Здравствуйте мои уважаемые читатели!
Увлекаясь электроникой, многие начинающие, а так же уже и опытные, начинают свой путь в эфир. Наша планета, хоть и не самая большая на просторах вселенной, но даёт возможность окунуться в интересный мир распространения радиоволн и разговаривать с собеседником на любом расстоянии.
А для того, чтобы общаться, необходимо освоить основы радиосвязи. Интернет позволяет общаться с любой точкой на земном шаре, но он не позволяет общаться с незнакомым человеком, если Вы не знаете его телефонный номер. А радиолюбители разговаривают между собой и только уже в разговоре могут узнать с каким населённым пунктом ( страной, городом, островом ) они говорят.
У официальных радиолюбителей есть конкретные позывные – для каждого человека они индивидуальны и по позывному можно определить страну и район нахождения корреспондента. Есть ещё неофициальные радиолюбители, но каждый сам решает как выходить в эфир.
Какие же факторы влияют на дальность радиосвязи?
Факторы, на которые нельзя повлиять: время суток, состояние солнечной активности, состояние ионосферы и частота радиосвязи, если она задана.
Факторы, на которые можно повлиять: частота радиосвязи, если её можно изменить, мощность передатчика и чувствительность приёмника, а так же направленность антенны, что в принципе эквивалентно мощности передатчика и чувствительности приёмника. На УКВ и выше можно прогреть ионосферу в заданной точке, своим передатчиком или вспомогательным и дальность связи можно увеличить в разы.
И есть ещё один фактор – он не предсказуем, но иногда он заставляет «понервничать» на приёмной стороне и называется он фединг или фединговое затухание. Многим это знакомо, но мало кто догадывается почему. Всё очень просто – сигнал от передатчика в точку приёма приходит двумя ( несколькими ) дорогами. Но расстояние, пройденное сигналами различно, и если в точку приёма они приходят с разной фазой несущей частоты, то сигнал сам себя гасит – раньше так и говорили: «сигнал федингует»! Многим это знакомо – мобильный телефон на берет сигнал от вышки, а отошел на небольшое расстояние и всё нормально. Эта «картина» часто наблюдается в городской застройке.
Вот теперь рассмотрим фактор увеличения дальности радиосвязи, который можно преодолеть в любительских условиях – это мощность передатчика и чувствительность приёмника. Про антенны я ничего здесь не напишу, так как иногда сделать хорошую антенну труднее чем сделать супер приёмник и мощный передатчик!
Вот и рассмотрим как в передатчиках и приёмниках решается, эта проблема. И начнём с сигнала излучаемого в эфир. Для того, чтобы сигнал от передатчика нёс полезную информацию, его необходимо нагрузить полезной информацией – промодулировать.
Видов модуляции несколько: АМ – амплитудная модуляция, к ней можно отнести манипуляцию ( один из видов манипуляции телеграфирование азбукой Морзе); ЧМ – частотная модуляция; работа на ОБП – одна боковая полоса ( SSBу иностранцев). Остальные разновидности этих трёх основных видов я рассматривать не буду.
А начнем с частотной модуляции – ЧМ. Почему с ЧМ, а не с АМ? Так будет понятнее с точки зрения «повышения мощности» в канале радиосвязи.
Как видно из самого названия ЧМ – полезный сигнал изменяет частоту передатчика по закону огибающей низкочастотного или звукового сигнала. Если мои читатели подумали, что отклонение частоты передатчика тем выше чем выше частота звукового сигнала, то Вы подумали неправильно! Изменение частоты передатчика напрямую зависит от амплитуды звукового сигнала!
А так как звуковой сигнал имеет изменяемую полярность относительно нуля, то и частота передатчика изменяется от минимальной частоты до максимальной.
Рис. 1. Пример сигналов при частотной модуляции. Картинка из Яндекса.
На картинке видно, что максимальной амплитуде сигнала соответствует минимальная частота, а максимальной отрицательной амплитуде соответствует максимальная частота. И как видно, частота зависит только от величины амплитуды сигнала, но не от его частоты
Рис. 2. Определение девиации частоты. Картинка из Яндекса.
Девиация частоты важный фактор канала ЧМ-радиосвязи. Для радиовещания принята девиация 75 кГц, в нашем старом телевидении так же применяли девиацию 75 кГц. При такой девиации качество сигнала прекрасное, но полоса… На УКВ места много, но это для вещания, а как быть для простой радиосвязи? Приёмник с такой полосой имеет чувствительность, но для разговора достаточно полосы 300 – 3400 Гц и не требуется большой динамический диапазон. Следовательно, девиацию можно уменьшать и очень существенно! Вот появились портативные УКВ радиостанции. Полосу сжали на передаче без потери разбираемости при приёме. Для работы на небольшое расстояние задача решена, а вот для больших расстояний и тем более на коротких волнах такое решение оказалось не самым лучшим, особенно когда аппаратура была ламповая.
АМ-передатчик для радиовещания – это очень мощное устройство и для вещания на большие расстояния оправдывало свою конструкцию! Но для радиосвязи было очень затратно применять АМ.
Рис. 3. Вид сигналов при амплитудной модуляции. Картинка их Яндекса.
Чем же не удобна АМ в передатчике. При телеграфной манипуляции передатчик или излучает сигнал, или «отдыхает» в паузах, а при АМ несущая частота изменяет свою амплитуду и частоту. Амплитуда изменяется в зависимости от коэффициента модуляции, в радиовещании коэффициент модуляции принят 30%, в радиосвязи его увеличивают почти до 100%. И вот теперь об изменении частоты – в процессе модуляции несущая частота не только изменяется по амплитуде, но ещё и появляются боковые полосы – это к частоте несущей, прибавляются частоты спектра полезного сигнала и вычитаются из него. В итоге спектр радиосигнала выглядит примерно так
Рис. 4. Спектры модулирующего сигнала ( слева ) и АМ-сигнала. Картинка из Яндекса.
Спектр речевого ( телефонного ) сигнала занимает полосу 300 – 3400 Гц, а вот ширина спектра АМ-сигнала будет 6800Гц. В радиовещании при 30% коэффициента модуляции на величину мощности боковых полос НБП и ВБП приходится только 4…6% от общей мощности. Всего!!! Остальное это мощность несущей частоты. При 100% модуляции боковым полосам достаётся только 20% всего и дальше увеличить невозможно!!! Вот такая она, эта амплитудная модуляция. Получается, что мощность несущей в четыре раза выше мощности полезной информации. Следовательно, надо убрать несущую! Сказано – сделано! Первые радиостанции у военных стали работать без несущей частоты. А как же детектировать. Такой сигнал обычный амплитудный детектор детектирует, но на выходе получается «абра-кадабра»! Выход – восстановить несущую! В самом простом варианте в армейском приёмнике есть телеграфный гетеродин для приёма телеграфных посылок азбукой Морзе. И получилось!!! Заработала система!!! Выигрыш по мощности на передатчике ЧЕТЫРЕ РАЗА!!!
А что будет, если убрать и одну боковую, любую! Ведь они братья близнецы только зеркальны друг от друга. Убрали! Получилось!!! Телеграфный гетеродин и здесь оказался «на высоте»!!!
В итоге получился выигрыш в ВОСЕМЬ РАЗ!!! Супер!!! Передатчик мощностью 1000 Вт заменяет передатчик 8000Вт. Уже успех и очень даже существенный!
Но конструктора приёмников на месте не сидели – раз полоса сигнал сузилась в ДВА РАЗ ( даже больше чем в два раза! ), зачем же оставлять такую широкую в приёмнике? И сузили полосу приёмника в два раза, а это повысило его чувствительно то же в ДВА РАЗА!!! И в итоге общий выигрыш по мощности получился 16 ( ШЕСТНАДЦАТЬ!!! ) раз. А всего-то делов – убрать несущую и ненужную боковую полосу… И вот к этому переходу все шли очень долго… А почему? Убрать несущую частоту можно, а вот убрать ненужную боковую оказалось задачей не из простых. Требовались полосовые фильтры с очень узкой полосой пропускания и высоким коэффициентом прямоугольности. Можно было решить эту проблему и фазовым методом. Но это все решалось на низких порядка 100 … 150 кГц и уже, потом переносилось на необходимую частоту. Промышленность теперь выпускает целую серию фильтров и задача решается очень просто.
И вот, мои читатели, это и есть ОБП – модуляция с одной боковой полосой, радиолюбители её знают как SSB.
Что же ещё позволяет ОБП? Один из самых вариантов загрузки ОБП передатчика – это четыре канала на одной частоте: два цифровых ( телетайп ) и два телефонных канала. Усложнение не очень существенное, а выигрыш заметный.
Рис. 5. Четыре канала связи и без несущей!
Выигрыш по мощности и чувствительности существенный, но все эти мероприятия потребовали радикального повышения стабильности частоты, как на передающей стороне, так и на приёмной. Качество канала связи на ОБП не позволяет качественно прослушивать «Первый концерт Чайковского для фортепиано с оркестром», но этого и не требуется. Да, АМ лучше! И приятно послушать, но у каждой проблемы своё решение, и в данном случае оно себя оправдало на все 100%!
И пару слов без протокола…
Очень понравились слова про АМ и SSB, одного хорошего человека
Рис. 6. Привожу его дословно.
И хочу ему пожелать быстрейшего выздоровления и успехов в работе на своем канале.
Очень интересный канал, а самое главное – автор не просто приводит какие-то схемы – он все собирает и оценивает работу каждого собранного устройства! И самое главное он всегда рассказывает не только о плюсах, но и об отрицательных результатах и «шишках» которые иногда набивает.
Советую! Прочитайте и посмотрите его работы!!!
Надеюсь и моя работа понравилась моим читателям!
Кто не подписался – подписывайтесь! Кто забыл лайк поставить – сделайте автору приятное - щелкните мышкой!!!
Желаю всем читателям здоровья, успехов и прекрасного настроения!!!
И отдельное пожелание: ЖЕЛАЮ ВСЕМ ЧИСТОГО И МИРНОГО НЕБА!!!
