в одной и той же области, которые пытаются передавать на одной и той же частоте, будут мешать друг другу, вызывая искаженный прием, поэтому ни одна передача не может быть принята четко. Помехи радиопередачам могут не только иметь большие экономические издержки, они могут быть опасны для жизни (например, в случае помех аварийной связи или управления воздушным движением ).
По этой причине в большинстве стран использование передатчиков строго контролируется законом. Передатчики должны быть лицензированы правительствами в соответствии с различными классами лицензий в зависимости от использования, такими как вещание , морское радио , авиадиапазон , любительское и ограничены определенными частотами и уровнями мощности. Орган, называемый Международным союзом электросвязи (МСЭ), распределяет полосы частот в радиоспектре между различными классами пользователей. В некоторых классах каждому передатчику присваивается уникальный позывной , состоящий из строки букв и цифр, который должен использоваться в качестве идентификатора при передачах. Оператор передатчика обычно должен иметь государственную лицензию, например, общую лицензию оператора радиотелефонной связи , которая выдается путем сдачи теста, демонстрирующего достаточные технические и юридические знания безопасной эксплуатации радио.
Исключения из вышеуказанных правил разрешают нелицензированное использование маломощных передатчиков ближнего действия в потребительских товарах, таких как сотовые телефоны , беспроводные телефоны , беспроводные микрофоны , рации , устройства Wi-Fi и Bluetooth , открыватели гаражных ворот и радионяни . В США они подпадают под Часть 15 правил Федеральной комиссии по связи (FCC). Хотя их можно эксплуатировать без лицензии, эти устройства, как правило, должны быть одобрены перед продажей.
Первые примитивные радиопередатчики (называемые передатчиками с искровым разрядником ) были построены немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году во время его пионерских исследований радиоволн. Они генерировали радиоволны с помощью высоковольтной искры между двумя проводниками. Начиная с 1895 года, Гульельмо Маркони разработал первые практические системы радиосвязи с использованием этих передатчиков, и радио начало использоваться в коммерческих целях около 1900 года. Передатчики с искровым разрядником не могли передавать аудио (звук) и вместо этого передавали информацию по радиотелеграфу : оператор нажимал на телеграфный ключ , который включал и выключал передатчик, чтобы производить радиоволновые импульсы, читающие текстовые сообщения в телеграфном коде, обычно азбуке Морзе . На приемнике эти импульсы иногда напрямую записывались на бумажные ленты, но более распространенным был звуковой прием. Импульсы были слышны как гудки в наушниках приемника, которые переводились обратно в текст оператором, знавшим азбуку Морзе. Эти передатчики с искровым разрядником использовались в течение первых трех десятилетий радио (1887–1917), называемых эпохой беспроводной телеграфии или «искровой» эры. Поскольку они генерировали затухающие волны , искровые передатчики были электрически «шумными». Их энергия распространялась по широкому диапазону частот , создавая радиошум , который мешал другим передатчикам. Излучение затухающих волн было запрещено международным правом в 1934 году.
На рубеже веков появились две недолговечные конкурирующие технологии передатчиков, которые стали первыми передатчиками непрерывной волны : дуговой преобразователь ( дуга Поульсена ) в 1904 году и генератор Александера около 1910 года, которые использовались до 1920-х годов.
Все эти ранние технологии были заменены ламповыми передатчиками в 1920-х годах, которые использовали генератор с обратной связью , изобретенный Эдвином Армстронгом и Александром Мейсснером около 1912 года, на основе вакуумной лампы Audion ( триод ), изобретенной Ли Де Форестом в 1906 году. Ламповые передатчики были недорогими и производили непрерывные волны , и их можно было легко модулировать для передачи аудио (звука) с помощью амплитудной модуляции (AM). Это сделало возможным радиовещание AM , которое началось примерно в 1920 году. Практическая передача с частотной модуляцией (FM) была изобретена Эдвином Армстронгом в 1933 году, который показал, что она менее уязвима для шума и статики, чем AM. Первая радиостанция FM была лицензирована в 1937 году. Экспериментальная телевизионная передача велась радиостанциями с конца 1920-х годов, но практическое телевизионное вещание началось только в конце 1930-х годов. Развитие радаров во время Второй мировой войны стимулировало развитие высокочастотных передатчиков в диапазонах УВЧ и СВЧ , использующих новые активные устройства, такие как магнетрон , клистрон и лампа бегущей волны .
Изобретение транзистора позволило разработать в 1960-х годах небольшие портативные передатчики, такие как беспроводные микрофоны , устройства для открывания гаражных ворот и рации . Разработка интегральных схем (ИС) в 1970-х годах сделала возможным нынешнее распространение беспроводных устройств , таких как сотовые телефоны и сети Wi-Fi , в которых интегрированные цифровые передатчики и приемники ( беспроводные модемы ) в портативных устройствах работают автоматически, в фоновом режиме, для обмена данными с беспроводными сетями .
Необходимость экономии полосы пропускания в условиях все более перегруженного радиоспектра является движущей силой разработки новых типов передатчиков, таких как системы с расширенным спектром , транкинговые радиосистемы и когнитивное радио . Связанной тенденцией является продолжающийся переход от аналоговых к цифровым методам радиопередачи. Цифровая модуляция может иметь большую спектральную эффективность , чем аналоговая модуляция ; то есть она часто может передавать больше информации ( скорости передачи данных ) в заданной полосе пропускания , чем аналоговая, используя алгоритмы сжатия данных . Другими преимуществами цифровой передачи являются повышенная помехоустойчивость , а также большая гибкость и вычислительная мощность интегральных схем цифровой обработки сигналов .
