Благодаря чему можно обеспечить прием сигналов только одной радиостанции а не многих одновременно

Обновлено: 02.07.2024

Я уже ранее писал об особенностях применения разных типов модуляции в радиостанциях (прежде всего - переносных радиостанциях диапазона 27 МГц ).

В этой статье постараюсь ещё раз разобрать эту тему с учётом поступивших вопросов и комментариев.

На одну из моих статей о переносных cb радиостанция х был оставлен такой комментарий:

Я не верю - и неоднократно проверял на практике.

Если рассматривать импортные переносные радиостанции диапазона 27 МГц с плохо реализованным режимом FM (ЧМ, частотной модуляции) - тогда дальность связи в условиях чистого (полное отсутствие природных и техногенных электромагнитных помех, что бывает крайне редко) эфира в режиме АМ (амплитудной модуляции) может быть на уровне или даже чуть больше дальности связи в FM .

Сразу оговорюсь - что означает "плохо реализованный FM" :

это означает отсутствие возможности работы со слабым сигналом за счёт недостаточно хороших параметров приёмника (низкая избирательность, малая ширина динамического диапазона, неэффективная схема амплитудного шумоподавителя не дают возможности в импортных радиостанциях диапазона 27 МГц работать с сигналом слабее 0,5 мкВ - выделить из эфирного шума более слабый сигнал в применённых схемах не получится).

В такой ситуации FM не даёт ощутимого преимущества перед АМ .

Впрочем, даже не лучшим образом реализованный режим FM модуляции в импортных Си-Би ( 27 МГц ) радиостанциях обеспечивает более стабильную связь в условиях наличия электромагнитных помех, чем амплитудная модуляция в тех же радиостанциях (где и сигнал, и шум носят амплитудный характер - поэтому АМ модуляция объективно самый неудачный тип модуляции).

Если совокупность параметров приёмника обеспечивает возможность работы с действительно слабым сигналом (как в рациях производства КБ Беркут - 0,05-0,07 мкВ ), что возможно только в случае высокой избирательности (избирательность по побочным каналам в современных моделях КБ Беркут 100 дБ против 60 дБ в импортных рациях), достаточной ширине динамического диапазона приёмника (правильная схема смесителя), умной схеме спектрального - а не амплитудного, как в импортных переносных Си-Би рациях - шумоподавителя, тогда такая радиостанция (например, AM/FM радиостанции Штурман-80М или Штурман-90 ) в режиме FM модуляции работает раза в 2 раза дальше, чем в режиме АМ модуляции (проверено практически).

Обусловлено это тем, что в режиме FM действительно слабый сигнал ( 0,05-0,07 мкВ ) можно принимать с гораздо более высоким качеством в силу существенно более высокой помехозащищённости режима частотной модуляции относительно режима амплитудной модуляции.

Почему в авиации применяют амплитудную модуляцию?

Возникает следующий вопрос - а зачем вообще эта ЧМ оказалась в связной аппаратуре ? А вот не знаю ! Наверное, опять для этого злополучного комфорта. Ведь ЧМ хорошо подавляет АМ , но только при большом уровне сигнала. Значит можно ожидать подавление импульсных помех от зажигания, например.

Так почему в авиации применяют амплитудную модуляцию?

На заре рождения авиационной радиосвязи (1940-е годы) АМ -радиостанции создавать было на порядок проще и дешевле, чем FM ( ЧМ ).

Связано это прежде всего с тем, что АМ модуляция в практическом использовании в радиосвязи с конца 19 века, а принципы построения радиостанций на базе частотной модуляции только в 30-е годы 20-го века были сформулированы, плюс к этому конструкция радиостанций с частотной модуляцией была более сложной и дорогой, чем радиостанций с амплитудной модуляцией.

А далее - для преемственности - чтобы старые "борты" могли связываться с землёй без проблем - так и оставили в авиации АМ (амплитудную модуляцию).

Есть еще одна версия- почему в авиации оставили АМ (главная причина всё-же преемственность): в секторах УВД большой протяженности используется метод радиосвязи с двух наземных точек, со сдвигом частоты наземных передатчиков на 6-8 кГц друг от друга.

При этом обе несущие попадают в полосу пропускания бортового А М приемника, частота биений отфильтровывается в ФНЧ .

Экипаж даже не подозревает, что принимает сигнал с двух точек сразу.

В случае FM ( ЧМ ) так не получится - там более сильный сигнал в полосе пропускания канала полностью "забьёт" более слабый.

Но в любом случае - главная причина - преемственность.

Кто ещё применяет амплитудную модуляцию?

Прежде всего - водители- дальнобойщики . Связано это опять же с преемственностью и с традициями.

Ещё в середине 20-го века у дальнобойщиков - в начале в США, а далее по всему миру - в машине обязательным атрибутом профессии стала радиостанция диапазона 27 МГц с амплитудной модуляцией. В те далёкие годы FM модуляция была экзотикой, радиостанции с FM стоили сильно дороже и - при том уровне реализации FM - не давали ощутимого преимущества над АМ .

А далее - в силу традиций - дальнобойщики продолжают использовать режим амплитудной модуляции ( АМ ) и поныне, для русскоязычных дальнобойщиков это частота 27,135 МГц ( 15 канал основной Си-Би -шной сетки) в режиме АМ (хотя чем дальше, тем больше появляется "бунтарей", работающих на той же частоте в FM ).

Радиолюбители (прежде всего - в диапазоне КВ) так же используют режим АМ (но гораздо чаще - SSB - режим однополосной амплитудной модуляции с подавленной несущей и одной из боковых полос, подробнее о том, почему в переносных радиостанциях применение SSB нецелесообразно, а имеет смысл только в радиостанциях с большими стационарными антеннами - см. в другой статье ).

А больше режим АМ модуляции не использует никто, в повседневной жизни подавляющая часть радиостанций работает в режиме частотной модуляции ( FM ).

при всём уважении к творчеству В.Т. Полякова, который, будучи радиолюбителем, в 70-е и 80-е годы написал немало статей в журнале "Радио" и внёс большой вклад в популяризацию радиосвязи и радиолюбительства, принимать его мнение как истину в последней инстанции не стоит - он имел ввиду классические - далеко не самые удачные - схемы ЧМ, которые были доступны в те далёкие годы.

Он утверждал о том, что в приёмник прямого преобразования в режиме SSB имеет преимущества по работе со слабым сигналом перед выполненным по схеме супергетеродина ЧМ приёмником, т.к. классический дискриминатор для ЧМ в схеме супергетеродина 70-х годов при уменьшении уровня принимаемого сигнала в какой-то момент начинает подавлять полезный сигнал, у него есть порог, выше которого сигналы выделяются из шумов, а ниже - подавляются.

Т.к. схемотехника 70-х годов и применяемые тогда примитивные схемы амплитудного шумоподавителя физически не могли обеспечить возможность выделения в ЧМ сигнала слабее 1 мкВ , то он считал это главным недостатком ЧМ детектирования, по сравнению например с SSB (режим SSB в те годы в лучших образцах аппаратуры мог обеспечить возможность выделения из эфирного шума более слабого сигнала).

В ЧМ приёмнике прямого преобразования - по мнению Полякова - этот недостаток отсутствует, слабый сигнал детектируется при любом уровне, вплоть до полного пропадания - поэтому Поляков пропагандировал ЧМ , выполненный по схеме прямого преобразования (а вовсе не указывал на преимущества SSB перед ЧМ , как Вы написали).

Сейчас, при наличии современной элементной базы (качественных кварцевых фильтров, которые при применении в схеме супергетеродина обеспечивают на голову лучшую избирательность, чем в схемах прямого преобразования частоты, наличия полевых транзисторов, применение которых в смесителе супергетеродина позволяют обеспечить гораздо большую ширину динамического диапазона (чем в схемах прямого преобразования частоты), схем умного спектрального (а не примитивного амплитудного) шумоподавителя - в современном ЧМ на базе правильно сделанного супергетеродина с двумя ПЧ (например, в рациях производства КБ Беркут ) можно выделять в ЧМ из эфирного шума уникально слабый сигнал 0,05-0,07 мкВ .

НИЧЕГО ПОДОБНОГО схемы прямого преобразования ни в SSB , ни в ЧМ НЕ МОГУТ (а что касается SSB - то и современные супергетеродины не могут обеспечить работу с таким слабым сигналом)

Но вот есть ли практическая польза от сигнала в сотые доли микровольта? Я так понимаю, современная цивилизация настолько загадила радиоэфир, что само наличие полезного, но очень слабого сигнала не так уж много значит?

Практическая польза возможности выделения из эфирного шума уникально слабого сигнала 0,05-0,07 мкВ в том, что радиостанции диапазона 27 МГц производства КБ Беркут в условиях плотного леса и перепадов высот (особенно с густой листвой-хвоей) работают в несколько раз дальше импортных переносных радиостанций диапазона 27 МГц и дальше (не в несколько раз - но ощутимо) мощных радиостанций диапазона 1 36-174 МГц .

Отечественные переносные AM/FM радиостанции диапазона 27 МГц Штурман-80М и Штурман-90 - в режиме FM модуляции в условиях плотного леса и перепадов высот работают дальше мощных импортных высокочастотных (136-174/400-520 МГц) радиостанций

Вот пример недавно проведённого теста (одна из точек связи в городе - в 100 м от промышленной зоны, а остальные точки связи в плотном лесе):

А что касается "загаженности" радиоэфира - в 90-е годы он был "загажен" в диапазоне 27 МГц (прежде всего массово работающими с незаконными и дающими широкополосные помехи усилителями) таксистами, причём таксисты в Си-Би ( 27 МГц ) с мощными (100-500 Вт) усилителями работали по всему миру, что при прохождении (отражении от ионосферы) давало кошмарный эффект.

Сейчас таксисты по всему миру и в России не используют Си-Би - все сидят на сотовых телефонах, яндекс и т.п. навигаторах.

Эфир в диапазоне 27 МГц сейчас очень чистый - надо ещё постараться найти канал, на котором будут работать.

А вот в крупных городах и вблизи них "загажен", как раз, эфир на частотах 136-174 МГц и - особенно - в 400-520 МГц .

Вот пример теста работы раций, проведённого в лесу на территории Новой Москвы (примерно в 25 км за МКАД-ом, но всё-равно - видно, что эфир в высокочастотной части спектра более загружен, чем в диапазоне 27 МГц ):

Пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на наш канал, если Вы хотите новых обзоров и видео-тестов!

Посетите сайт Конструкторского Бюро Беркут , если интересуетесь радиостанциями.

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Урок 47-2 (дополнительный материал). Принципы телевидения. Применение радиосвязи.

Телевидение. Основные принципы.

Телевидение — система связи для трансляции и приёма движущегося изображения и звука на расстоянии.

Телевидение основано на принципе последовательной передачи элементов изображения с помощью радиосигнала или по проводам. Разложение изображения на элементы происходит при помощи диска Нипкова, электронно-лучевой трубки или полупроводниковой матрицы. Количество элементов изображения выбирается в соответствии с полосой пропускания радиоканала и физиологическими критериями. Для сужения полосы передаваемых частот и уменьшения заметности мерцания экрана телевизора применяют чересстрочную развёртку. Также она позволяет увеличить плавность передачи движения.

Схема телевидения в основном совпадает со схемой радиовещания. Разница заключается в том, что в передатчике колебания модулируются не только звуковыми сигналами, но и сигналами изображения. Оптические сигналы в передающей телекамере преобразуются в электрические. Модулированная электромагнитная волна переносит информацию на большие расстояния. В телевизионном приемнике высокочастотный сигнал делится на три сигнала: сигнал изображения, звуковой сигнал и сигнал управления. После усиления эти сигналы поступают в свои блоки и используются по назначению.

Телевизионный тракт в общем виде включает в себя следующие устройства:

1. Телевизионная передающая камера. Служит для преобразования изображения, получаемого при помощи объектива на мишени передающей трубки или полупроводниковой матрице, в телевизионный видеосигнал. Для воспроизведения движения используют принцип кино: изображение движущегося объекта (кадра) передают десятки раз в секунду (в телевидении 50 раз). Преобразование изображения кадра в электрические сигналы производится с помощью иконоскопа.

Иконоскоп - передающая вакуумная электронная трубка, преобразующая изображение кадра в серию электрических сигналов.

На экран иконоскопа проецируется изображение объекта с помощью оптической системы (объектива). Такой же сигнал получается в телевизионном приемнике, где сигнал преобразуется в видимое изображение на экране кинескопа.

2. Телекинопроектор. Преобразует изображение и звук на киноплёнке в телевизионный сигнал, и позволяет демонстрировать кинофильмы по телевидению.

3. Видеомагнитофон. Записывает и в нужный момент воспроизводит видеосигнал, сформированный передающей камерой или телекинопроектором.

4. Видеомикшер. Позволяет переключаться между несколькими источниками изображения: камерами, видеомагнитофонами и другими.

5. Передатчик. Несущий сигнал высокой частоты модулируется телевизионным сигналом и передается по радио или по проводам.

6. Приёмник — телевизор. С помощью синхроимпульсов, содержащихся в видеосигнале, телевизионное изображение воспроизводится на экране приемника (кинескоп, ЖК-дисплей, плазменная панель).

Кинескоп - приемная вакуумная электронная трубка, преобразующая электрические сигналы в видимое изображение.

Кроме того, для создания телевизионной передачи используется звуковой тракт, аналогичный тракту радиопередачи. Звук передаётся на отдельной частоте обычно при помощи частотной модуляции, по технологии, аналогичной FM-радиостанциям. В цифровом телевидении звуковое сопровождение, часто многоканальное, передаётся в общем с изображением потоке данных.

Телевизионные радиосигналы передаются в диапазоне ультракоротких волн, т. е. в пределах прямой видимости антенны. Для передачи сигнала на большие расстояния используют ретрансляторы (телепередатчики). Зона уверенного приема телевидения увеличивается благодаря использованию ретрансляционных спутников.

Башня Останкинского телецентра высотой 540 м обеспечивает прием в радиусе 120 км.

Применение радиосвязи

В наш технический век радиосвязь глубоко проникла в повседневную жизнь.

Мобильная связь. Абсолютное большинство современных людей не мыслят своей жизни без мобильного телефона. Но редко кто из них догадывается о том, что мобильный телефон – это аппарат, совмещающий в себе функции приёмника и передатчика, а мобильная связь осуществляется с помощью тех же обыкновенных радиоволн.

Радиотелефонная связь. Там, где используют рации – различные приёмопередающие устройства (полиция, скорая помощь, МЧС и т.п.), связь также осуществляется с помощью радиоволн.

Приём телевизионных сигналов с помощью антенн, которые устанавливаются на крышах домов, постепенно уходит в прошлое. Тем не менее, те же самые радиоволны переносят изображение

Спутниковые телевидение, телефонная связь, Интернет – всё это существует, благодаря радиоволнам, которые излучаются передатчиком, ретранслируются спутником и достигают приёмника.

Беспроводные мышь, клавиатура и гарнитура также содержат миниатюрные приёмопередатчики, работающие в радиоволновом диапазоне.

Biuetooch, Wi-Fi, беспроводные компьютерные сети – это также передатчики и приёмники радиоволн.

Различные радиоуправляемые модели обязательно имеют блок управления (передатчик) и приёмник в самой модели.

GPS, ГЛОНАСС – глобальные системы позиционирования, с помощью которых можно определить не только своё место положения, но и многое другое – работают также в радиоволновом диапазоне.

Радиолокация. А.С. Попов ещё в 1900 году обнаружил отражение электромагнитных волн от кораблей и указал на возможность использования этого эффекта в радиолокации. Позднее было обнаружено, что практически все вещества отражают радиоволны. Результат отражения зависит не только от рода вещества, но и от длины волны. Суть радиолокации заключается в следующем. Передатчик вырабатывает высокочастотный импульс и с помощью специальной параболической антенны посылает его в направлении объекта, например, самолёта. Радиоволна, достигая объекта, отражается от него во все стороны. Часть отражённой волны, энергия которой очень мала, улавливает приёмная параболическая антенна. Зная время t между моментом излучения и моментом приёма сигнала, легко рассчитать R расстояние до объекта: R=ct/2 , где с – скорость распространения радиоволны.

В радиоастрономии радиолокационными методами определяют расстояния до небесных тел, отслеживают движение астрономических объектов.

В космонавтике – следят за положением и перемещением различных космических аппаратов.

Карта поверхности Венеры, скрытой мощным облачным покровом, была составлена с помощью радиолокации.

Радиосвязь – передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Источник – переменный ток частоты от 2 · 10 4 Гц до 10 9 Гц ( λ =0,3 м – 1,5 · 10 4 м)

Вида радиосвязи (отличаются типом кодирования передаваемого сигнала):

радиотелеграфная связь ( осуществляется путем передачи сочетания точек и тире, кодирующего букву алфавита в азбуке Морзе) ; радиотелефонная связь ( передача подобной информации только для приема конкретным абонентом. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические

колебания той же формы ); радиовещание ( передача в эфир речи, музыки, звуковых

эффектов с помощью электромагнитных волн) ; телевидение ( В основе телевизионной передачи изображений лежат три физических процесса: Преобразование оптического изображения в электрические сигналы; Передача электрических сигналов по каналам связи; Преобразование переданных электрических сигналов в оптическое изображение) ; ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ позволяет передавать и воспроизводить цветные изображения подвижных и неподвижных объектов. Для этого в телевизионной передающей камере цветного телевидения изображение разделяется на 3 одноцветных изображения. Передача каждого из этих изображений осуществляется по тому же принципу, что и в черно-белом телевидении. В результате на экране кинескопа цветного телевизора воспроизводятся одновременно 3 одноцветных изображения, дающих в совокупности цветное. Первая система цветного телевидения механического типа была предложена в 1907-08 русским инженером И. А. Адамианом .

радиолокация ( обнаружение и определение точного местоположения об ъектов с помощью радиоволн) .

Отличаются типом кодирования передаваемого сигнала.

Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

Частота звуковых колебаний мала, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты имеют малую интенсивность.

Вывод : Принцип радиосвязи заключается в том, что электрический ток высокой частоты , созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле , которое распространяется в виде электромагнитной волны. Трудность передачи звукового сигнала состоит в том, что для радиосвязи необходимы колебания высокой частоты , а колебания звукового диапазона — низкочастотные колебания , для излучения которых невозможно построить эффективные антенны.

Звук - Микрофон (УНЧ) - Модулятор- (У ВЧ) - Передающая антенна ---- ЭФИР --- Приемная антенна (УВЧ) - Детектор (У НЧ)- Динамик

З адающий генератор вырабатывает гармонические колебания высокой

частоты (несущая частота более 100 тыс.Гц).

Микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические

Модулятор изменяет по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с

помощью электрических колебаний низкой частоты.

Усилители высокой и низкой частоты усиливают по мощность высокочастотные

и звуковые (низкочастотные) колебания.

Передающая антенна излуч ает м одулированные электромагнитные волны.

В одном из комментариев к предыдущим статьям был задан вопрос, можно ли по виду сигнала определить вид его модуляции. Идея рассмотреть основные виды модуляции показалась довольно-таки интересной.

OOK (On-Off Keying)

Самый простой вид цифрового кодирования. Просто включаем-выключаем передатчик в соответствии с двоичным сигналом:

На спектре такой сигнал выглядит примерно так, их довольно много на частоте ~433 МГц:

Интересно отметить, что исторически это наверное один из самых первых способов радиопередачи. Если включать-выключать передатчик с помощью ключа и принимать сигнал на слух или на бумажную ленту, мы получим старую добрую азбуку Морзе.

Амплитудная модуляция (АМ)

Видимо, с доступностью как приемников, так и источников питания в глубинке были определенные проблемы, так что детекторный приемник долго оставался актуален.

Однополосная модуляция (USB, LSB, SSB)

Однополосная модуляция (с) Википедия

Как видно из картинки, можно настроиться на верхнюю или нижнюю боковую полосу, такой режим в приемнике или передатчике соответственно обозначается USB или LSB.

Частотная модуляция (FM)

Частотная модуляция активно используется и для цифровых сигналов, в этом случае для передачи бинарного кода может использоваться переключение двух частот. В качестве примера можно привести сигнал немецкой станции Pinneberg, наличие двух частот хорошо видно на спектре:

Pinneberg передает метеосводки судам на длинных, средних и коротких волнах. Частот в принципе, может быть и больше 2х. Пример такого сигнала — радиолюбительский FT8:

Фазовая модуляция (PSK)

Кроме частоты, мы можем менять и фазу сигнала, что дает нам фазовую модуляцию. Такие сигналы могут уверенно приниматься на больших расстояниях, и используются в частности, в спутниковой связи. Из радиолюбительских протоколов можно отметить PSK31, который одно время был весьма популярен.

Можно менять и фазу и амплитуду одновременно, что дает нам еще большую скорость, но требует более сложного кодирования и декодирования. В качестве примера такого сигнала можно привести QAM. Такой сигнал наглядно проще всего изобразить на фазовой плоскости:

Модуляция QAM используется при передаче данных в стандарте LTE и в цифровом телевидении DVB-T.

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)

Одним из современных методов модуляции является OFDM. Его суть состоит в том, что отдельные биты сигнала можно передавать параллельно, представляя сигнал в виде независимо работающих частотных каналов (subcarriers), каждый из которых передает свой отдельный бит. Есть определенные математические правила, гарантирующие что каналы не будут пересекаться и могут быть декодированы.

В качестве примера можно привести DRM, сигналы такого формата можно увидеть на вещательных диапазонах, разница между АМ и DRM хорошо видна на спектре:

Это цифровой сигнал шириной 10 КГц, в котором параллельно передается 206 несущих с интервалом 47 Гц. Стандарт DRM (Digital Radio Mondiale) используется для передачи цифрового радио на средних и коротких волнах, просьба не путать с другим стандартом Digital Rights Management.

OFDM используется и в WiFi (802.11a), структура сигнала там сложнее, желающие могут изучить PDF самостоятельно.

Code-division multiple access (CDMA)

Кодирование CDMA используется в мобильных сетях 3G. Хороший пример разбора CDMA с помощью ручки и бумаги можно найти здесь, интересующимся рекомендую посмотреть.

Заключение

В завершение интересно отметить, что различные схемы кодирования — это не просто какая-то математическая абстракция — все это активно используется, в том числе и в военных целях (например протокол STANAG модемов NATO). Этот скриншот сделан во время написания текста с помощью онлайн-приемника Websdr:

Читайте также: