Vysílač - Transmitter
V elektronice a telekomunikacích je rádiový vysílač , nebo jen vysílače je elektronické zařízení , které vyrábí rádiové vlny s anténou . Samotný vysílač generuje vysokofrekvenční střídavý proud , který je aplikován na anténu . Když je anténa vzrušena tímto střídavým proudem, vyzařuje rádiové vlny.
Vysílače jsou nezbytnou součástí všech elektronických zařízení, která komunikují rádiem , jako jsou rozhlasové a televizní vysílací stanice, mobilní telefony , vysílačky , bezdrátové počítačové sítě , zařízení podporující technologii Bluetooth , otvírače garážových vrat , obousměrné rádia v letadlech, lodě, kosmická loď, radarové soupravy a navigační majáky. Termín vysílač je obvykle omezen na zařízení, které generuje rádiové vlny pro komunikační účely; nebo radiolokace , jako jsou radarové a navigační vysílače. Generátorům rádiových vln pro topné nebo průmyslové účely, jako jsou mikrovlnné trouby nebo diatermická zařízení, se obvykle neříká vysílače, přestože často mají podobné obvody.
Termín je populárně používán konkrétněji k označení vysílacího vysílače , vysílače používaného ve vysílání , jako v FM rádiovém vysílači nebo televizním vysílači . Toto použití obvykle zahrnuje jak vlastní vysílač, anténu, tak často i budovu, ve které je umístěn.
Popis
Vysílačem může být samostatné elektronické zařízení nebo elektrický obvod v jiném elektronickém zařízení. Vysílač a přijímač kombinovaný v jednu jednotku se nazývá transceiver . Termín vysílač je v technických dokumentech často zkracován na „XMTR“ nebo „TX“. Účelem většiny vysílačů je rádiová komunikace informací na dálku. Informace jsou poskytovány vysílači ve formě elektronického signálu, jako je zvukový (zvukový) signál z mikrofonu, video (TV) signál z videokamery nebo v zařízeních bezdrátové sítě digitální signál z počítače . Vysílač kombinuje přenášený informační signál s vysokofrekvenčním signálem, který generuje rádiové vlny, který se nazývá nosný signál . Tento proces se nazývá modulace . Informace mohou být přidány na nosič několika různými způsoby, v různých typech vysílačů. Ve vysílači amplitudové modulace (AM) jsou informace přidány k rádiovému signálu změnou jeho amplitudy . Ve vysílači s frekvenční modulací (FM) se přidává mírnou změnou frekvence rádiového signálu . Používá se také mnoho dalších typů modulace ...
Rádiový signál z vysílače je aplikován na anténu , která vyzařuje energii jako rádiové vlny. Anténa může být uzavřena uvnitř pouzdra nebo připevněna k vnější straně vysílače, jako v přenosných zařízeních, jako jsou mobilní telefony, vysílačky a otvírače garážových vrat . Ve výkonnějších vysílačích může být anténa umístěna na vrcholu budovy nebo na samostatné věži a připojena k vysílači napájecím vedením , tj. Přenosovým vedením .
Úkon
Elektromagnetické vlny jsou při zrychlení vyzařovány elektrickými náboji . Rádiové vlny , elektromagnetické vlny o rádiové frekvenci , jsou generovány časově proměnnými elektrickými proudy , skládajícími se z elektronů protékajících kovovým vodičem nazývaným anténa, které mění svoji rychlost a tím zrychlují. Střídavý proud tekoucí tam a zpět v anténě vytvoří oscilující magnetické pole kolem vodiče. Střídavé napětí bude také nabíjet konce vodiče střídavě kladně a záporně, což vytvoří oscilující elektrické pole kolem vodiče. Pokud je frekvence oscilací dostatečně vysoká, v oblasti rádiových frekvencí nad asi 20 kHz budou oscilační spojená elektrická a magnetická pole vyzařovat z antény do vesmíru jako elektromagnetická vlna, rádiová vlna.
Rádiový vysílač je elektronický obvod, který transformuje elektrickou energii ze zdroje energie, baterie nebo síťového napájení na vysokofrekvenční střídavý proud, který se aplikuje na anténu, a anténa vyzařuje energii z tohoto proudu jako rádiové vlny. Vysílač také vnáší informace, jako je audio nebo video signál, na vysokofrekvenční proud, který mají být přenášeny rádiovými vlnami. Když narazí na anténu rádiového přijímače , vlny v něm budí podobné (ale méně silné) vysokofrekvenční proudy. Rádiový přijímač extrahuje informace z přijatých vln.
Komponenty
Praktický rádiový vysílač se skládá hlavně z následujících částí:
- U vysílačů s vysokým výkonem napájecí obvod pro transformaci vstupního elektrického výkonu na vyšší napětí potřebná k vytvoření požadovaného výstupního výkonu.
- Elektronický oscilátor obvod pro generování vysokofrekvenční signál. To obvykle generuje sinusovou vlnu konstantní amplitudy nazývanou nosná vlna , protože generuje rádiové vlny, které „přenášejí“ informace prostorem. Ve většině moderních vysílačů se jedná o krystalový oscilátor, ve kterém je frekvence přesně řízena vibracemi křemenného krystalu . Frekvence nosné vlny je považován za kmitočet vysílače.
- Modulátor obvod pro přidání informace, které mají být přenášeny na nosné vlny produkované oscilátoru . To se provádí změnou některého aspektu nosné vlny. Informace jsou poskytovány vysílači jako elektronický signál nazývaný modulační signál . Modulační signál může být audio signál , který představuje zvuk , video signál, který představuje pohyblivé obrazy, nebo pro data ve formě binárního digitálního signálu, který představuje sekvenci bitů , bitový tok . Různé typy vysílačů používají k přenosu informací různé způsoby modulace :
- Ve vysílači AM ( amplitudová modulace ) se amplituda (síla) nosné vlny mění úměrně k modulačnímu signálu.
- Ve vysílači FM ( frekvenční modulace ) se frekvence nosné mění modulačním signálem.
- Ve vysílači FSK ( key-shift keying ), který vysílá digitální data, je frekvence nosiče posunuta mezi dvě frekvence, které představují dvě binární číslice , 0 a 1.
- OFDM ( ortogonal Frequency Division Multiplexing ) je rodina komplikovaných metod digitální modulace velmi široce používaných v systémech s velkou šířkou pásma, jako jsou sítě Wi-Fi , mobilní telefony , digitální televizní vysílání a digitální zvukové vysílání (DAB) pro přenos digitálních dat s využitím minima šířka pásma rádiového spektra . OFDM má vyšší spektrální účinnost a větší odolnost proti vyblednutí než AM nebo FM. V OFDM je v rádiovém kanálu vysíláno několik rádiových nosných vln blízko sebe umístěných na frekvenci, přičemž každá nosná je modulována bity z příchozího bitového toku, takže je odesíláno více bitů současně, paralelně. V přijímači jsou nosiče demodulovány a bity jsou spojeny ve správném pořadí do jednoho bitového toku.
- Používá se také mnoho dalších typů modulace . Ve velkých vysílačích je oscilátor a modulátor společně často označován jako budič .
- Rádiofrekvenční (RF) zesilovač ke zvýšení výkonu signálu, ke zvýšení dosahu rádiových vln.
- Impedanční přizpůsobení ( anténní tuner ) obvodu, aby odpovídaly impedance vysílače k impedanci antény (nebo přenosového vedení k anténě), pro přenos energie účinně k anténě. Pokud tyto impedance nejsou stejné, způsobí to stav zvaný stojaté vlny , ve kterém se síla odráží zpět od antény směrem k vysílači, ztrácí energii a někdy přehřívá vysílač.
U vysílačů s vyšší frekvencí, v rozsahu UHF a mikrovln , jsou volně běžící oscilátory nestabilní na výstupní frekvenci. Starší konstrukce používaly oscilátor na nižší frekvenci, který byl znásoben frekvenčními multiplikátory, aby se získal signál na požadované frekvenci. Moderní konstrukce častěji používají oscilátor na pracovní frekvenci, která je stabilizována fázovým blokováním na velmi stabilní referenci nižší frekvence, obvykle krystalový oscilátor.
Nařízení
Dva rádiové vysílače ve stejné oblasti, které se pokoušejí vysílat na stejné frekvenci, se budou navzájem rušit, což způsobí zkreslený příjem, takže žádný přenos nemusí být přijímán jasně. Rušení rádiových přenosů může mít nejen vysoké ekonomické náklady, ale může být i život ohrožující (například v případě rušení nouzové komunikace nebo řízení letového provozu ).
Z tohoto důvodu je ve většině zemí používání vysílačů přísně regulováno zákonem. Vysílače musí být licencovány vládami v rámci různých licenčních tříd v závislosti na použití, jako je vysílání , námořní rádio , Airband , Amateur, a jsou omezeny na určité frekvence a úrovně výkonu. Orgán zvaný Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) přiděluje frekvenční pásma v rádiovém spektru různým třídám uživatelů. V některých třídách je každému vysílači přidělen jedinečný volací znak skládající se z řetězce písmen a číslic, které musí být použity jako identifikátor v přenosech. Provozovatel vysílače musí být obvykle držitelem vládní licence, například obecné licence pro provozovatele radiotelefonů , která se získává složením testu prokazujícího odpovídající technické a právní znalosti o bezpečném rádiovém provozu.
Výjimky z výše uvedených předpisů umožňují nelicencované používání vysílačů krátkého dosahu s nízkým výkonem ve spotřebitelských výrobcích, jako jsou mobilní telefony , bezdrátové telefony , bezdrátové mikrofony , vysílačky , zařízení s Wi-Fi a Bluetooth , otvírače garážových vrat a dětské chůvičky . V USA spadají pod část 15 předpisů Federal Communications Commission (FCC). Ačkoli je lze provozovat bez licence, tato zařízení musí být obecně před prodejem typově schválena .
Dějiny
První primitivní rádiové vysílače (nazývané vysílače jiskřiště ) sestrojil německý fyzik Heinrich Hertz v roce 1887 během svého průkopnického vyšetřování rádiových vln. Tyto generovaly rádiové vlny vysokonapěťovou jiskrou mezi dvěma vodiči. Počínaje rokem 1895 vyvinul Guglielmo Marconi první praktické radiokomunikační systémy využívající tyto vysílače a rádio se začalo komerčně používat kolem roku 1900. Jiskřové vysílače nemohly přenášet zvuk (zvuk) a místo toho přenášely informace pomocí radiotelegrafie , operátor klepal na telegrafní klíč který vysílač zapínal a vypínal, aby vytvářel impulsy rádiových vln hláskující textové zprávy v Morseově abecedě . Na přijímači byly tyto impulsy slyšet jako „pípnutí“ v reproduktoru přijímače a byly přeloženy zpět do textu operátorem, který znal morseovku. Tyto vysílače jiskřiště byly použity během prvních tří desetiletí rádia (1887-1917), nazývaného éra bezdrátové telegrafie nebo „jiskra“. Protože generovaly tlumené vlny , byly vysílače jisker elektricky „hlučné“. Jejich energie se šířila v širokém pásmu frekvencí a vytvářela rádiový šum, který rušil ostatní vysílače. Emise tlumených vln byly mezinárodním právem zakázány v roce 1934.
Po přelomu století se začaly používat dvě konkurenční vysílací technologie s krátkou životností, které byly prvními vysílači spojitých vln : obloukový převodník ( Poulsenův oblouk ) v roce 1904 a alternátor Alexanderson kolem roku 1910, které byly použity do 20. let 20. století.
Všechny tyto rané technologie byly ve 20. letech 20. století nahrazeny elektronkovými vysílači, které používaly zpětnovazební oscilátor vynalezený Edwinem Armstrongem a Alexandrem Meissnerem kolem roku 1912, na základě elektronky Audion ( triodová ) vynalezené Lee De Forestem v roce 1906. Vysílače elektronek byly levné a vytvářející souvislé vlny a lze je snadno modulovat pro přenos zvuku (zvuku) pomocí amplitudové modulace (AM). Díky tomu bylo možné rozhlasové vysílání v pásmu AM , které začalo asi v roce 1920. Praktický přenos frekvenční modulace (FM) vynalezl Edwin Armstrong v roce 1933, který ukázal, že je méně citlivý na hluk a statickou elektřinu než AM. První rozhlasová stanice FM byla licencována v roce 1937. Experimentální televizní přenos byl prováděn rozhlasovými stanicemi od konce dvacátých let minulého století, ale praktické televizní vysílání začalo až koncem třicátých let minulého století. Vývoj radaru během druhé světové války motivoval vývoj vysokofrekvenčních vysílačů v pásmech UHF a mikrovln s využitím nových aktivních zařízení, jako je magnetron , klystron a trubice s pohyblivými vlnami .
Vynález tranzistoru umožnil v 60. letech vývoj malých přenosných vysílačů, jako jsou bezdrátové mikrofony , otvírače garážových vrat a vysílačky . Vývoj integrovaného obvodu (IC) v 70. letech 20. století umožnil současné rozšíření bezdrátových zařízení , jako jsou mobilní telefony a sítě Wi-Fi , ve kterých integrované digitální vysílače a přijímače ( bezdrátové modemy ) v přenosných zařízeních fungují automaticky, v pozadí, k výměně dat s bezdrátovými sítěmi .
Potřeba zachovat šířku pásma ve stále více přetíženém rádiovém spektru je hnacím motorem vývoje nových typů vysílačů, jako je rozšířené spektrum , dálkové rádiové systémy a kognitivní rádio . Souvisejícím trendem je pokračující přechod od analogových k digitálním rádiovým přenosovým metodám. Digitální modulace může mít větší spektrální účinnost než analogová modulace ; to znamená, že může často přenášet více informací ( datový tok ) v dané šířce pásma než analogové, pomocí algoritmů komprese dat. Další výhody digitálního přenosu jsou zvýšená odolnost proti rušení a větší flexibilita a výkon zpracování integrovaných obvodů pro zpracování digitálního signálu .
Guglielmo Marconi je jiskřiště vysílač , se kterou se provádí první experimenty v praktickém Morse kód radiotelefonním komunikace 1895-1897
Vysoce výkonný radiotelegrafický vysílač jiskřiště v Austrálii kolem roku 1910.
1 MW US Navy Poulsen obloukový vysílač, který generoval souvislé vlny pomocí elektrického oblouku v magnetickém poli, což je technologie používaná po krátkou dobu od roku 1903 až do 20. let převzala elektronka
Alexanderson alternátor , velký točivý stroj používán jako rádiový vysílač při velmi nízké frekvenci od asi 1910 do 2. světové války
Jeden z prvních elektronky AM rozhlasových vysílačů, která byla postavena Lee de Forest v roce 1914. Časný Audion ( trioda ) trubice je vidět na obrázku vpravo.
Armstrongův první experimentální FM vysílač W2XDG, v Empire State Building , New York, sloužící k tajným testům 1934–1935. Vysílal na 41 MHz o výkonu 2 kW.
Sestava vysílače z radaru pro řízení letového provozu o výkonu 20 kW, 9 375 GHz , 1947. Magnetronová trubice upevněná mezi dvěma magnety (vpravo) vytváří mikrovlnné trouby, které procházejí z otvoru (vlevo) do vlnovodu, který je vede k anténě paraboly.
Viz také
- Seznam přenosových míst
- Konstrukce rádiového vysílače
- Opakovač
- Vysílací stanice
- Transposer
- Televizní vysílač
- Vysílače s optickými vlákny