Ерик  Брассе

Оригиналът:
How does a receiver work?

Как радиоприемници успяват да комуникират през огромни разстояния? Ето описание на фундаменталния механизъм използва. Принципът на приемника е един и същ, независимо от начина, по който общуват; радиовълни, звукови вълни, оптични комуникации … Това е когато сигналът приемникът получава е много слаба или когато е необходима много висока надеждност.

  1. Въведение
  2. Съотношението на сигнал/шум
  3. Интеграция
  4. Точността на часовниците
  5. Ширина на частотите
  6. Акумулаторно отслабване
  7. Приемникът на суперхетеродинна
  8. Общи начини за подобряване на комуникациите
  9. Пример на практически софтуер

1. Въведение

Да предположим, че имам малко устройство, което може да излъчва звуков сигнал. Това е просто една малка кутийка, с високоговорител и за включване / изключване. Когато изключите ключа, устройството излъчва непрекъснат звуков сигнал. Когато изключите изключите, устройството става мълчи. Това устройство е емитер.

На второ място, предполагам, че има още едно малко устройство, способно да изслуша звуковия сигнал. Тя също е малка кутийка, с микрофон и една лампа. Когато микрофонът чува звуков сигнал, лампата свети. Когато микрофонът чува никакъв звуков сигнал, лампата остава тъмна. Това устройство е приемник.

Можете да играете с тези две малки устройства колкото искате:

Когато изключите ключа емитер на лампата на приемника започва да свети.Когато изключите ключа на излъчвателя на разстояние, лампата на приемника потъмнява. И така нататък.

Ако приемникът е изграждане на основния начин, тогава разстоянието, на която съобщението творби ще бъдат на няколко метра или няколко десетки метра:

Ако поставите приемника, да кажем на 50 метра от излъчвателя, тогава няма да има повече комуникация.Когато изключите ключа на излъчвателя на лампата на приемника, не започват да светят. Той ще остане тъмен.

Но, ако се изгради междуселищни приемник,тогава разстоянието може да бъде много повече от 50 метра:

Да предположим, че вие сте в шумна град. Слагаш емитер някъде, после пеша. На няколко десетки метра разстояние ушите ви не повече чуете звука на излъчвателя. Но, след като един километра ходене далеч, на разстояние приемника дълго все още успява да чуете звука на излъчвателя.Невероятно, но съобщението работи: когато ключът на излъчвателя се избутва до по;лампата на приемника започва да свети. И когато ключът на излъчвателя е изтеглен, за да изключите, лампичката на приемника потъмнява. На 1 километра разстояние! Това е магия.

Има само един недостатък: съобщението сега е доста бавен. Когато ключът на излъчвателя е изтеглен на включено, трябва да имате изчакайте 1 минута, докато лампата на приемника започва да свети. И когато натиснете превключвателя на излъчвателя да изключите, ще трябва да изчакате отново една минута, докато лампата на приемника потъмнява.

Това е в благодарение на тази технология, че комуникацията с космически сонди вървят извън Слънчевата система е било възможно.

Нашата цел е по този начин се сега, за да обясни как работи това малко чудо.

2. Съотношението на сигнал/шум

Да предположим, че да вземе микрофона и го свържете към осцилоскоп настроена по подходящ начин. (Ако не разполагате с един осцилоскоп под ръка, можете да използвате компютър с звукова карта и програма за записване на звук).

Излъчвателят се поставя на няколко сантиметра разстояние от микрофона.

Когато емитер е изключен, осцилоскоп ще покаже по права линия, няма сигнал:


Когато емитер е включен, осцилоскоп ще покаже синусоида:


Така че, един глух човек ще бъде в състояние да каже овен емитер е включен или изключен.Само чрез разглеждане на екрана на осцилоскопа.

Да предположим, че сега ние поставяме емитер два пъти по-далеч от микрофона.

Когато емитер е, сигналът е показано на осцилоскоп ще бъде два пъти по-слаб:


Така че, за да продължите да виждате сигнала ясно, ние ще се увеличи усилването на осцилоскоп, за да го покаже на синусова вълна отново на правилния размер:


Няма проблем. Колкото повече се сложи емитер-далеч от микрофона, толкова повече ние питаме осцилоскоп за усилване на сигнала. По този начин сигналът остава ясно видим, независимо от разстоянието.

Е, в действителност това не е вярно. След като ние сме вложили емитер, да речем 5 метра далеч от микрофона и усилването стана относително важно, виждаме се появи шум:

Това е, което осцилоскоп показва когато емитер е изключен:


И това е, което го показва когато емитер е на:


Емитиращия може да бъде включен или изключен, той не прави разлика. Шумът остава същата. Когато емитер е включен, синусова вълна просто да добавитеи самата към шума.

Шумът е нещо, което не може да се избегне. Каквото и да се измери, ако го амлификата достатъчно, винаги получавате шум. В действителност тя е там от началото, но това е толкова слаб, че ние не го забележите. Това стана видимо след като ние го amplificated достатъчно.

Нека да поставим емитер отново два пъти по-нататък. Ние трябва да се увеличи два пъти за увеличаване. Сега шума има същата амплитуда като синусова вълна:


От сега нататък, когато ще постави емитер допълнително, ние ще не повече увеличи усилването. Тъй шума запълва екрана на осцилоскопа. Всяко увеличение на усилване ще бъде безполезно: тя просто ще направи шум отидете извън границите на екрана на осцилоскопа.

Това е, което се появява, когато ние поставяме емитер на 10 метра:


Това е, което се появява, когато ние поставяме емитер на 20 метра:


И това се появява, когато ние поставяме емитер на 40 метра:


Ние не повече сме в състояние да се види задължително вълна. (Може да се наложи впечатлението, за да видите броя на синусоида, но това е само илюзия.)

Емитиращия може да бъде включен или изключен, осцилоскоп ще покаже точно едно и също нещо: за шум.

По този начин, на разстояние 40м нашата система не работи повече. Глух човек може да не повече използвате осцилоскоп да кажа овен емитер е включен или изключен.

Ключът е интензивността на сигнала срещу силата на шума. Ето защо ние използваме понятието съотношение сигнал / шум.

Съотношението сигнал / шум е число. Получавате този номер чрез разделяне на броя на мярка за интензивността на сигнала на броя на мярка за интензивността на шума.

Примери:

Когато емитер е на разстояние от 5 метра, интензивността на сигнала е 1 и интензивността на шума е 0.5. Съотношението сигнал / шум е по този начин 2.

Когато емитер е на разстояние от 10 м, интензивността на сигнала е 1 и интензивността на шума е 1. Съотношение сигнал / шум е по този начин 1.

Когато емитер е на разстояние от 40 м, интензивността на сигнала е 0.25 и интензивността на шума е 1. Съотношение сигнал / шум е така 0.25.

Когато емитер е много близо до микрофона, интензивността на сигнала е 1 и интензивността на шума е определено по-малко от 0,01. Съотношението сигнал / шум по този начин е по-голяма от 100.

Можем да кажем това:

  • Когато съотношението сигнал / шум е 1, сигналът е ясно обезпокоен от шум, но все още се вижда.
  • Когато съотношението сигнал / шум е много по-голям от 1, сигналът е много ясно, там е почти никакъв шум.
  • Когато съотношението сигнал / шум е много по-малко от 1, сигналът е напълно скрит от шума.

3. Интеграция

Следователно въпросът е: какво е трик, за да се определи наличието на сигнал, когато съотношението сигнал / шум е много по-малко от 1?

Отговор: Трябва да изрежете това, което получават в точните парчета и да направи сумата от тези парчета.

Харесвам това:

Нека да използваме това, което сме получили, когато съотношението сигнал / шум е 1. Имахме четири периоди на синусоида.


Ние нарязани тези четири периоди далеч един от друг:


Тогава ние ги сложи една над друга и да направи сумата от тях:


Най-после разделете на четири резултата от тази сума (само за да го мащаб):


Както можете да видите, шумът сега два пъти по-слаб. (Сравнете с някой от четирите периода ние сумират.)

Ние увеличихме съотношение сигнал / шум от две!

Как идва?

Ето обяснението:

Когато правите сумата от четири синусови периоди, резултатът е задължително срок четири пъти по-голям.


Това е, защото когато правите сумата от п точни числа, можете да получите резултат, който е именно N пъти по-голям.

 

 7 +  7 +  7 +  7 =  28

-5 + -5 + -5 + -5 = -20

Когато правите сумата от четири шум „периоди“, резултатът е само два пъти по-голям.


Това е, защото шумът е понякога положително, понякога отрицателно, на случаен принцип.Когато добавяте произволни положителни и отрицателни числа заедно, те „яде“ един друг.

 

8 +  3 + -5 + -10 = -6
1 + -5 + 11 +  -8 = -1

Сумата от п синусови периоди на амплитуда а е задължително период от амплитудата п.а

Сумата от п шум „периоди“ на амплитудата на шума е „период“ на амплитудата п.а.

По този начин, когато се прави сумата от четири периода, синусова вълна нараства четири пъти, но шумът нараства само два пъти.Така Съотношението сигнал / шум е увеличен с два.

При внасянето на сумата от п периоди, съотношението сигнал / шум се увеличава с коефициент n.

Сума от периоди е много важен обект.Защото това ни казва, ако синусова вълна беше там, или ако тя не беше там.Това ни позволява например да предава морзовата азбука. Това са резултатите от 27 правилни резултати от суми, изчислени от приемник:

отсъства отсъства там отсъства там отсъства там отсъства отсъства там има отсъства там има отсъства там има отсъства отсъства там отсъства там отсъства там отсъства отсъства

Транскрипция с повече четивност, а място за отсъства и долна черта за там, той ни дава това:

_ _ _ __ __ __ _ _ _
Това е кодът на Морз за SOS

По същия начин, можете да предават модерен цифров код.

Космическата сонда Галилео е текуща в орбита около планетата Юпитер. Радиото сигнал, която получихме от сондата, се нарязва на един милиард периоди всяка десета от секундата. Всички тези периоди са внимателно сумират за генериране на информационния поток от десет бита в секунда.Това прави един текст характер на секунда. Знак след знак, дума след дума, изречение след изречение, сондата предавана описание на това, което видях, или измерено.

Още фини системи правят измерване на интензитетана синусова вълна.Всеки път, когато се изчислява сума, размерът на синусоидния импулс се измерва и тази мярка се предава каквото е необходимо. AM дълги вълни и къси приемници вълна можете да чао във всеки магазин работи по този начин.Чрез изчисляване на няколко хиляди суми в секунда и предаването на резултата да високоговорител те правят, че високоговорител възпроизвежда определен звук, глас или музика.

Сега можете да спрете да четете този текст, ако искате, а останалата част от него са технически подробности.

4. Точността на часовниците

Когато синусова вълна е видима в сигнала, не е трудно да се знае къде да се намали на сигнала, за да получите последователни периоди.

Няколко периоди дори може да бъде скрит от шума, вие все още знаят къде да се намали само чрез разглеждане на положението на другите периоди в близост до тях. (Това е, което прави PLL.)

Но какво, ако синусова вълна е напълно скрити от шума? Къде да се намали?

Има само едно решение: да разчита на часовник.

Ако знаем, че един период отнема милионна част от секундата, ние правим часовник даде кърлеж всяка милионна от секундата. Всеки път, когато чуя кърлеж, ние нарязани период от приемания сигнал, сляпо. И когато сме натрупали достатъчно периоди, сумата от тях ще ни разкаже къде беше там синусоида скрита в шума или не.

ОК. Но този часовник трябва да има определена точност.Нека вземем за пример следния сигнал:


Ако часовникът работи перфектно, ние ще се следните шестнадесет спретнати парчета:


Но ако часовникът върви 5% прекалено бързо, и по този начин периодите са изрязани всеки път с 5% по-рано, ние се получи това:


Сравни първия период и десети. Те са противоположни един на друг „. Ако направите сумата от тях, можете да получите нулакато резултат. В действителност, сумата от всички периоди, ще даде, може би не е точно нула, но във всеки случай, че нещо много малко. Ние няма да видите появяват красива задължително период.

Колкото повече периоди, които искаме да се намали и сумата, толкова по-точен часовник ще трябва да бъде.

Ако искаме да обобщим сто периоди, имаме нужда от часовник с точност по-добре от една стотна. (Това означава, че след време на каже 100 секунди то се отклонява от по-малко от една секунда).

Внимание: сме говорили за точността на часовника се използва от приемника. Часовникът на излъчвателя трябва да имат една и съща точност. Това няма да помогне, че съкращенията на приемника точно сигнала в периоди, ако сигналът изпратите по емитер е ненадеждни. И двете часовници трябва да бъдат точни.

5. Ширина на частотите

Представете си, че имаме приемник, който прави суми, да речем, 1000 периоди.

И радиочестотата той се прави, за да чуе, е 10,000,000 Hz (10 MHz).Това прави 10 000 суми, изчислени на всяка секунда.

Тя ще чуете перфектно емитер излъчващи в 10,000,000 Hz. Разбира се.

Тя също така ще чуете емитер излъчващи в 10,002,000 Hz. Почти перфектно.

Но ще не ще да чува емитер, излъчващи в 10,500,000 Hz. Поради очевидната причина, предоставена в раздел 4. (Е, в действителност това може да го чуе, ако той излъчва много мощен сигнал, но нека това не мисля за това.)

Така че, излъчвател на 10,500,000 Hz няма да наруши нашия приемник работи на 10,000,000 Hz.

По този начин ние можем да се използва втори приемник, получавайки най 10,500,000 Hz, за да чуе, че източник на замърсяване в 10,500,000 Hz.

Това приемник на 10,500,000 Hz няма да бъде нарушен от емитер на 10,000,000 MHz.

Това е чудесно.Всяка емитер получава сигнал, излъчван от емитера на същата честота, но не се нарушава от друга емитер използва друга честота.

Ако приемник може да бъде настроен,че ще бъде в състояние да изберете, за които се емитер го слуша.Тя може да бъде настроен да слуша емитер, излъчващи в 10,000,000 Hz или да слушате емитер, излъчващи в 10,500,000 Hz. Или всяка друга честота.Това е просто въпрос на тактова честота.

Ние работим при около 10 MHz и правим 10000 суми в секунда. Ние имаме възможността да се използват няколко честоти в същото време трябва да мине различни излъчватели и приемници да работят на същото място без да се нарушава една от друга. Но, ако използваме честоти между 9 MHz и 11 MHz, колкоразлични двойки на приемниците АНО емитери ще могат да работят едновременно?

Отговорът зависи от няколко неща.Често разлика в честотата на десет пъти скоростта на предаване е взето.Ние предава 10000 информации в секунда, така че ние ще разчитаме на разлика от 100 000 Hz между всеки излъчвател-приемник двойка.По този начин: 9000000 Hz, 9100000 Hz, 9200000 Hz … до 11,000,000 Hz, което прави 20 двойки от излъчвател и приемник говорят помежду си по едно и също време, без да се нарушава една от друга.

10 000 е на честотната лента. Това е броят на елементарните информация елементи, които се предават на всяка секунда. Това означава, че броят пъти на секунда изчислява сумата на получените периоди.

По-широката честотна лента,

  • толкова по-елементарна информация, която изпращате на всяка секунда.
  • толкова по-малко до там, че информацията се предава.Защото вие използвате по-малко периоди да се направи една сума.
  • толкова по-малко излъчватели могат да работят заедно в рамките на определен прозорец честота.
  • най-малко точни часовниците трябва да са вътре излъчвател и приемник.(Може да изглежда парадоксално, но VHF телевизионни модулатори са по-лесни за производство, отколкото FM аудио модулатори. A изображение TV се нуждае от 20 милиона елементарна информация, която се предава (една снимка е направена от 480 000 пиксела (600 реда х 800 колони) и 25 снимки мъст се предава всяка секунда). аудио сигнал, а напротив, трябва само 40 хиляди елементарни информации да се предават всяка секунда. аудио сигнал изисква много по-малко информации в секунда! Така един поставя много повече аудио канали по дадена честота прозорец от телевизионни канали, и затова човек трябва далеч по-точни часовници за аудио сигнали.)

Този метод, който позволява няколко тела да отделят в същото време, се нарича „честота обединяване“. Това не е единственият. Друг е „време за обединяване“: всички емитери използват една и съща честота (или да не използват за всяка честота на всички), но времето, излъчващи се поделя между тях. Всеки негов ред. Тези два метода имат своите предимства и недостатъци, които един е избра за дадено приложение е Матчер на инженеринг избор.

6. Акумулаторно отслабване

Описанието, което е дадено по-горе на приемник е добър, но малко теоретична. В действителност, обикновените приемници не работят точно по този начин.

Методът описахме може да бъде сумирано по този начин:

В началото на поредица от периоди, акумулатор е настроен на нула. След това се добавя всеки период, получена на акумулатора.Ones н периоди са били получени и добавят, че съдържанието на акумулатора се погледна. Ако тя привлича задължително период, ние заявяваме сигналът е бил на.Ако тя привлича чисто шум, ние заявяваме, че няма сигнал. (Или ние измерваме големината на синуса.)

Методът, който се използва най-често е това:

Акумулаторът никога не е настроен на нула. Добавя Всеки период получи за него, след което съдържанието на акумулатора се свили малко (това се мултиплицира от 0.999, да речем). Съдържанието на акумулатора се погледна непрекъснато. Ако тя привлича задължително период, ние заявяваме сигналът е включен.Ако тя привлича чисто шум, или твърде малко задължително период, ние заявяваме няма сигнал. (Или ние измерваме големината на синуса.)

Този втори метод е по-малко правилен от гледната точка на математика, но е по-физично реалистичен, по-гладък и по-лесен за използване.

Първият метод има три практически недостатъци:

Първият метод Втори метод
Тя изисква перфектни спомени, които не са нарушени след n периоди. Това може да стане само с цифрови спомени или с забавяне линии. Тя изисква само прости компоненти като китара низ, камертон или кондензатор и самостоятелно.
Когато погледнем как са получили честоти, различни от перфектната честота, вие получавате нерегуларни резултати: честота малко по-различно няма да се получи нищо, а друга честота по-далеч от перфектна честотата ще се чух малко. Можете да получите гладка поведение: колкото по-далеч от идеалното честотата, толкова по-малко тя е получила.
Трябва да знаете, когато поредица от периоди започва (за цифрови предавания) и когато го завършва. Това изисква схеми или алгоритми, за да се позволи на приемника, за да бъдат прекратени с емитер. Поради това, че акумулаторът се погледна непрекъснато, че не се притеснява да бъде синхронизирано с емитер.

Първият метод се характеризира с номер N периоди сумират. Всичко зависи от редица n. Може би се чудите какво е характерно за втория метод. Отговор: номерът, с който съдържанието на акумулатора се мултиплицира всеки път се добавя период. Това е 0.999 в нашия пример по-горе.

Сега нека да разгледаме някои практически аспекти на този втори метод:

Прости електронни приемници, които използват елементарен LC верига, както сърцето им работа по този начин по естествен път. Веригата за LC (един кондензатор и една самостоятелна застопорени заедно) работи като резонатор: ако получи чисто шум, той просто ще се люлее малко при ниска амплитуда. Но ако шумът съдържа сигнал, който има същата честота като резонансна честота на веригата след това веригата ще започне резонаторна и по този начин ще се люлее по-висока и по-висока амплитуда. След като амплитудата достига до определен праг, който ще предизвика един транзистор и „направи лампа свети“. LC верига действа като памет, която обобщава трептения.

Механични приемници работят по същия начин също. Командни устройства Ранни радио използват малки вилици тунинг да се определи дали е бил получен даден звуков сигнал: ако звуковия сигнал е бил там подходящия камертон ще започне вибриращи толкова силно, че е край ще се докоснат електрически контакт.

Ако искате да се изгради някаква механично устройство, за да се визуализира това, което се случва, тук са две предложения.Опитах нито един от тях, така че ако не моля пишете ми вашите забележки и Препоръки.

  • Използвайте една китара с метални струни (или увийте някои тънки електрически проводник няколко завъртания около средата на низ). Резе някаква игла в непосредствена близост до центъра на низ. Използвайте някои повече електрически проводник, батерия и лампа да се изгради цялостна електрическа верига между струната и иглата. Когато натиснете низ малко се докосне иглата и лампата започва да свети. След това се стреми към китарата всеки източник на музика, която произвежда същото музика бележката като низ за китара: друг инструмент или електронен настройваем звук генератор. Поредицата ще започне резонанса, ще направи широки движения и по този начин ще докосвайте иглата и по този начин лампата ще започне да свети … Трябва ли да се стреми към китарата сигнал с друга честота, или който и да е шум, тогава нищо няма да се случи. Ако целта ви е смес от всеки шум и правилната честота, тогава лампата ще свети … Може да се постави игла и лампа на всички струни на китара и да се определи каква честота ще направи всеки блясък лампа. По този начин можете да изберете коя лампа ще свети чрез излъчване на правилната честота. Можете да направите няколко лампи светят в същото време чрез излъчване в същото време правилната честота за всеки избран лампа.
  • Изграждане на две еднакви махала (особено тяхната дължина въже трябва да бъдат едни и същи). Лостчето на края на първия махалото да тежки предмети и да го люлее. Вземете края на втория махалото между пръстите си. Погледни първия махалото и да направи пръстите си отиват напред и назад точно в същия размер, все още с много малко амплитуда. Движението на пръстите ви трябва да е едва забележим. Махалото между пръстите си, ще започне вибриращо и да направи по-широки и по-широки движения. Амплитудата на него му движение ще стане много важно, със сигурност много по-важно от амплитудата на движенията пръстите ви „… Сега го направи отново, но промените първи или честотата на втория махалото, като си въже бъде по-дълъг или по-кратък. Този път нищо не се случва, когато се движите втория махалото с пръсти. Той се движи малко заедно с пръстите си, но това е всичко. Може да се опитаме да се премести на втория махалото с някакви случайни малки движения, нищо нито ще се случи, освен ако тези произволни движения съдържат малко на движението на първия махалото (с една и съща дължина на въжето, както е втората) … Можете също така да капаче двете махала и връзката им с тънка еластична въже. Ако направите първата една осцилира, еластичното въже ще предава трептения до втората махалото, че ще започне да се колебае прекалено и да направи по-широки и по-широки движения … условие дължини както махала въжета са едни и същи. Можете дори да използвате няколко „емитер“ и „приемника“ махала и ги капаче всички заедно чрез кръстосани тънки еластични въжета. За да се направи една даден приемник махалото се люшка, ще трябва да започне емитер махало с една и съща дължина на въже (честота). (Тънките еластични въжета не са необходими, ако обектът на махала са застопорени, за да не е много тежко и се оставя да се направят малки движения.)

7. приемникът суперхетеродинна

Приемникът на супер-хетродин е най-разпространеният тип радио приемник. Той работи на математически трик:

Когато умножавате синусоида от синусоида с леко различна честота, можете да получите резултат, който е сбор от две други задължително вълни:


Двете задължително вълни вътре в резултат имат честоти, които са по-високи и по-ниска от честотите на синусоидални вълни, които се мултиплицира.

Най-ниската честота е равна на разликата между честотите на двете първоначални задължително вълни.Ако първата честота е от 1,000,000 Hz, а вторият е от 999,000 Hz след синусоидния импулс ще има честота от 1000 Hz.

Това синусоида с най-ниска честота е тази, която ще използвате.Синусоидалния с най-висока честота се филтрира кола.

Каква е тази ниска честота заслужава?Много неща:

  • Да предположим, че получава сигнал, че е сумата от две честоти.Кажете 10000000 Hz и 10010000 Hz.Но само искате да се измери интензитетът на 10 милиона Hz сигнал. Проблемът е тези две честоти са близо един до друг: има само 0.1% разлика между тях. Затова е много трудно да се филтрират далеч 10010000 Hz и да запази 10000000 Hz. Решението е да се размножават на приемания сигнал с честота от 9,999,000 Hz. Честотата на 10000000 Hz ще даде ниска честота от 1000 Hz, честотата на 10010000 Hz ще даде ниска честота от 11 000 Hz. Между тези две ниски честоти сега имате разлика от 1000%! Много е лесно да филтрирате 11000 Hz далеч и да запази 1000 Hz, дори и с елементарен филтър. Чрез измерване на интензитета на които 1000 Hz сигнал получавате интензивността на 10 милиона Hz сигнал.
  • Хубави филтриране и амплификационни системи са деликатни, за да се изгради. Ако освен че трябва да бъде настройваема за различни честоти, става невъзможна задача. Със системата за суперхетеродинна вие получавате едно просто решение: да изградите система за филтриране на една честота, да кажем 100 000 Hz, и ще те умножи получения сигнал от настройваема честота преди да го изпратите в този филтър. Искам да получа сигнал на 100 000 000 Hz? Умножете сигнал от антена от синусоида при 99900000 Hz … Искате ли да получа сигнал на 98 милиона Hz? Умножете сигнал от Antena от синусоида при 97900000 Hz … И така нататък.Системата за филтриране винаги ще трябва да се справят със сигнал при 100,000 Hz.
  • Да предположим, че искате да използвате честотна модулация, FM. На пръв ръка, не можете да използвате сумата от периоди, като е посочено в глава 3, за да направи сигнал излезе от шума. Това изглежда невъзможно, защото честотата трябва да бъде стабилна. FM е, разбира се, не е стабилен. Решението е системата за суперхетеродинна. Ако например искате да получавате сигнал, че варира между 100 100 000 Hz и 99900000 Hz, просто умножете сигнал антена от стабилна синусоида при 99800000 Hz и ще получите слаб сигнал между 300 000 Hz и 100 000 Hz. Както посочи по-горе, нежелания шум и сигнали ще бъде лесно да филтрирате далеч, тогава честотата на нискочестотния сигнал ще бъде измерима чрез стандартни методи.

Тук имате кратка програма в BASIC, която привлича две вълни задължително и резултатът от тяхното размножаване:

 

  екран 1 

  frequency1 = 0,2 
  frequency2 = 0,24 

  За Т = 0 до 254 СТЪПКА 0.1 

  sine1 = SIN (т * frequency1) 
  sine2 = SIN (т * frequency2) 
  sinem = sine1 * sine2 
  PSET (т, sine1 * 10 + 10) 
  PSET (т, sine2 * 10 + 50) 
  PSET (т, sinem * 10 + 100) 

  NEXT t

 

8. Общи начини за подобряване на комуникациите

8.1 Насоченост на излъчвателя

A устройство се добавя към емитер да направи колкото е възможно повече на сигнала се върви към приемника.Така че няма отпадъци в безполезни посоки.Това е това, което правите, когато ви постави ръцете си около устата си, когато сте whant да крещи някой далеч или в шумна среда.

Устройството най-известен е параболична антена, но има много други начини за постигане на насоченост.Например комплекта общи антени, свързани заедно прегледайте проводници изчислено дължина.

Колкото по-голяма антена, толкова по-насочеността ще получите.

Колкото по-голяма от дължината на вълната на сигнала, която изпращате, толкова по-голяма антена ще трябва да се постигне същата насоченост.

8.2 Насоченост на приемника

Устройството се добавя към приемника, за да го накара да слушат колкото е възможно само на сигнала, идващ от посоката на излъчвателя. Това е това, което правите, когато ви постави ръцете си назад ушите си, за да чува по-добре слаб звук. Устройството най-известен е отново на параболична антена, но има много други начини за постигане на насоченост. Подобно използване на няколко антени и добавяне на техните сигнали.Колкото по-голямо устройство, толкова по-насоченост, което получаваш.

A параболична антена действа за радиовълни точно като слънчева фурна действа за слънчевата светлина, концентрирайки се какво го получава от една определена точка.

Съображенията за размера на антената, насоченост и дължина на вълната са същите като за точка 8.1 просто по-горе.

8.3 Намаляване на вътрешния шум на приемника

Можете да си представите за сигурни, че правенето на приемник работа в шумна среда намалява своите изпълнения.Но приемник също произвежда самостоятелно „вътрешен шум“: всеки електронен компонент вътре приемник произвежда шум. Ето защо тези компоненти трябва да бъдат внимателно избра или произведени за да се получи по-малко възможно шума.

Мателни резистори са предпочитани пред въглеродни резистори, БНТ транзистори са предпочели над биполярни транзистори, и така нататък.

За да намалите още повече останалото количество шум, и то физически не може да се направи по друг начин, на приемника трябва да се охлади. Той може да бъде потопен в течен азот или дори течен хелий. Това е вярно, независимо от вида на комуникационна система, която използвате: радиовълни, светлина, оптика светлина ниските влакна, звук, електрически сигнали ниските проводници, дори междузвездни гравитационни вълни …

Вътрешен прост компонент като резистор, шумът се дължи просто на електроните, които се движат около вътрешността на резистор. Колкото по-гореща резистор, толкова по-бързо електроните се движат по този начин повече шум.Колкото по-високо съпротивление, по-високо напрежение на шума (това се компенсира от факта шума се ограничава от по-висок импеданс).

Ако искате да чуете директно такъв шум, просто сложи ухото си вътре празна чаша.Или и двете уши (вътре две отделни стъкла не, вътре в една и съща чаша).

8.4 Увеличаване на излъчваната мощност

Толкова по-силен викате, колкото по един може да чуете …

Ето някои данни за аматьори електроника.Нека поговорим за основния права антената.

Може да се помисли антена като се държи като обикновен електрическото съпротивление свързан към земята (на снимката долу).Но има две разлики с обща електрическа устойчивост:

  • Когато електроенергия чрез изпращане това, енергията на електрически сигнал не се превръща в топлина. Вместо това, тя се превръща в радио вълни, които ще се движат далеч. Точно като високоговорител произвежда звукови вълни.
  • Съпротивлението на антената зависи от него на дължина и на честотата на сигнала ви изпрати го прегледайте. Може да се помисли, че дебел метален антена с дължина от половината от дължината на вълната (дължина на вълната = 300 000 000 / честота) има импеданс от 75 , С други думи: може да се помисли сигналът се изпраща чрез съпротивление от 75 свързан към земята.

 


По този начин има два начина за увеличаване на излъчваната мощност:

  • Увеличаване на електрическа напрежението на сигнала изпраща в антената. Точно като лампа ще свети по-светъл или високоговорител ще даде по-силен звук, антена ще излъчи по-мощни радиовълни.
  • Увеличи дължината на антената. Колкото повече дължината се увеличава, става съпротивлението. По този начин, повече ток отива прегледайте антената и повече мощност се консумира изпускана като радиовълни. Ако се удвои дължината на антената, вие половината съпротивата и по този начин можете да излъчва два пъти по-голяма мощност. Внимание: веднъж на антената става по-дълъг от половината дължина на вълната получавате тревожна насоченост. Ето защо половината дължина на вълната е общата дължина на антената. По-дългите антени могат да излъчват вече сила в посока на приемника и по този начин да създадат впечатлението, те излъчват по-малко енергия, който е неистински (оттук и илюзията антена е резонаторна устройство, което е невярно също).

Едно последно напомняне: не забравяйте, че ако генератора на честота е да се поставят на определено разстояние от антената, трябва да се възползват от добре дефиниран тип електрически проводник, за да ги свържете. Коаксиален кабел или усукани двойки. Нещо повече, че коаксиален кабел или че усукана двойка трябва да има идеално съпротивление, близка до тази на изходното съпротивление на генератора и съпротивлението на антената. В действителност, три импеданси трябва да бъдат еднакви (не се притеснява твърде много,  често работи много добре с доста различни импеданси). Ето защо, когато купувате TV тел е писано 75 върху него. Други често срещани импеданси са 50 и 100 , В импеданс на коаксиален кабел означава, че ако изпрати сигнал на всяка честота прегледайте кабел на безкрайна дължина тя ще се държи за генератор си като съпротива на това съпротивление. Симетрично, ако сигнал идва прегледайте коаксиален кабел или усукана двойка, тя ще бъде като, ако се стигне прегледайте съпротивление, че импеданс. Ако една от трите импеданси не е същото, тогава вие ще получите призраци и сигнали подскачащи обратно частично. Коаксиални кабели и усукани двойки имат три основни особености: те не нарушават сигнала (това може да отслаби, но тя ще се запази същата форма), те не разлеете радиовълни около (които биха polute наоколо и да отслаби сигнала във вътрешността на кабела) и те са безчувствени към външния шум (дори ако вашият кабелен отиде прегледайте стая с радио излъчватели, електрически искри или каквото и да, сигналът ще остане чиста). Например, вие може да предава RS/232 сигнали и дори VGA екран сигнали на стотици метри условие правиш това ниските такива кабели.

8.5 Увеличаване на мощността на приетия

Електрониката вътре в работата на приемника въз основа на сигнал, получен от „съдебното заседание устройство“: микрофон, антена, светлина детектор или каквото друго. Сега, по-силна от силата на сигнала, получен от „устройството изслушване“, толкова по-лесно ще бъде работата на електрониката. Това е тривиално. Качеството на „устройство Хъринг“ въпроси, но и това е повърхността, малко като за насочеността. Колкото по-голяма антена, с по-мощен ще бъде сигналът го доставя. (В случай на ненасочена антена, шум и полезен сигнал са се повишили.) Най-сериозната причина, поради приетия сигнал трябва да бъде толкова силна, колкото е възможно е да се направи по-силни, отколкото на вътрешния шум, произведен от електрониката на приемника. Не е необходимо да се опита да направи приетата мощност толкова голям, колкото е възможно: просто трябва да се направи да е по-силен от вътрешния шума на електрониката. В случай на основен права антена, можете да увеличи мощността на приетия от вземане на антената дълго. Може да се помисли, че дебел метален антена с дължина от половината от дължината на вълната на честотата получил има импеданс от 75 (дължина на вълната = 300 000 000 / честота). Това е да се каже, може да се помисли сигналът идва чрез съпротивление от 75

,Ако се удвои дължината на антената, вие половината съпротивата и по този начин можете да получите два пъти по-голяма мощност. (Електрическият напрежението на сигнала ще останат същите, но вие ще бъдете в състояние да разчитат на по-силен ток.) Внимание: веднъж на антената става по-дълъг от половината дължина на вълната ще получите определена форма на тревожно насоченост. приемателна антена трансформации радиовълни в електрически сигнал, точно като микрофон превръща звуковите вълни в електрически сигнал.

9. Пример на практически софтуер

Следната програма симулира работата на двете излъчвател и приемник. Сигналът се излъчва, той пристига в приемника отслабена и с добавена много шум, но приемника успява да покаже овен е имало излъчван сигнал или не. Докато програмата се изпълнява, натиснете клавиша на клавиатурата си на 0 или 1 превключите на излъчената сигнал или изключване. След това погледнете резултатите от сумата, която се появява в долната част на екрана (изчакване). Ако сигналът е било включено, ще бъдат изготвени задължително период вълна.Ако беше изключен, ще бъде съставен само слаб шум. За да стартирате тази програма имате нужда от компютър, работещ (или подражават) DOS или Windows. Те съдържат мощен преводач на езика BASIC, способен да изпълнява тази програма. Просто изберете програма с мишката, копирайте го, го поставете вътре обикновен текстов редактор, а след това го запишете под името, което искате (с разширение .BAS). Започнете BASIC интерпретатор (QBASIC.EXE), зареди програмата и я стартирайте.

SCREEN 1        'switch to 320 x 200 graphical output screen

LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1):"
LOCATE 8, 1: PRINT "Signal weakened, noise added:"
LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods:"

t = 0           'time
x = 0           'horizontal display position on screen
i = 0           'sweep inside receiver memory
p = 0           'number of periods received
s = 0           'signal to transmit

DIM r(16)       'receiver memory: 16 registers

DO

    i$ = INKEY$                                 'key pressed?
    IF i$ = "0" THEN s = 0                      'signal to transmit
    IF i$ = "1" THEN s = 1

    m = s * SIN(t * 2 * 3.1415627# / 16)        'modulated signal
    LINE (x, 20)-(x, 40), 0                     'erase old pixel
    PSET (x, m * 10 + 30)                       'display modulated signal
    t = t + 1
   
    n = RND - RND                               'noise

    r = n * .9 + m * .1                         'received signal
    LINE (x, 80)-(x, 100), 0                    'erase old pixel
    PSET (x, r * 10 + 90)                       'display received signal

    x = x + 1: IF x = 320 THEN x = 0            'display sweep

    r(i) = r(i) + r                             'add to register
    i = i + 1: IF i = 17 THEN i = 1: p = p + 1  'registers sweep

    IF p = 1000 THEN                            '1000 periods
       FOR a = 1 TO 16
	  LINE (a + 140, 135)-(a + 140, 165), 0   'erase old pixel
	  PSET (a + 140, r(a) / 10 + 150)         'display register value
	  r(a) = 0                                'reset register
       NEXT a
       BEEP                                     'beep sound
       p = 0                                    'start new 1000 periods
    END IF

LOOP

Следната програма е много по-просто. Тя работи по същия начин като алгоритми I приложат вътре микроконтролери. Можете да го сравни с програмата по-горе, за да се разбере ясно как тя работи. Имайте предвид, само две регистри се използват и се използва само знака на сигнала.

CLS

LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1): no"
LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods: nothing"

t = 0           'time
i = 0           'sweep inside receiver memory
p = 0           'number of periods received
s = 0           'signal to transmit

DIM r(2)        'receiver memory: 2 registers

DO

    i$ = INKEY$                                 'key pressed?
    IF i$ = "0" THEN                            'signal to transmit
       s = 0
       LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1): no "
    END IF
    IF i$ = "1" THEN
       s = 1
       LOCATE 1, 1: PRINT "Signal emitted (press 0 or 1): yes"
    END IF

    m = s * SIN(t * 2 * 3.1415627# / 16)        'modulated signal
    t = t + 1
   
    n = RND - RND                               'noise

    r = n * .9 + m * .1                         'received signal

    IF i = 1 OR i = 2 OR i = 3 OR i = 4 THEN r(1) = r(1) + SGN(r)
    IF i = 5 OR i = 6 OR i = 7 OR i = 8 THEN r(2) = r(2) + SGN(r)
    IF i = 9 OR i = 10 OR i = 11 OR i = 12 THEN r(1) = r(1) - SGN(r)
    IF i = 13 OR i = 14 OR i = 15 OR i = 16 THEN r(2) = r(2) - SGN(r)

    i = i + 1
    IF i = 17 THEN
       i = 1
       p = p + 1
    END IF

    IF p = 1000 THEN                            '1000 periods
       result = r(1) * r(1) + r(2) * r(2)
       IF result > 100000 THEN
	  LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods: signal!"
       ELSE
	  LOCATE 15, 1: PRINT "Result of last sum of 1000 periods: nothing "
       END IF
       BEEP                                     'beep sound
       p = 0                                    'start new 1000 periods
       r(1) = 0
       r(2) = 0
    END IF

LOOP

Моля, имайте предвид две неща за тази втора програма:

  • В реални условия винаги има дадена фаза разлика между получените сигнали и часовника приемниците. Алгоритъмът за приемник на Програмата използва не се смущава от този факт. Това е благодарение на това, се сумират площада на регистрите.
  • Понякога тази програма може да ви каже, че получава сигнал, въпреки че не е подаден сигнал се излъчваната. Просто я оставете да работи достатъчно дълъг период от време и това странно явление ще се случи. В действителност всеки приемник носи тази хендикап. Това е просто въпрос на вероятност. Всичко зависи от това, че редица 10,000 вътре в програмата. Ако използвате по-малък брой на приемника ще се превърне в състояние да откриват слабите сигнали, но ще по-често казват, че е сигнал, когато няма сигнал на всички. Ако използвате по-голям брой на приемника ще направи по-малко грешки, но уви той ще открие само силни сигнали. Това е до вас да избирате между чувствителността на приемника и надеждност. Ако искате да се увеличи както тогава ще бъдат задължени да се изгради „по-скъпо“ приемник. (Atom бомби се държат по този начин също: … На военните не се преструваме, тези бомби не могат да се взривят спонтанно Но достатъчно изследвания и пари са били инвестирани, за да направят вероятността от спонтанен експлозия бъде изключително малко)

Благодарение на Крис Прайс за посочване на грешка.