Детектування сигналу

У місці приймання сигналів під впливом електромагнітної хвилі передавача в антені приймача збуджуються модульовані струми високої частоти, тотожні струмам в антені передавача, але слабші. Однак ці струми не придатні для безпосереднього отримання сигналу. Якщо, скажімо, під час радіотелефонної передачі ми направимо їх, навіть після попереднього підсилення, в гучномовець чи телефон, то не почуємо ніякого звуку. Це станеться, по-перше, тому, що телефонна мембрана має велику масу і не може здійснювати такі швидкі коливання з помітною амплітудою. По-друге, і це головне, коли б ми і скористалися малоінерційним телефоном (що можна зробити), то дістали б хвилі з частотою 10⁵—10⁸ Гц, тоді як наше вухо розрізняє звуки лише при частоті, яка не перевищує 16000—20 000 Гц.

Тому з модульованих високочастотних коливань у приймачі необхідно виділити низькочастотні звукові коливання. Це роблять так. Модульовані коливання спочатку пропускають через вакуумний чи напівпровідниковий діод — випрямляють їх. Графік коливань сили стуму в колі діода матиме вигляд, показаний на мал. 4. Цей струм є сумою випрямлених струмів: високочастотного і струму звукової частоти. Оскільки ці струми сильно відрізняються за частотою, то їх можна легко відділити один від одного. Для цього досить увімкнути в коло діода таке розгалуження, щоб одна вітка становила великий опір для високочастотних струмів і малий для низькочастотних,

Мал. 4

а друга, навпаки, малий опір для високочастотних і великий для струмів звукової частоти. Таким розгалуженням є паралельне з'єднання конденсатора й навантаження (телефона). Струми високої частоти пройдуть переважно через конденсатор, а низької — через телефон. Отже, найпростіший демодулятор складається з діода, телефона і конденсатора. Мембрана телефона коливатиметься так само як мембрана мікрофона і ми почуємо звук, виголошений перед мікрофоном. Невеликі пульсації струмів високої частоти не впливають помітно на коливання мембрани і не сприймаються на слух.

Будова та принцип дії приймача

Сучасні приймачі електромагнітних хвиль, які випромінюються, досить різноманітні. Найпростіший з них — детекторний приймач, який є по суті розглянутим вище демодулятором коливань з увімкнутим до нього паралельно коливальним контуром. Електромагнітні хвилі при надходженні створюють в антені і контурі високочастотні модульовані коливання. Якщо конденсатором настроїти контур у резонанс частоті коливань, які слід прийняти, то навіть дуже слабкі хвилі, надходячи, створять помітні модульовані коливання в контурі. Ці коливання потрапляють на демодулятор і за допомогою телефона, зашунтованого конденсатором, розділяються на коливання низької і високої частоти. Коливання низької (звукової) частоти проходять переважно через телефон, мембрана якого коливатиметься так само, як мембрана мікрофона на передавальній станції, і ми почуємо такий самий звук, який був виголошений перед мікрофоном.

Детекторний приймач дуже простий, надійний, не вимагає джерела живлення, однак він може приймати сигнали лише від близьких або дуже потужних радіостанцій. Більш досконалі приймачі — лампові і транзисторні — зібрані за досить складними схемами.

Одним з таких приймачів є приймач прямого підсилення. Електромагнітні хвилі надходять в антену приймача і викликають електромагнітні коливання в резонуючому контурі РК. Слабкі коливання високої частоти надходять у підсилювач, а потім у детектор. У детекторі відбувається процес демодуляції — виділення низькочастотної складової коливань. З детектованих коливань виділяється низькочастотна (звукова) складова, яка знову підсилюється і подається на відтворювальний пристрій (динамік, телефон тощо). Резонуючий контур приймача складається з котушки і конденсатора змінної ємності. Це дає можливість досягти співпадання частот власних коливань контуру з частотою хвилі, яка випромінюється тією чи іншою радіостанцією, інакше кажучи, настроїти приймач на довжину хвилі радіостанції. Однак слід мати на увазі, що найчастіше радіомовні приймачі будують за дещо іншою схемою — так звані супергетеродинні приймачі.

Основні принципи радіотелефонного зв’язку

Звукові хвилі за допомогою мікрофона перетворюються в електромагнітні коливання низької (звукової) частоти 20-20000Гц потім модулюються і, підсилені ПВЧ подаються на передавальну антену. Приймальна антена, налаштована на резонансну частоту, приймає дані сигнали і передає на детектор. Після фільтрації та підсилення ПНЧ сигнали потрапляють на гучномовець.

Радіолокація

Явище відбивання електромагнітних хвиль покладено в основу опрацьованого в кінці 30-х років методу виявлення і точного визначення положення предметів(літака в повітрі, кораблів у морі, закритих туманом або вночі тощо). Цей метод дістав назву радіолокації. Ідея радіолокації така.

Короткі електромагнітні хвилі, завдовжки кілька метрів, дециметрів і навіть сантиметрів посилаються радіолокаційною установкою дуже короткими імпульсами один за одним через рівні дуже малі інтервали часу, які значно перевищують тривалість імпульсу. Тривалість сигналу, який посилається (імпульсу електромагнітних хвиль), становить мільйонні частки секунди. Сигнали повторюються від кількох сот до тисяч разів за секунду (досить часто, але так, щоб одночасно «в дорозі» в межах радіуса огляду радіолокатора не виявилися два сигнали). Електромагнітні хвилі, зустрічаючи на своєму шляху перешкоду,— літак, корабель тощо, частково розсіюються цими предметами і частково відбиваються. Відбиті хвилі приймаються тією ж радіолокаційною установкою і після підсилення подаються на осцилограф. За інтервалом часу, який пройшов від моменту випромінювання імпульсу і до моменту повернення відбитих об'єктом хвиль, визначається відстань до нього.

Для розшукування невидимих об'єктів антена радіолокатора, подібно до прожектора, має випромінювати строго напрямлений пучок електромагнітних хвиль -радіопромінь, напрям якого можна легко Замінити, змінюючи нахил антени і повертаючи Її навколо своєї осі. Для отримання гостро напрямленого вузького радіопроменя у випадку дециметрових і сантиметровиххвиль використовують антени у вигляді увігнутих(параболічної форми) металевих дзеркал, у фокусі якихрозміщений випромінюючий вібратор. Буваючи на великих аеродромах, ви, безперечно, бачили ці антени —параболічні сітки, які рівномірно обертаються. Для довших хвиль конструюють складніші антени з певним чином розміщеними вібраторами.

Після цих попередніх зауважень розглянемо схему будови і принцип дії радіолокатора (мал. 58). Для випромінювання і приймання відбитих хвиль у радіолокаторах використовується одна й та сама антена. Приймання відбитих радіохвиль здійснюється під час пауз

Мал. 58

у роботі передавача. Для вимірювання відстані до об'єкта в радіолокаторах визначають час, затрачуваний хвилями для руху до об'єкта й назад. Вимірюють цей час за допомогою електронно-променевої трубки. Для цього на горизонтальні пластини трубки подають пилкоподібну напругу, яка надає променеві рівномірного руху в горизонтальному напрямі, причому швидкість переміщення променя по екрану береться такою, щоб він проходив увесь екран якраз за інтервал часу між відправленнями імпульсів. У момент чергового відправлення імпульсу подається і імпульс напруги на вертикально відхиляючі пластини електроннопроменевої трубки. Тоді на екрані трубки на прямій лінії розгортки екрана трубки з'являється вузький вертикальний пік, який фіксує момент відправлення сигналу. Після цьогоантена радіолокатора переключається на приймання.

Радіосигнал, досягнувши цілі, розсіюється на ній і частково відбивається назад. Відбитий сигнал приймається, підсилюється і на екрані з'являється другий вузький вертикальний пік на певній відстані від першого. Вимірявши відстань І між обома відмітками на екрані і знаючи швидкість v горизонтального переміщення променя по екрану, можна визначити час t, затрачуваний хвилею на рух до цілі й назад, тобто . З іншого боку, цей же час дорівнює де Sі — відстань до об'єкта, c — швидкість поширення електромагнітних хвиль. Оскільки швидкість радіохвиль в атмосфері практично стала (с== 3-10 м/с), то , тобто вимірявши відстань між піками І, можна визначити відстань до об'єкта S.

Це дає можливість градуювати шкалу електронно-променевої трубки радіолокатора безпосередньо в кілометрах.

Для визначення напряму на шуканий об'єкт антену роблять рухомою. Вона повертається у всіх напрямах, і коли її випромінювання падає на об'єкт, виникають розсіяні радіохвилі, які повертаються назад до радіолокатора і реєструються приймачем. Знаючи орієнтацію антени в момент приймання відбитого сигналу (кут з певним напрямом на горизонтальній площині — азимут, кут з горизонтальною площиною — висота), визначають три координати, які описують положення об'єкта. Таким чином, радіолокатор дає можливість визначити не тільки відстань до об'єкта, а й напрям на нього, а у випадку об'єктів у повітрі — навіть висоту їх польоту. Якщо об'єкт переміщається, оператор, повертаючи антену, може невідступно стежити за ним і визначити зміну з часом координат об'єкта, що дає можливість обчислити швидкість і траєкторію руху об'єкта.

Ми розглянули принцип дії одного з типів радіолокаторів, які працюють за імпульсним методом Зараз застосовуються більш складні й досконалі системи радіолокації, наприклад, радіолокатори кругового огляду (іноді їх називають, панорамними), в яких напрям посилання радіохвиль безперервно періодично змінюється. На екрані такого радіолокатора відмічається як напрям, так і відстань до об'єкта, за яким стежать, а також видно взаємне розташування об'єктів.

Оскільки різні об'єкти розсіюють падаючі на них радіохвилі по-різному, то залежно від особливостей опромінюваної поверхні і розташованих на ній об'єктів, назад до радіолокатора приходитимуть різні за інтенсивністю відбиті сигнали. Залежно від цього вони будуть сильніше чи слабкіше діяти на електронний промінь, який створює зображення на екрані електронно-променевої трубки. Тому яскравість світлових відміток різних об'єктів буде різною. Проте найцікавіше полягає в тому, що світлові відмітки розташовуються на екрані відповідно до розташування об'єктів на місцевості.

Коли радіолокаційна станція посилає радіоімпульс, кінчик електронного променя в трубці починає рівномірно переміщатися від центра до краю екрана, і" прокреслює майже непомітну світлу лінію-радіус. На ній і розміщуються світлі плямки — відмітки опромінюваних об'єктів. Чим ближче об'єкт до станції, тим швидше повернеться до радіолокатора відбитий сигнал і, отже, тим ближче до центра розміститься на цій лінії відмітка. В результаті радіальна лінія, що виникає на екрані, е умовним зображенням опромінюваної в цей момент ділянки місцевості.

Антена обертається, здійснюючи близько 20 обертів за хвилину, і одночасно з нею і точно з такою самою швидкістю обертається світлий радіус на екрані трубки. При кожному новому положенні антени змінюється ділянка, яка оглядається, змінюється разом з цим і розміщення світлих відміток на кожній новій радіальній лінії. Всі лінії прилягають щільно одна до одної. За один повний оберт антени весь екран трубки вкривається мозаїкою світлих відміток. Завдяки тому, що екран покритий речовиною з тривалим післясвіченням, одне зображення не встигав погаснути, як під час наступного оберту антени виникає нове. Вони накладаються одне на одне і в результаті виникає суцільна картина, на якій відмітки виявлених об'єктів видно одночасно у всіх напрямах. Виникає електронна карта місцевості (мал. 59), що її оглядає радіолокатор, яка нагадує контурну карту. Таку умовну карту радіолокатор створює за будь-яких умов видимості, в будь-яку погоду. Такі радіолокатори мають широке застосування в кораблеводінні і в авіації.

Нині радіолокація застосовується дуже широко не лише на транспорті й у військовій справі, а й у багатьох інших галузях народного господарства. За допомогою

Мал. 59

радіолокаторів спостерігають виникнення і рух хмар, політ метеоритів у верхніх шарах атмосфери. Радіолокатори широко використовуються в космічних дослідженнях. На борту кожного космічного корабля обов'язково встановлюється кілька радіолокаторів. Останнім часом радіолокація успішно використовується для очного вивчення руху планет, уточнення відстаней до них. У 1961—1966 рр. було здійснено радіолокацію Венери, Меркурія, Марса і Юпітера.