Непрерывная волна или непрерывная форма волны ( CW ) — это электромагнитная волна постоянной амплитуды и частоты , обычно синусоидальная волна , которая для математического анализа считается имеющей бесконечную длительность. [1] Это может относиться, например, к лазеру или ускорителю частиц , имеющему непрерывный выход, в отличие от импульсного выхода.
В более широком смысле термин « непрерывная волна» также относится к раннему методу радиопередачи , в котором синусоидальная несущая волна включается и выключается. Это точнее называется прерывистой непрерывной волной ( ICW ). [2] Информация передается в различной длительности периодов включения и выключения сигнала, например, с помощью кода Морзе в раннем радио. В ранней беспроводной телеграфной радиопередаче волны CW также были известны как «незатухающие волны», чтобы отличать этот метод от затухающих волновых сигналов, производимых более ранними передатчиками типа искрового промежутка .
Очень ранние радиопередатчики использовали искровой разрядник для создания радиочастотных колебаний в передающей антенне. Сигналы, создаваемые этими передатчиками с искровым разрядником, состояли из строк коротких импульсов синусоидальных радиочастотных колебаний, которые быстро затухали до нуля, назывались затухающими волнами . Недостатком затухающих волн было то, что их энергия была распределена по чрезвычайно широкой полосе частот ; они имели широкую полосу пропускания . В результате они создавали электромагнитные помехи ( RFI ), которые распространялись на передачи станций на других частотах.
Это побудило к попыткам создания радиочастотных колебаний, которые затухали бы медленнее; имели бы меньшее затухание. Существует обратная зависимость между скоростью затухания ( постоянной времени ) затухающей волны и ее шириной полосы пропускания; чем больше времени требуется затухающим волнам для затухания до нуля, тем уже полосу частот, которую занимает радиосигнал, и тем меньше он мешает другим передачам. Поскольку все больше передатчиков начали заполнять радиоспектр, уменьшая частотный интервал между передачами, государственные постановления начали ограничивать максимальное затухание или «декремент», который мог иметь радиопередатчик. Производители выпускали искровые передатчики, которые генерировали длинные «звенящие» волны с минимальным затуханием.
Было решено, что идеальной радиоволной для радиотелеграфной связи будет синусоида с нулевым затуханием, непрерывная волна . Непрерывная непрерывная синусоида теоретически не имеет полосы пропускания; вся ее энергия сосредоточена на одной частоте, поэтому она не мешает передачам на других частотах. Непрерывные волны нельзя было получить с помощью электрической искры, но их удалось получить с помощью электронного генератора на вакуумной лампе , изобретенного около 1913 года Эдвином Армстронгом и Александром Мейсснером . После Первой мировой войны передатчики, способные производить непрерывную волну, генератор Александера и вакуумные генераторы , стали широко доступны.
Около 1920 года передатчики с искровым затуханием волны были заменены передатчиками с непрерывным излучением на электронных лампах, а в 1934 году передачи с затуханием волны были окончательно запрещены.
Для передачи информации непрерывную волну необходимо включать и выключать с помощью телеграфного ключа , чтобы получить импульсы разной длины, «точки» и «тире», которые составляют текстовые сообщения азбукой Морзе . Таким образом, «непрерывный» радиотелеграфный сигнал состоит из импульсов синусоидальных волн с постоянной амплитудой, перемежающихся промежутками отсутствия сигнала.
При включении-выключении несущей, если несущая волна включается или выключается резко, теория связи может показать, что полоса пропускания будет большой; если несущая включается и выключается более плавно, полоса пропускания будет меньше. Полоса пропускания сигнала с включенным-выключением связана со скоростью передачи данных следующим образом: где - необходимая полоса пропускания в герцах, - скорость манипуляции в изменениях сигнала в секунду ( скорость передачи в бодах ), а - константа, связанная с ожидаемыми условиями распространения радиосигнала; K=1 трудно декодируется человеческим ухом, K=3 или K=5 используются, когда ожидается замирание или многолучевое распространение . [3]
Побочный шум, излучаемый передатчиком , который резко включает и выключает несущую, называется щелчками клавиш . Шум возникает в части полосы пропускания сигнала, которая находится выше и ниже несущей, чем требуется для обычного, менее резкого переключения. Решение проблемы для CW состоит в том, чтобы сделать переход между включением и выключением более плавным, сделав края импульсов мягкими , кажущимися более округлыми, или использовать другие методы модуляции (например, фазовую модуляцию ). Некоторые типы усилителей мощности, используемые при передаче, могут усугублять эффект щелчков клавиш.
Ранние радиопередатчики не могли модулироваться для передачи речи, поэтому CW-радиотелеграфия была единственной доступной формой связи. CW по-прежнему остается жизнеспособной формой радиосвязи много лет после того, как передача голоса была усовершенствована, поскольку можно использовать простые, надежные передатчики, и поскольку ее сигналы являются простейшей из форм модуляции, способной преодолевать помехи. Низкая полоса пропускания кодового сигнала, отчасти из-за низкой скорости передачи информации, позволяет использовать в приемнике очень избирательные фильтры, которые блокируют большую часть радиошума, который в противном случае снизил бы разборчивость сигнала.
Радио с непрерывными волнами было названо радиотелеграфией , потому что, как и телеграф , оно работало с помощью простого переключателя для передачи кода Морзе . Однако вместо того, чтобы управлять электричеством в кросс-кантри-проводе, переключатель управлял мощностью, посылаемой на радиопередатчик . Этот режим до сих пор широко используется радиолюбителями из-за его узкой полосы пропускания и высокого отношения сигнал/шум по сравнению с другими режимами связи.
В военной связи и любительском радио термины «CW» и «азбука Морзе» часто используются взаимозаменяемо, несмотря на различия между ними. Помимо радиосигналов, азбука Морзе может передаваться с использованием постоянного тока в проводах, звука или света, например. Для радиосигналов несущая волна включается и выключается, чтобы представлять точки и тире элементов кода. Амплитуда и частота несущей остаются постоянными в течение каждого элемента кода. В приемнике принятый сигнал смешивается с гетеродинным сигналом от BFO ( генератора частоты биений ), чтобы изменить радиочастотные импульсы на звук. Почти весь коммерческий трафик в настоящее время прекратил работу с использованием азбуки Морзе, но она все еще используется радиолюбителями. Ненаправленные маяки (NDB) и всенаправленный радиодиапазон УКВ (VOR), используемые в аэронавигации, используют азбуку Морзе для передачи своего идентификатора.
Код Морзе практически вымер за пределами любительской службы, поэтому в не любительском контексте термин CW обычно относится к системе непрерывной волны радара , в отличие от той, которая передает короткие импульсы. Некоторые моностатические (с одной антенной) CW радары передают и принимают одну (не качающуюся) частоту, часто используя переданный сигнал в качестве локального генератора для возврата; примерами служат полицейские радары скорости и микроволновые детекторы движения и автоматические открыватели дверей. Этот тип радара фактически «ослеплен» своим собственным переданным сигналом для неподвижных целей; они должны двигаться к радару или от него достаточно быстро, чтобы создать доплеровский сдвиг, достаточный для того, чтобы радар мог изолировать частоты исходящего и возвращающегося сигнала. Этот вид CW радара может измерять скорость дальности , но не дальность (расстояние).
Другие радары CW линейно или псевдослучайно «чирпят» ( частотно модулируют ) свои передатчики достаточно быстро, чтобы избежать самопомех с отражениями от объектов за пределами некоторого минимального расстояния; этот тип радара может обнаруживать и определять дальность статических целей. Этот подход обычно используется в радиолокационных высотомерах , в метеорологии и в океанических и атмосферных исследованиях. Посадочный радар на лунном модуле Apollo объединил оба типа радаров CW.
Бистатические радары непрерывного излучения используют физически раздельные передающие и приемные антенны для уменьшения проблем с самопомехами, присущих моностатическим радарам непрерывного излучения.
В лазерной физике и технике термин «непрерывная волна» или «CW» относится к лазеру , который создает непрерывный выходной луч, иногда его называют «свободно работающим», в отличие от лазера с модуляцией добротности , модуляцией усиления или синхронизированным лазером, который имеет импульсный выходной луч.
Полупроводниковый лазер непрерывного действия был изобретен японским физиком Идзуо Хаяси в 1970 году. [ требуется ссылка ] Он привел непосредственно к источникам света в волоконно-оптической связи , лазерным принтерам , считывателям штрих-кодов и оптически дисководам , коммерциализированным японскими предпринимателями, [4] и открыл область оптической связи , сыграв важную роль в будущих сетях связи . [5] Оптическая связь, в свою очередь, обеспечила аппаратную основу для интернет- технологий, заложив основы для цифровой революции и информационной эпохи . [6]
