Ako sa prijímač prácu?

Ako rozhlasové prijímače dokážu komunikovať cez obrovské vzdialenosti? Tu je popis základný použitý mechanizmus. Princíp prijímača je rovnaká bez ohľadu na spôsob, ako komunikovať; rádiových vĺn, zvukové vlny, optickej komunikácie... Je to zdesenie Ak je signál prijímač dostane je veľmi slabá, alebo keď je potreba veľmi vysoká spoľahlivosť.

1. Úvod

2. Signál/od šumu

3. Integrácia

4. Presnosť hodín

5. Šírka pásma

6. Akumulátor zoslabenie

7. Super-heterodynové prijímač

8. Obvyklé spôsoby zlepšenia komunikácie

9. Praktický príklad softvér

 

1. Úvod

Predpokladajme, že mám trochu zariadenie schopné vysielať pípnutie. Je to len malá krabička, s reproduktorom a on/off vypínačom. Keď zapnete vypínač, prístroj začne vydávať neprerušovaný zvukový signál. Ak zapnete vypínač, prístroj sa stíši. Toto zariadenie je emitor.

Po druhé, že som ešte jednu malú zariadenie schopné vypočutí pípnutie. To je tiež malá krabička, s mikrofónom a lampu. Keď mikrofón počuje zvukový signál, lampa svieti. Keď mikrofón počuje žiadne pípnutie, kontrolka zostane tmavá. Tento prístroj je prijímač.

Môžete hrať s týmito dvoma malými zariadeniami, ako toľko, koľko chcete:

Keď zapnete emitor vypínač, lampa prijímača začne žiariť. Keď zapnete vypínač emitora off, lampa prijímača stmavne. A tak ďalej.

V prípade, že prijímač je vybudovať základnú cestu, potom je vzdialenosť, na ktorom komunikačné práce bude niekoľko metrov alebo niekoľko desiatok metrov:

Ak dáte prijímač, hovoria, 50 metrov od vysielača, potom to nebude mať žiadny väčší komunikácie. Keď zapnete vypínač z vysielača na, bude lampa na prijímači nezačnú žiariť. To zostane tma.

Ale ak si vybudovať dlhé vzdialenosti prijímač, potom vzdialenosť môže byť oveľa viac než 50 metrov:

Predpokladajme, že ste v hlučnom meste. Dáte emitor niekam, potom odísť. Na pár desiatok metrov na diaľku svoje uši nič viac počuť zvuk vysielača. Ale po 1 km chôdze od hotela, na dlhé vzdialenosti prijímač stále dokáže počuť zvuk vysielača. Je ohromujúce, že komunikácia funguje: ak je prepínač vysielača tlačil na; lampa prijímača začne žiariť. A keď je spínač vysielača vytiahol na vypnuté, lampa prijímača stmavne. V 1 km vzdialenosti! To je kúzlo.

Je tu len jeden háčik: komunikácia je teraz pomerne pomalý. Keď je spínač vysielača vytiahol, aby ďalej, budete musieť počkať 1 minútu, kým lampa prijímača začne žiariť. A po stlačení prepínač vysielača na off, budete musieť počkať znovu 1 minútu, až sa kontrolka prijímača stmavne.

Práve vďaka tejto technológii, ktorá komunikácia s kozmických sond deje mimo slnečnú sústavu bol možný.

Naším cieľom je teda teraz vysvetliť, ako tento malý zázrak funguje.

 

2. Signál/od šumu

Predpokladajme, že máme vziať mikrofón a pripojte ho k osciloskopu vhodne naladené. (Ak nemáte osciloskop po ruke, môžete použiť počítač so zvukovou kartou a zvukový záznam program).

Vysielač je kladený niekoľko centimetrov od mikrofónu.

Keď je vysielač vypnutý, bude osciloskop zobrazovať priamku, žiadny signál:

Keď je vysielač zapnutý, bude osciloskop zobrazovať sínusoida:

Takže, hluchý človek bude môcť povedať, či je vysielač zapnutý alebo vypnutý. Len tým, že pri pohľade na obrazovke osciloskopu.

Predpokladajme teraz, dáme vysielač dvakrát ďalej od mikrofónu.

Keď je emitor je na, signál ukazuje osciloskopom byť dvakrát slabšie:

Tak, aby sa stále ešte vidieť signál jasne, zvýšime zosilnenie osciloskopu, aby sa to znovu ukazujú sínusoida na správnej veľkosti:

Žiaden problém. Čím viac sme dali vysielač ďalej od mikrofónu, tým viac žiadame osciloskop zosilniť signál. Týmto spôsobom zostáva zreteľne viditeľný signál, bez ohľadu na vzdialenosť.

No, v skutočnosti to nie je pravda. Potom, čo sme dali emitor, povedzme 5 metrov od mikrofónu a zosilnenie stal pomerne dôležitá, vidíme, že hluk sa objaví:

To je to, čo osciloskop ukazuje, kedy emitor je vypnutý:

A to je to, čo to ukazuje, kedy emitor je na:

Vysielač môže byť zapnutý alebo vypnutý, na tom nezáleží. Hluk zostáva rovnaký. Keď je vysielač zapnutý, sínusoida jednoducho pridá sa k hluku.

Hluk je niečo, čo nemôžete vyhnúť. Či už budete merať, pokiaľ ju amplifikátu dosť, vždy dostanete hluk. V skutočnosti to bolo tam od začiatku, ale to bol tak slabý, že sme si to nevšimla. To sa stalo viditeľnými, akonáhle sme ho amplificated dosť.

Poďme ďalej dať vysielač znova dvakrát. Musíme zvýšiť dvakrát amplifikácie. Teraz hluk má rovnakú amplitúdu ako sine vlny:

Od tejto chvíle, keď budeme ďalej dať emitor, budeme viac zvýši zosilnenie. Vzhľadom k tomu, hluk vyplní celú obrazovku osciloskopu. Prípadné zvýšenie zosilnenie by bola k ničomu: to by jednoducho robiť hluk ísť mimo hranice obrazovke osciloskopu.

To je to, čo sa objaví, keď sme dali emitor 10 metrov:

To je to, čo sa objaví, keď sme dali emitor 20 metrov od hotela:

A to sa objaví, keď dáme vysielač 40 metrov:

Sme už viac schopní vidieť sínusoidu. (Môžete mať dojem, vidieť kúsky sine vlny, ale to je len ilúzia.)

Vysielač môže byť zapnutý alebo vypnutý, bude osciloskop zobrazovať presne rovnakú vec: hluk.

Tak, vo vzdialenosti 40 metrov náš systém nefunguje nič viac. Nepočujúci človek môže viac použiť osciloskop povedať wether emitor je zapnutý alebo vypnutý.

Kľúč je intenzita signálu versus intenzita hluku. To je dôvod, prečo používame koncept signál/ šum pomer.

Signál/šum pomer je číslo. Toto číslo získate vydelením počtu tohto opatrenia intenzity signálu podľa počtu opatrení intenzity hluku.

Príklady:

Keď je emitor bol vo vzdialenosti 5 metrov, intenzita signálu bola 1 a intenzita hluku bola 0,5. Signál/šum pomer bol teda 2.

Keď je emitor bol vo vzdialenosti 10 metrov, intenzita signálu bola 1 a intenzita hluku bola 1. Signál/šum pomer bol teda 1.

Keď je emitor bol vo vzdialenosti 40 metrov, intenzita signálu bola 0,25 a intenzita hluku bola 1. Signál/šum pomer bol teda 0,25.

Keď je emitor je veľmi blízko k mikrofónu, intenzita signálu je 1 a intenzita hluku je rozhodne menší ako 0,01. Signál/šum pomer, je teda väčší ako 100.

Môžeme povedať toto:

Keď je signál/šum pomer, je 1, je signál jednoznačne narušený hlukom, ale je ešte viditeľná.

Keď je pomer signál/šum pomer, je oveľa väčšia ako 1, je signál je veľmi jasné, nie je prakticky žiadny hluk.

Keď je pomer signál/šum pomer, je oveľa menšia ako 1, je signál úplne skrytá hlukom.

 

3. Integrácia

Otázkou teda je: čo je trik pre stanovenie prítomnosti signálu, kedy je signál/šum pomer je oveľa menšia ako 1?

Odpoveď: musíte znížiť to, čo dostanete v presných kusy a aby súčet týchto kusov.

Ako toto:

Poďme použiť to, čo sme dostali, keď je signál/šum pomer bol 1. Mali sme 4 obdobia sine vlny.

Režeme tieto 4 periódy od seba:

Potom sme dať im nad sebou a aby súčet nich:

Nakoniec sme sa deliť štyrmi výsledok tejto sumy (stačí ho škálovať):

Ako môžete vidieť, hluk je teraz dva krát slabšie. (Porovnaj s niektorou zo štyroch období sme zrátané.)

Zvýšili sme náš signál/šum pomer dvoma!

Ako je?

Tu je vysvetlenie:

Keď urobíte čiastku štyroch sine obdobie, výsledok je nevyhnutnú dobu štyrikrát väčší.

To preto, že keď urobíte súčet n presných čísel, dostanete výsledok, ktorý je práve n krát väčšia.

 7 +  7 +  7 +  7 =  28

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

Keď urobíte sumu štyroch hluku "obdobie", výsledkom je len dvakrát väčšia.

To preto, že hluk je niekedy pozitívne, niekedy negatívne, v náhodnom poradí. Keď pridáte náhodných kladné a záporné čísla dohromady, oni "jesť" jeden druhého.

8 +  3 + -5 + -10 = -6

1 + -5 + 11 +  -8 = -1

Súčet n sínusových obdobie amplitúda je nevyhnutnú dobu amplitúdy n. a.

Súčet n hluku "obdobie" amplitúdy A je šum "doba" amplitúdovej n. a.

Tak, keď sme sa súčet štyroch období, sínusoida rástol štyrikrát, ale zvuk rástli iba dva krát. Signál/šum pomer sa tak zvýšil o dva.

Keď sme sa, aby zhrnúť n obdobie, signál/šum pomer je zvýšená o faktor n.

Súčet čias je veľmi dôležitým cieľom. Vzhľadom k tomu, nám hovorí, ak je sínusový bol tam, alebo či je to tam nie je. To nám umožňuje napríklad prenášať morse kód. Tu sú výsledky 27 successives výsledkov súm vypočítaných prijímačom:

chýba chýba tam chýba tam chýba tam chýba chýba tam ešte chýba tam ešte chýba tam ešte chýba chýba tam chýba tam chýba tam chýba chýba

Prepísaný s viac čitateľnosťou, priestor pre neprítomných a podčiarkovník pre tam, že nám to dáva:

_ _ _  __ __ __  _ _ _

Je to Morseovej abecede pre S.O.S.

Rovnakým spôsobom môžete prenášať moderný digitálny kód.

Priestor sonda Galileo je v súčasnej dobe na obežnej dráhe okolo planéty Jupitera. Rádiový signál, ktoré sme dostali od sondy bol rozrezaný na jednu miliardu obdobia, z ktorých desatina sekundy. Všetky tieto lehoty sú starostlivo sčítajú generovať informačný tok desiatich bitov za sekundu. To robí jeden textový znak za sekundu. Znak po znaku, slovo po slove, vetu po vete, sonda transmited opis toho, čo to videl alebo zmerať.

Viac rafinované systémy robia meria intenzitu sine vlny. Zakaždým, keď je súčet sa počíta, veľkosť sínusové vlny sa meria, a že opatrenia sa prenáša na čo potrebuje. AM dlhé vlny a krátke vlny prijímača môžete dovidenia v každom obchode pracovať týmto spôsobom. Výpočtom niekoľko tisíc čiastky za sekundu a prenos výsledkov k reproduktoru robia, že reproduktor reprodukovať určitý zvuk, hlas alebo hudbu.

Teraz môžete prestať čítať tento text, ak chcete, to ostatné sú technické detaily.

 

4. Presnosť hodín

Ak je viditeľná sínusový v signálu, to nie je ťažké vedieť, kde znížiť signál, aby po sebe idúce obdobia.

Niekoľko obdobie môže byť aj skryté hlukom, stále viete, kde znížiť len pri pohľade na postavenie iných obdobiach, v ich blízkosti. (To je to robí PLL).

Ale čo v prípade, že sínusoida je úplne skrytá hlukom? Tam, kde by sme mali znížiť?

Existuje len jedno riešenie: spoliehať na hodiny.

Pokiaľ vieme, že jedna perióda trvá milióntinu sekundy, urobíme hodiny dať kliešť každý milióntinu sekundy. Zakaždým, keď sme počuli kliešť, režeme obdobie z prijímaného signálu, slepo. A keď sme nazhromaždili dostatok obdobia, súčet z nich bude nám povedať, či tam bol sínusoida skrýva hluk alebo nie.

OK. Ale, že hodiny musí mať určitú presnosťou. Zoberme si napríklad nasledujúce signálov:

V prípade, že hodiny beží perfektne, dostaneme nasledujúce šestnásť úhľadné kúsky:

Ale v prípade, že čas beží 5% príliš rýchlo, a obdobie, sú teda znížiť zakaždým o 5% vyššie, dostaneme toto:

Porovnajte prvého obdobia a desiaty. Sú to opačné všetky ostatné. Ak urobíte súčet z nich, dostanete nulu ako výsledok. V skutočnosti bude súčet všetkých čias dať, možno nie presne nulu, ale v každom prípade niečo veľmi málo. Nebudeme vidieť objavovať krásne sine obdobia.

Čím viac období chceme znížiť, a súčet, tým presnejšie hodiny bude musieť byť.

Ak chceme sčítať sto období, potrebujeme hodiny s presnosťou lepšou než jednu stotinu. (To znamená, že počas 100 sekúnd povedať, že sa odchyľuje o menej ako jednu sekundu.)

Pozor: sme hovorili o presnosť hodín používanej prijímačom. Hodiny emitora musí mať rovnaké presnosti. To by nepomohlo, že škrty prijímač presne signál v obdobiach, v prípade, že signál poslať vysielačom je nespoľahlivý. Obe hodiny musí byť presné.

 

5. Šírka pásma

Predstavte si, že máme prijímač, ktorý robí sumy, povedzme, 1000 obdobie.

A rádiofrekvenčná bude urobený počuť, je 10,000,000 Hz (10 MHz). To robí 10,000 sumy vypočítanej každú sekundu.

To bude dokonale počuje emitor emitujúca na 10,000,000 Hz. Samozrejme.

Bude tiež počuť emitor emitujúca pri 10,002,000 Hz. Takmer dokonale.

Ale il nezačujete emitor emitujúca pri 10,500,000 Hz. Zo zrejmého dôvodu, uvedené v kapitole 4. (No v skutočnosti to môže vypočuť, ak to vysiela veľmi silný signál, ale nech to nie je o tom premýšľať.)

Takže, bude emitor na 10,500,000 Hz neruší náš prijímač pracujúci na 10,000,000 Hz.

Môžeme teda použiť druhý prijímač, príjem na 10,500,000 Hz, keď počujem, že emitor na 10,500,000 Hz.

Že prijímač pri 10,500,000 Hz nebudú rušení vysielačom na 10,000,000 Hz.

To je nádherné. Každý vysielač prijíma signál vyslaný vysielačom pomocou rovnakej frekvencii, ale nie je narušený druhým vysielačom pomocou inú frekvenciu.

Ak prijímač môže byť naladený, že bude môcť vybrať, na ktoré emitor načúva. To môže byť naladený počúvať emitora emitujúca pri 10.000.000 Hz alebo počúvať emitora emitujúce v 10,500,000 Hz. Alebo akékoľvek iné frekvencii. Je to len otázka taktovaciu frekvenciu.

Pracujeme na asi 10 MHz a my 10.000 čiastky za sekundu. Máme schopnosť používať niekoľko frekvencií v rovnakú dobu, aby rôzne emitory a prijímača pracovať na rovnakom mieste, bez vzájomného narušovania. Ale ak budeme používať frekvenciách medzi 9 MHz a 11 MHz, koľko rôznych párov prijímačov a emitory budú môcť pracovať súčasne?

Odpoveď závisí na niekoľkých veciach. Bežne rozdiel vo frekvencii desaťnásobok prenosovej rýchlosti je prijatá. My prenášať informácie 10,000 za sekundu, takže sa budeme spoliehať na rozdiel 100,000 Hz medzi každým vysielač-prijímač pár. Teda: 9,000,000 Hz, 9,100,000 Hz, 9,200,000 Hz... až do 11,000,000 Hz, ktorá robí 20 dvojíc vysielača a prijímača hovorí k sebe navzájom v rovnakom čase bez rušivých navzájom.

10,000 je šírka pásma. To je počet elementárnych prvkov informácií, ktoré sú prenášané každú sekundu. To znamená, koľkokrát za sekundu vypočítať sumu období dostal.

Čím širšie šírku pásma,

  • čím viac základné informácie, ktoré ste vysielať každú sekundu.
  • menej ďaleko, že informácie sú prenášané. Vzhľadom k tomu, že používate menej obdobie, aby vznikol jeden súčet.
  • tým menej emitory môžu pracovať spoločne vnútri určitého frekvenčného okna.
  • menej presnejšie hodiny musí byť vo vnútri prijímača a vysielača. (Môže sa to zdať paradoxné, ale VHF televízne modulátory sú jednoduchšie na výrobu ako FM audio modulátory. TV obraz potrebuje 20 miliónov základné informácie, ktoré majú byť prenášané (jedna snímka je z 480,000 pixelov (600 riadky x 800 stĺpcov) a 25 snímok musí byť prenášané každú sekundu). Zvukový signál, naopak, len potrebuje 40 tisíc základné informácie, ktoré sú prenášané každú sekundu. Zvukový signál vyžaduje oveľa menej informácií za sekundu! Tak sa dá oveľa viac zvukových kanálov na danej frekvencii okne než televíznych kanálov, a preto je treba ďaleko presnejší hodín pre audio signály.)

Táto metóda, ktorá umožňuje niekoľkými žiariča vypúšťať v rovnakom čase, je nazývaný "frekvenčný multiplexovanie". Je to nie je jediný. Ďalším je "čas multiplexovanie": všetky emitory používajú rovnakú frekvenciu (alebo nepoužívať žiadnu frekvenciu, vôbec), ale emitujúca čas je zdieľaná medzi nimi. Každý jeho čas. Tieto dve metódy majú svoje výhody a nevýhody, ktoré z nich je zvolil pre danú aplikáciu je Mather strojárskeho voľby.

 

6. Akumulátor zoslabenie

Opise, ktorý je uvedený nad z prijímača je dobrý, ale trochu teoretická. V skutočnosti, bežné prijímača pracovať práve takto.

Metóda, ktorou je popísané, možno zhrnúť takto:

Na začiatku série obdobia, akumulátor je nastavená na hodnotu null. Potom, každý prijatý obdobia sa pridá do akumulátora. Boli prijaté a dodal Ones n období, obsah akumulátora sa pozrel na. Ak remizuje sine obdobie, konštatujeme signál bol zapnutý. Ak sa vychádza čistý šum uvádzame, nebol žiadny signál. (Alebo meriame veľkosť sínus).

Metóda, ktorá je najčastejšie používa, je tento:

Akumulátor je nikdy nastavená na hodnotu null. Každá perióda dostal sa pridá k nej, a potom sa obsah akumulátora je zmrštiteľná trochu (to je pomocou viacnásobných 0,999, povedzme). Obsah akumulátora sa pozrel na priebežne. Ak remizuje sine obdobie, konštatujeme, signál je na. Ak remizuje čistý zvuk, alebo príliš málo sine obdobie, konštatujeme, nie je žiadny signál. (Alebo meriame veľkosť sínus).

Táto druhá metóda je menej matematicky správne, ale to je viac fyzicky realistickejší, hladšie a jednoduchšie.

Prvý spôsob má tri praktické nevýhody:

Prvý spôsob

Druhý spôsob

To vyžaduje dokonalé spomienky, ktoré nie sú narušené po n obdobiach. To možno vykonať len s digitálnymi spomienkami alebo meškanie liniek.

To je len jednoduché komponenty, ako gitara reťazec, ladičky alebo chladičom a ja.

Keď sa pozriete na to, ako sú prijímané frekvencie odlišné od dokonalej frekvencie, dostanete nepravidelné výsledky: a frekvencia mierne odlišná nebude prijatý vôbec, ale ďalšie frekvencie ďalej od dokonalej frekvencia bude počuť trochu.

Získate hladký správanie: čím ďalej od dokonalého frekvencia, tým menej je prijatá.

Musíte vedieť, kedy sériu začína (pre digitálne vysielanie), a kedy to skončí. To si vyžaduje, aby obvody alebo algoritmy, aby sa umožnilo, aby prijímač byť postupne s emitorom.

Vzhľadom k tomu, akumulátor sa pozrel na priebežne, nemusíte obťažovať byť synchronizované s vysielačom.


Prvá metóda sa vyznačuje tým, počtu n periód zrátané. Všetko závisí od počtu n. Možno sa čudujete, čo charakterizuje druhej metódy. Odpoveď: číslo o ktorý je obsah akumulátora je viacnásobných zakaždým, keď sa pridáva obdobia. To je 0,999 v uvedenom príklade.

Teraz sa pozrime na niektoré praktické aspekty tejto druhej metódy:

Jednoduché elektronické prijímače, ktoré používajú primitívne LC obvod ako ich srdcová práca, ktorá cesta prirodzene. LC obvod (jeden kondenzátor a jeden vlastný zaistené dohromady) pôsobí ako rezonátor: ak dostane čistý šum, to bude len oscilovať trochu pri nízkej amplitúde. Avšak v prípade, že hluk obsahuje signál, ktorý má rovnakú frekvenciu ako rezonančná frekvencia obvodu, potom obvod začne rezonujúce a bude teda kolísať, na vyššiu a vyššiu amplitúdou. Akonáhle amplitúda dosiahne danej prahové hodnoty, ktoré spustia tranzistor a "robiť lampa žiara". LC obvodu pôsobí ako pamäte, ktorá sčíta oscilácie.

Mechanické prijímača fungujú rovnakým spôsobom taky. Čoskoro príkaz rádiové zariadenia využívajú malé ladičky určiť, či bola prijatá keďže, pípnutie: ak je zvuk pípnutia tam bol vhodným ladička začne vibrovať tak silno, že je to koniec by sa dotknúť elektrický kontakt.

Ak chcete vytvoriť nejaké mechanické zariadenia, aby predstaviť, čo sa deje, tú sú dva návrhy. Snažil som sa nikto z nich, takže ak nemáte, prosím napíšte mi svoje pripomienky a odporúčania.

  • Použite gitaru s kovovým reťazca (alebo zábal Niektoré tenký elektrický drôt o niekoľko otáčok okolo stredu reťazca). Blokujúce nejaké ihla veľmi blízko stredu reťazca. Použiť nejaký viac elektrické drôty, batérie a lampa vytvoriť kompletnú elektrickú slučku medzi reťazcami a ihly. Keď budete tlačiť reťazec trochu sa dotýka ihlu a lampa začne žiariť. Potom sa zameriavajú na gitaru niektorý zdroj hudby, ktorá produkuje rovnaký hudobný poznámku ako gitara reťazec: ďalšie nástroje alebo elektronickou laditeľné zvukového generátora. Reťazec začne rezonujúce, bude široké hnutie a tak sa dotkne ihlu a tým aj kontrolka začne žiariť... Ak by ste zamerať na gitaru signál s inou frekvenciou, alebo hluku, a potom nič sa nestane. Ak by ste usilovať zmes hluku a správnu frekvenciu, potom sa svetlo sa rozsvieti... Môžete tiež dať ihlu a lampu na všetkých gitarových strún a určiť, ako často bude každého svetla žiara. Týmto spôsobom si môžete vybrať, ktoré svetlo sa rozsvieti vysielaním správnu frekvenciu. Tie môžu niekoľko žiarovky svietia zároveň tým, že vypúšťa súčasne správnu frekvenciu pre každú zvolenú lampu.
  • Zostavte dve rovnaké kyvadlo (najmä ich lana dĺžka musí byť presne rovnaké). Blokujúce koniec prvého kyvadla na akúkoľvek ťažkým predmetom a aby bolo oscilovať. Vezmite koniec druhého kyvadla medzi prstami. Pozrite sa na prvé kyvadla a vaše prsty tam a späť presne rovnakou rýchlosťou, ale s veľmi malou amplitúdou. Pohyb prstov by mal byť sotva badateľný. Kyvadlo medzi prstami začne oscilačná a robiť viac a viac pohyby. Amplitúda je to pohyb bude veľmi dôležité, iste oveľa dôležitejšie, než amplitúda pohybov vaše prsty'... Teraz to urobiť znovu, ale zmeniť prvý alebo frekvenciu druhého kyvadlo sa tým, že jeho lano byť dlhšie alebo kratšie. Tentoraz sa nič pri presunutí druhej kyvadlo prsty stane. Pohybuje sa trochu spolu s prstami, ale to je všetko. Môžete tiež skúsiť presunúť druhej kyvadlo s akýmikoľvek náhodnými malými pohybmi, nič sa ani sa nestane, ak tieto náhodné pohyby obsahujú trochu pohybu prvého kyvadla (s rovnakou dĺžkou lana ako druhý)... Môže sa Vám závora obe kyvadla a spojiť ich s tenkou elastickom lane. Ak urobíte prvý jedného oscilovať, bude pružné lano prenášať oscilácie do druhého kyvadla, ktorý začne oscilačná príliš a aby viac a viac pohyby... za predpokladu dĺžky oboch kyvadiel lana sú rovnaké. Môžete dokonca použiť niekoľko "vysielací" a "prijímače" kyvadla a zaistite ich všetky dohromady koryto prekročil tenké Pružná lana. Aby sa človek vzhľadom kyvadlo prijímač oscilovať budete musieť spustiť emitor kyvadlo s rovnakou dĺžkou lana (frekvencia). (Tenké elastické laná nie sú potrebné, ak je objekt kyvadla sú zabezpečené, nie je príliš ťažký a nemá robiť malé pohyby.)

 

7. Super-heterodynové prijímač

Super-heterodynové prijímač je najrozšírenejším typom rádiového prijímača. Funguje na matematickom trik:

Po vynásobení sínusoida pomocou sine vlny s mierne odlišnou frekvenciu, dostanete výsledok, ktorý je súčtom dvoch ďalších sine vĺn:

Oba sínusové vlny vnútri výsledku majú frekvencie, ktoré sú vyššie a nižšie než frekvencia sínusových vĺn, ktoré boli viacnásobných.

Najnižšia frekvencia je rovná rozdielu medzi frekvenciami prvých dvoch sínusových vĺn. Ak je prvá frekvencia bola 1,000,000 Hz a druhá bola 999,000 Hz potom sa sínusová vlna bude mať frekvenciu 1,000 Hz.

To sínusoida s najnižším frekvencia je tá, ktorú sme sa chystáte použiť. Sínusový s najvyššou frekvenciou je filtrovaný preč.

Čo je to, že nízke frekvencie dobré? Veľa vecí:

  • Predpokladajme, že dostanete signál, ktorý je súčtom dvoch kmitočtov. Povedzme, že 10,000,000 Hz a 10,010,000 Hz. Ale vy ste len chcete merať intenzitu 10000000 Hz signálu. Problém je, tieto dve frekvencie sú blízko seba: je iba 0,1% rozdiel medzi nimi. Z tohto dôvodu je veľmi ťažké filtrovať preč 10,010,000 Hz a udržať 10,000,000 Hz. Riešením je násobiť prijímaný signál o frekvencii 9,999,000 Hz. Frekvencia na 10,000,000 Hz prinesie nízku frekvenciu 1000 Hz, frekvencia v Hz 10,010,000 výnos nízku frekvenciu 11,000 Hz. Medzi týmito dvoma nízkych frekvenciách máte teraz rozdiel 1,000%! Je veľmi ľahké filtrovať 11,000 Hz preč a udržať 1,000 Hz, dokonca s rudimentárne filtrom. Meraním intenzity tohto 1,000 Hz signál, dostanete intenzitu 10,000,000 Hz signálu.
  • Dobré filtrovanie a systémov zosilňovanie sú jemné stavať. Ak je okrem toho musí byť laditeľné pre rôzne frekvencie, stáva neuskutočniteľné. S super-heterodynové systému získať jednoduché riešenie: zostavenie filtračný systém na jednej frekvencii, povedzme 100,000 Hz, a násobiť prijímaný signál o laditeľnou frekvenciou pred jeho odoslaním do tohto filtra. Chcete dostávať signál na 100,000,000 Hz? Vynásobte signál z antena podľa sínusoidy na 99,900,000 Hz... Chcete prijímať signál na 98,000,000 Hz? Vynásobte signál z antena podľa sínusoidy na 97,900,000 Hz... A tak ďalej. Filtračný systém bude mať vždy vysporiadať s signálu na 100,000 Hz.
  • Predpokladajme, že chcete používať frekvenčné moduláciu, FM. Z prvej ruky, nemožno použiť súčet doby, ako sú uvedené v kapitole 3, aby sa objaví signál z hluku. Vyzerá to možné preto, že frekvencia musí byť stabilná. FM je, samozrejme, nie je stabilný. Riešením je super-heterodynové systém. Ak napríklad chcete prijímať signál, ktorý sa pohybuje medzi 100,100,000 Hz a 99,900,000 Hz, stačí vynásobiť Antena signál stabilný sínusové vlny na 99,800,000 Hz a dostanete nízky signál medzi 300,000 a 100,000 Hz Hz. Rovnako ako ukázal vyššie, bude nežiaduce rušivé signály a signály musia byť ľahko odfiltrovať, potom frekvencia nízkej signálu bude merateľné štandardnými metódami.

Tu máte krátky program v základných, ktorý čerpá dva sine vlny a výsledok ich množeniu:

 

screen 1

frequency1 = .2
frequency2 = .24

FOR t = 0 TO 254 STEP .1

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

NEXT t

 

8. Obvyklé spôsoby zlepšenia komunikácie

8.1 Smerovosť vysielača

Zariadenie je pridaný do vysielača, aby sa čo najviac z signál ísť na prijímač. Takže nie je odpad zbytočné smeroch. To je to, čo robíte, keď ste dať ruky okolo úst, keď chcete kričať na niekoho ďaleko alebo v hlučnom prostredí.

Prístroj Najznámejší je parabolická anténa, ale existuje mnoho ďalších spôsobov, ako dosiahnuť smerovosť. Napríklad sád spoločných antén spojených dohromady cez drôty presne vypočítanej dĺžky.

Čím väčšia anténu, tým viac smerovosť dostanete.

Čím väčšia je vlnová dĺžka signálu, ktorý prenášajú, tým väčšia anténa budete musieť dosiahnuť rovnaké smerovosť.

8.2 Smerovosť prijímača

Zariadenie je pridaný do prijímača, aby ho počúvať, ako je to možné len na signál prichádzajúci zo smeru vysielača. To je to, čo robíte, keď ste dať ruky späť vaše uši počuť lepšie slabý zvuk. Prístroj Najznámejší je opäť parabolická anténa, ale existuje mnoho ďalších spôsobov, ako dosiahnuť smerovosť. Rovnako ako pomocou niekoľkých antén a pridaním ich signály. Čím väčšie zariadenia, tým viac dostanete smerovosť.

Parabolická anténa jedná o rádiových vĺn, rovnako ako solárne pec pôsobí na slnečné svetlo, sústredenie, čo dostane na jednom danom mieste.

Úvahy o veľkosti antény, zameranosť a vlnové dĺžky sú rovnaké ako pre bod 8.1 tesne nad.

8.3 Zníženie vnútorného hluku prijímača

Môžete si predstaviť, pre istotu, že robiť prácu prijímača v hlučnom prostredí znižuje jeho vystúpenie. Ale prijímač vyrába tiež je to vlastné "vnútorné šum": každá elektronická súčiastka vnútri prijímača produkuje hluk. To je dôvod, prečo tieto prvky musia byť starostlivo choosed alebo vyrobiť produkovať menej možný hluk.

Tenkovrstvové kovové rezistory sú preferované cez uhlíkové rezistory, FET tranzistory sú preferované cez bipolárnych tranzistorov, a tak ďalej.

Ak chcete znížiť ešte zostávajúce množstvo hluku, a to môže fyzicky nie je možné urobiť ďalšiu cestu, prijímač musí byť ochladený. To môže byť ponorená do kvapalného dusíka alebo dokonca tekutého hélia. To platí bez ohľadu na typ komunikačného systému, ktorý používate: rádiové vlny, svetlo, svetlo žľaby optických vlákien, zvukom, elektrické signály žľabových drôty, dokonca aj medzihviezdnej gravitačných vĺn...

Vnútri jednoduché súčasti, ako je odpor, hluk je jednoducho vzhľadom k elektróny pohybujúce sa vo vnútri odporu. Čím teplejšie odpor, tým rýchlejšie sa elektróny sa pohybujú tým aj väčší hluk. Čím vyššia je impedancia, tým vyššia je šum napätie (to je kompenzované tým, hladina hluku je obmedzená vyššia impedancia).

Ak chcete počuť priamo taký hluk, stačí dať svoje ucho vnútri prázdne poháre. Alebo obe uši (do dvoch samostatných okuliare, nie vo vnútri rovnakej poháre).

8.4 Zvýšenie vysielané energie

Hlasno kričíte, tým ďalej, kto vás môže počuť...

Tu je niektoré údaje pre amatérske elektroniku. Poďme sa baviť o základné priame antény.

Môžete zvážiť anténu sa chová ako jednoduchý elektrický odpor pripojený k zemi (obrázok nižšie). Ale to má dva rozdiely so spoločným elektrickým odporom:

  • Kedy je prúd poslať žľab to, energia elektrického signálu nie je premenená na teplo. Namiesto toho, že sa mení na rádiové vlny, ktoré budú cestovať preč. Rovnako ako reproduktor produkuje zvukové vlny.
  • Impedancia antény závisí na jeho dĺžke a na frekvencii signálu, ktorý odoslať koryto to. Možno za to, že ak sa pripájate uprostred hustej kovové antény s dĺžkou jednej polovice vlnovej dĺžke (vlnová dĺžka = 300,000,000 / frekvencia), bude to predstavovať impedanciu 75. (Pre iné dĺžky, bude impedancia antény byť "komplexné", nie je tak jednoduché, ako odpor).

Inými slovami: odoslanie signál do antény je rovnaký ako jeho odoslaním do odporom 75.

Tak existujú dva spôsoby, ako zvýšiť vysielanej energie:

Zvýšenie elektrické napätie signálu poslať do antény. Rovnako ako LED lampa by svietiť viac alebo reproduktor by dával hlasnejší zvuk, bude anténa vysielať silnejší rádiové vlny.

Zvýšiť dĺžku antény. To nie je ľahká úloha, pretože tam bude "interferenčné vzory" a možno aj komplexné impedancia, ktorá musí byť riešená.

Posledná pripomienka: nezabudnite, že v prípade, že frekvencia generátora musí byť umiestnená v určitej vzdialenosti od antény, musíte využiť dobre definované druhu elektrických drôtov k ich prepojenie. Koaxiálny vodič alebo krútená pary. A čo viac, že ​​koaxiálny vodič, alebo že twisted pair by v ideálnom prípade majú impedanciu blízku výstupná impedancia generátora a impedancia antény. Tri impedancia by mala byť rovnaká (neobťažujú príliš veľa, prakticky funguje často veľmi dobre s pomerne odlišnou impedanciou). To je dôvod, prečo, keď si kúpite TV kábel je napísané 75 na to. Ďalšie spoločné impedancia je 50 a 100. impedancia koaxiálneho kábla znamená, že ak pošlete signál akejkoľvek frekvencie koryto kábel nekonečnej dĺžky sa bude správať za generátorom ako odporu tohto impedancia. Symetrický, ak je signál prichádza koryto koaxiálny kábel alebo krútený pár, bude to, ako keby na to prišlo koryto odpor tohto impedancia. Keď jeden z troch impedancia nie je rovnaká, potom sa dostanete duchmi a signály opäť stavia na nohy čiastočne. Koaxiálne káble a krútené páry majú tri hlavné zvláštnosti: nenarušujú signál (to môže oslabiť, ale to bude mať rovnaký tvar), nemajú nerozliali rádiové vlny okolo (to by znečisťovať okolie a oslabiť signál vnútri kábla) a sú citlivé na vonkajší hluk (aj keď je váš kábel išiel koryto izba s rádiom žiaričmi, elektrickými iskrami alebo čokoľvek, signál zostáva čistá). Napríklad, môžete prenášať RS / 232 signály alebo signály, aj VGA obrazovkou o stovky metrov za predpokladu, robíte, že koryto tieto drôty.

8.5 Zvýšenie prijatého výkonu

Elektronika vnútri prác prijímača na základe signálu prijímaného "sluchové zariadenia": mikrofónu, antény, detektora svetla alebo čokoľvek iného. Teraz, tým silnejšia je sila signálu dodaného "sluchové zariadenie", tým ľahšie bude práca elektroniky. To je triviálne.

Kvalita "sluchadla" záležitosťou, ale to tiež povrch, trochu ako pre smerovosť. Čím väčšia anténu, silnejší signál, že prináša bude. (V prípade všesmerové antény, hluk a užitočný signál sa navyšujú.)

Najvážnejšie dôvod, prečo by prijímaný signál bol tak silný, ako je to možné, je, aby to byť silnejšie ako vnútorné šumom produkovaným elektronikou prijímača.

Nie je nutné, aby sa pokúsili, aby sa prijatý výkon tak veľký, ako je to možné. Stačí sa len, aby to byť hlasnejší než vnútorný hluk elektroniky.

V prípade, že základné priame antény, zvýšiť tým, že prijatý výkon antény dlhšia. Možno sa domnievajú, že tučný kovový anténa s dĺžkou jednej polovice vlnovej dĺžky frekvencie dostal má impedanciu 75 (vlnová dĺžka = 300,000,000 / frekvenciu). To znamená, že môžete zvážiť signál prichádza koryto odpor 75. Ak zdvojnásobiť dĺžku antény, môžete znížiť na polovicu odpor, a tak dostanete dva krát viac energie. (Elektrická napätie signálu zostane rovnaký, ale budete môcť spoľahnúť na silnejší prúd.) Ale akonáhle sa anténa bude trvať dlhšie, než je polovica vlnovej dĺžky, dostanete interferenčné vzory a laloky. A anténu, ktorá nie je dobre vypočítaná bude mať komplexné impedancia.

Prijímacia anténa transformuje rádiové vlny na elektrický signál, rovnako ako mikrofón premení zvukových vĺn na elektrický signál.

 

9. Praktický príklad softvér

Nasledujúci program simuluje fungovanie ako vysielačom a prijímačom. Signál je emitovaný, že dorazí na prijímači oslabené a s množstvom pridaného hluku, ale prijímač dokáže ukázať, či došlo k vyžarované signál alebo nie.

Kým program beží, stlačte tlačidlo 0 alebo 1 na klávesnici prepnúť emitovaného signál zapnúť alebo vypnúť. Potom sa pozrite na súčet výsledku, ktorý sa objaví v dolnej časti obrazovky (čakajte). V prípade, že signál bol zapnutý, bude vypracovaný obdobie sínusoida. Ak by to bolo preč, bude len slabý hluk byť vypracované.

Ak chcete spustiť tento program musíte mať PC s operačným systémom (alebo emuluje) DOS alebo Windows. Obsahujú silný základné jazykové tlmočníka schopného spustenie tohto programu. Stačí si vybrať program s myšou, skopírovať, vložiť ho do jednoduchého textového editora a potom ho uložiť pod názvom, ktorý chcete (s príponou .BAS). Spustite BASIC interpret (QBASIC.EXE), načítať program a spustite ho.

 

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

 

Nasledujúci program je oveľa jednoduchšie. Funguje to rovnako ako algoritmy implementovať vnútri mikroprocesory. Môžete porovnať ju s programom vyššie, aby jasne pochopili, ako to funguje. Poznámka: len dva registre sú použité a používa sa iba znamienko signálu.

 

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

 

Upozorňujeme dve veci týkajúce sa tohto druhého programu:

  • V skutočných okolností je vždy daný fázový rozdiel medzi prijímaným signálom a hodiny prijímačov. Algoritmus Prijímač program používa nie je rušený touto skutočnosťou. Je to vďaka tomu, na námestí z registrov sa zrátané.
  • Niekedy sa tento program môže povedať, že dostane signál, aj keď nie je prítomný žiadny signál sú emitované. Nechajte ho bežať dostatočne dlhé časové obdobie, a že zvláštny fenomén sa bude diať. V skutočnosti každý prijímač nesie tento handicap. Je to len otázka pravdepodobnosti. Všetko závisí na dané číslo 10,000 vnútri programu. Ak použijete menšie množstvo prijímač bude schopný detekovať slabšie signály, ale bude to častejšie hovoria, že je signál, ak nie je žiadny signál vôbec. Ak použijete väčšie číslo prijímač bude robiť menej chýb, ale beda, že bude detekovať iba silné signály. Je to len na vás vybrať si medzi citlivosťou prijímača a spoľahlivosti. Ak chcete zvýšiť obaja potom budú musieť stavať "drahšie" prijímača. (Atómové bomby sa správajú týmto spôsobom taky.:. vojenské nepredstieram, že tie bomby nemôže explodovať spontánne Ale dosť výskum a peniaze boli investované, aby pravdepodobnosť spontánneho výbuchu byť veľmi málo)

Vďaka Chris Cena za ukazujúce na chybu.

Eric Brasseur - 1 Januára 1997

 

Original in English: http://www.4p8.com/eric.brasseur/receiv.html

Homepage