Radijo bangų siųstuvai ir imtuvai: nuo istorijos iki šiuolaikinių technologijų

Radijo bangos yra neatskiriama mūsų kasdienybės dalis, nors dažnai to net nesuvokiame. Nuo šiuolaikinių lėktuvų navigacijos iki namų mikrobangų krosnelės - visur naudojamos radijo bangos. Tai elektromagnetinės bangos, kurios laisvai sklinda erdvėje ir gali perduoti informaciją banginiu pavidalu. Šios bangos yra esminės garso, vaizdo ar kitų formatų duomenų perdavimui, paversdamos nešamą informaciją girdimu garsu, ekrane matoma nuotrauka ir t.t. Kompiuteriai, mobilieji telefonai - visi priima ir siunčia radijo bangas. Kad radijo bangos būtų išnaudotos efektyviai, tas bangas reikia moduliuoti - užkoduojant siųstuvo priimtą informaciją. Tokiu atveju per jas galima perduoti informaciją.

Radijo bangų istorija ir atradimas

Radijo bangų istorija siekia XIX amžių, kai mokslininkai pradėjo suprasti ir tyrinėti elektromagnetinius reiškinius. 1873 m. škotų fizikas Džeimsas Maksvelas išleido veikalą „Traktatas apie elektrą ir magnetizmą”, kuriame numatė tokių bangų egzistavimą. 1879 m. Deividas Hjūzas pastebėjo, kad kibirkštis galima išgirsti kaip traškesius per ausines, ir sukonstravo primityvų kibirkštinį siųstuvą, su kuriuo sugebėjo perduoti Morzės signalus 460 m nuotoliu. Nors Londono karališkosios draugijos atstovai jį kritikavo, manydami, kad tai ne elektromagnetinės bangos, o indukcija, vėlesni eksperimentai patvirtino Maksvelo teoriją.

1886 m. Heinrichas Hercas tobulesniu kibirkštiniu siųstuvu sugeneravo elektromagnetines bangas ir savo sukonstruotu imtuvu jas priėmė, taip patvirtindamas Maksvelo teorijos ir Hjūzo eksperimentų teisingumą. Jo imtuvas buvo labai primityvus - storos vielos žiedas su tarpu, kuriame, reaguojant į elektromagnetines bangas, pasirodydavo mažytė kibirkštis. Hercas taip pat atrado, kad elektromagnetinės bangos gali būti aprašytos bangos lygtimi.

Tuo pačiu metu, 1884 ir 1885 m., italas Temistoklis Kalzekis-Onestis pristatė eksperimentus su vamzdeliu, pripildytu metalo drožlėmis, kuris reagavo į elektromagnetines bangas: atsiradus elektromagnetiniam laukui, metalo drožlės „išsirikiuodavo” taip, kad sumažėdavo bendra jų varža. 1890 m. Eduardas Branli pademonstravo panašų prietaisą, kurį pavadino „radijo laidininku” (radioconducteur). Šis prietaisas, „pagavęs” elektromagnetines bangas, padidindavo savo elektrinį laidumą, tačiau tą padaryti galėdavo tik vieną kartą.

1892 m. Natanas Stablfyldas pademonstravo bevielį balso perdavimą. 1893 m. Nikola Tesla apibūdino ir pademonstravo savo radijo ryšio principus, apibrėždamas visus elementus, kurie vėliau buvo panaudoti radijo sistemose iki vakuuminio vamzdelio išradimo. 1894 m. seras Oliveris Lodžas ir Aleksandras Mjurhedas pademonstravo savo „elektromagnetinių bangų registracijos prietaisą”, naudodami Branlio „radijo laidininką”, kurį Lodžas pavadino „kohereriu”. Tam, kad atsistatytų kohererio laidumas, Lodžas pridėjo mechanizmą, kuris sukrėsdavo kohererį.

1895 m. Aleksandras Popovas pademonstravo dar labiau patobulintą prietaisą, pavadinęs jį „žaibo žymekliu”. Po kiekvieno sureagavimo į elektromagnetines bangas tam tikras mechanizmas iš karto sukrėsdavo kohererį, taip paruošdamas jį darbui.

1896 m. Gulielmas Markonis pateikė paraišką savo sukurtos radijo ryšio sistemos užpatentavimui ir 1897 m. gavo D. Britanijos patentą. Tai tapo pirmąja iš inžinerijos pusės išbaigta, komerciškai sėkminga radijo perdavimo sistema. Markonis ir laikomas radijo išradėju, nors jo sistema dar buvo netobula.

Nikola Tesla sukūrė sistemos patobulinimus, įvesdamas bangos ilgio nustatymo mechanizmą, ir 1897 m. gavo JAV patentą. Tai leido siųstuvui spinduliuoti tik tam tikro ilgio bangą, o imtuvui - nustatyti būtent tą bangą. Markonis taip pat patobulino savo sistemą bangos nustatymo mechanizmu. 1943 m. JAV Aukščiausiasis teismas, spręsdamas ginčą dėl šio patobulinimo, nusprendė, kad pirmumas priklauso Teslai.

1898 m. Markonio įkurta kompanija atidarė pirmąją pasaulyje radijo gamyklą. Apie 1900 m. Tesla sukūrė Vardenklaifo Bokšto infrastruktūrą. 1906 m. Redžinaldas Fesendenas transliavo pirmąją pasaulyje garsinę radijo laidą.

Radijo bangų veikimo principai

Radijas yra technologija, leidžianti perduoti signalus elektromagnetinių bangų moduliavimu. Radijo banga atsiranda, kai pasikrauta dalelytė įgyja pagreitį nuo radijo dažnio elektromagnetinio bangu spektro porcijų. Kai radijo banga pasiekia laidininką, ji sukelia kintamą elektros srovę (įtampą), kuri gali būti sustiprinta elektronikos.

Paprasčiausiu atveju siųstuvas periodiškai nutraukia bangų spinduliavimą, perduodamas trumpus ir ilgus impulsus (pvz., Morzės abėcėlė). Kaip ir regimoji šviesa, radijo bangos gali tapti imtuvui „nematomos”, jei siųstuvo antena „pasislepia už horizonto” (palieka tiesioginio matomumo zoną).

• Ilgos (žemesnio dažnio) bangos turi savybę šiek tiek „užlinkti”, todėl jomis galima perduoti signalą didesniu atstumu.
• Trumposios bangos turi savybę atsispindėti žemyn nuo viršutinių atmosferos sluoksnių (jonosferos), todėl palankiomis sąlygomis galima susisiekti praktiškai bet kuriuo atstumu. Tačiau ryšio kokybė ir galimybė labai priklauso nuo atmosferos būklės.

Stabilaus ryšio spinduliui padidinti siųstuvo ir imtuvo antenas naudinga iškelti kuo aukščiau. Pavyzdžiui, Varšuvos radijo stiebas, stovėjęs iki 1991 m., siekė 646 m aukštį.

Radijo imtuvų tipai ir jų evoliucija

Radijo imtuvas - tai aparatas, per kurį galima girdėti radiją. Radijo laidos yra garsinės ir priimamos radijo bangomis, per kurias leidžiamos kalbos ir muzika. Šiais laikais, kai internetas siūlo daugybę muzikos šaltinių, tradiciniai radijo imtuvai tampa atgyvena. Tačiau jų istorija ir evoliucija yra svarbi suprasti radijo technologijos vystymąsi.

Istoriškai dauguma radijo imtuvų priimdavo radijo stotis, transliuojančias ilgosiomis ir vidutinėmis bangomis. Tik brangūs, dideli ir geri radijo imtuvai priimdavo ir trumpųjų bangų transliacijas. Vėliau atsirado ultratrumposios bangos, ir tipiški vakarietiški radijo imtuvai ėmė priiminėti tik vidutinių bangų ir ultratrumpųjų bangų transliacijas.

Šiuolaikinis radijo imtuvas tipiniu atveju susideda iš kelių dalių. Įvairūs labai gerų firmų radijo imtuvai turi dažnio sintezatorių, kuris leidžia dažnį nustatyti elektroniniu būdu ir daug tiksliau nei mechaniniu kintamu kondensatoriumi. Dar geresni radijo imtuvai turi du ar netgi tris heterodinus (tarpinius dažnius), dėl kurių pasižymi dar didesniu selektyvumu ir jautrumu. Selektyvumas ir jautrumas yra gana priešingos savybės - vieną gerinant, paprastai stipriai prastėja kita.

Skirtingi radijo imtuvų tipai:

• Tiesioginio stiprinimo imtuvas: stiprina radijo dažnį. Šis planas mėgstamas mėgėjų dėl paprastumo, tačiau tokie imtuvai turi daugiau detalių, vartoja didesnį galingumą ir yra mažiau jautrūs nei superheterodinai.
• Refleksinis radijo imtuvas: tas pats stiprintuvas naudojamas tiek radijo dažniui, tiek garso dažniui sustiprinti. Jis turi mažiau detalių ir vartoja mažiau galingumo nei kiti panašaus jautrumo ir garsumo imtuvų tipai.
• Superheterodinas: tai sudėtingesnis, bet daug geresnis imtuvas, pasižymintis dideliu jautrumu ir selektyvumu. Jis naudoja tarpinį dažnį, kuris yra žemesnis už priimamą signalo dažnį. Vienas iš superheterodininio imtuvo trūkumų yra galimas signalo priėmimas veidrodiniu dažniu.

Radijo imtuvų istorinės ir šiuolaikinės kategorijos:

• Dideli senoviniai griozdai su radijo lempomis: dauguma jų arba nieko nepriima, arba yra sugedę. Paprastai pasižymi ribotu jautrumu.
• Įprasti dviejų diapazonų AM/FM imtuvai: tinka tik vietinėms FM stotims klausytis, nes AM dažniausiai reiškia vidutines bangas, kuriose radijo stočių jau beveik nebėra.
• Radijo taškas: priima signalus tik per elektros laidus, negali priimti radijo bangų.
• Tiuneriai: dažniausiai priima tik FM diapazoną, kartais AM, LW, labai retai SW.
• Kompaktiniai radijo imtuvai: apie 1975-1985 m. Vakarųose ėmė rastis kompaktinio formato radijo imtuvai, kurių dydis - kaip nedidelės knygos. Tokiuose radijo imtuvuose kai kurios japonų firmos, pirmiausiai Sony ir Panasonic, sutalpino tiek schemų, kad jie savo jautrumu, selektyvumu ir kitomis savybėmis galėjo lygintis su pusiau profesionaliais ar profesionaliais imtuvais. Vienas iš tokių pavyzdžių - 1983 metų Sony ICF-2002 (ICF-7600D), pirmasis pasaulyje kišeninis radijo imtuvas, prilygęs pusiau profesionaliems ir profesionaliems.

Radijo bangų naudojimas ir taikymas

Radijo bangos naudojamos ne tik radijo transliavimui, bet ir daugelyje kitų sričių. Jos yra esminės bevieliam ryšiui, telekomunikacijoms, navigacijai, medicinoje, pramonėje ir netgi buityje.

• Radijo mėgėjų veikla: tai viena iš sričių, kur radijo bangos naudojamos tiesiogiai. Radijo mėgėjai, turintys specialius leidimus, gali bendrauti tarpusavyje naudodami radijo siųstuvus ir imtuvus. Lietuvoje radijo mėgėjų veiklą reglamentuoja Teisės užsiimti radijo mėgėjų veikla suteikimo tvarkos ir užsiėmimo šia veikla sąlygų aprašas. Leidimus išduoda LR Ryšių reguliavimo tarnyba (LR RRT). Radijo mėgėjams skiriami specialūs radijo šaukiniai, prasidedantys prefiksu "LY".
• Bevielis ryšys: mobilieji telefonai, Wi-Fi, Bluetooth - visos šios technologijos naudoja radijo bangas duomenims perduoti.
• Televizija ir radijas: tradicinės televizijos ir radijo transliacijos perduodamos radijo bangomis. FM (dažnio moduliacija) yra populiarus radijo transliavimo metodas, užtikrinantis aukštos kokybės garsą.
• Navigacija: oro pajėgos naudojo komercines viduriniųjų bangų radijo stotis navigacijai. LORAN tapo pagrindine radijo navigacine sistema.
• Pramonė ir mokslas: radijo bangos naudojamos įvairiems matavimams, tyrimams, medicininėms procedūroms (pvz., MRT) ir pramoniniams procesams.

Radijo bangų siųstuvų ir imtuvų charakteristikos ir pasirinkimas

Renkantis radijo imtuvą ar siųstuvą, svarbu atsižvelgti į kelias pagrindines charakteristikas:

• Dažnių diapazonai: skirtingi imtuvai veikia skirtinguose dažnių diapazonuose (pvz., SW - trumpųjų bangų, FM - ultratrumpųjų bangų). Norint klausytis pasaulio stočių, svarbu pasirinkti imtuvą, kuris apima trumpųjų bangų diapazoną (SW arba KW).
• Jautrumas: tai imtuvo gebėjimas priimti silpnus signalus. Kuo didesnis jautrumas, tuo silpnesnius signalus imtuvas gali užfiksuoti.
• Selektyvumas: tai imtuvo gebėjimas atskirti norimą stotį nuo gretimų stočių, kurios transliuoja panašiais dažniais. Kuo didesnis selektyvumas, tuo geriau imtuvas atskiria stotis.
• Dažnio stabilumas: svarbus rodiklis, ypač naudojant skaitmeninius dažnio nustatymo metodus.
• Nešiojamumas ir dydis: kompaktiniai imtuvai yra patogūs keliaujant, tačiau didesni imtuvai dažnai turi geresnes technines charakteristikas.

Geros firmos, kurias verta atsiminti ieškant radijo imtuvų:

• Sony ir Panasonic: Japonų firmos, gaminusios ir tebegaminančios aukštos kokybės radijo imtuvus, ypač kompaktinius modelius, kurie savo savybėmis prilygsta profesionaliems.
• Grundig: Vokiečių gamintojas, garsėjantis kokybiškais "Yacht Boy" ir "Satellit" serijos imtuvais.
• Eton, Degen, Sangean, Tecsun: Nors kai kurie kiniški imtuvai gali būti prastos kokybės, tarp jų pasitaiko ir visai neblogų variantų. Degen ir Tecsun firmos kadaise buvo žinomos dėl gerų ir pigių imtuvų. Sangean yra garsi Taivano firma, ilgus metus gaminanti radijo imtuvus.
• Kenwood, ICOM, Yaesu: Firmos, gaminančios profesionalius ir pusiau profesionalius radijo imtuvus bei skenerius.

Renkantis radijo imtuvą, nereikėtų aklai pasitikėti sudėtingai atrodančiomis rankenėlėmis ir skalėmis - kai kurie visiškai prasti imtuvai buvo tyčia daromi taip, kad atrodytų sudėtingai. Kai kurie geri radijo imtuvai turi paprastą išvaizdą su keliais ratukais ir nedideliu skaitmeniniu indikatoriumi.

Rasti kokybišką radijo imtuvą galima ir nebrangiai - skyrus šiek tiek laiko paieškoms internete ar aukcionuose, galima įsigyti tinkamą modelį už 10-20 eurų.

Radijo bangų siųstuvas: principai ir taikymas

Radijo bangų siųstuvas yra įrenginys, generuojantis ir perduodantis radijo bangas. Jo veikimo principas grindžiamas elektros signalo pavertimu elektromagnetine energija ir jos spinduliavimu per anteną.

Pagrindiniai siųstuvo komponentai:

• Osilatorius: generuoja aukšto dažnio nešamąją bangą.
• Moduliatorius: užkoduojama informacija (pvz., garsas, vaizdas) į nešančiąją bangą.
• Stiprintuvas: sustiprina moduliuotą signalą, kad jis galėtų būti perduotas per anteną.
• Antena: spinduliuoja moduliuotą radijo bangą į erdvę.

Siųstuvai skirstomi pagal moduliacijos tipą:

• Amplitudės moduliacija (AM): informacijos signalas keičia nešančiosios bangos amplitudę. AM radijas buvo labai populiarus 4-7 praėjusio amžiaus dešimtmečiais.
• Dažnio moduliacija (FM): informacijos signalas keičia nešančiosios bangos dažnį. FM radijas užtikrina aukštos kokybės garsą ir užima tik labai mažą dalį rinkos.
• Vienos šalinės juostos moduliacija (SSB): efektyvesnis AM variantas, taupantis energiją ir dažnių juostą.
• Skaitmeninė moduliacija: naudojama perduoti duomenis skaitmeniniu formatu, pvz., skaitmeninė televizija, Wi-Fi.

Radijo bangų siųstuvai naudojami įvairiose srityse:

• Radijo ir televizijos transliacijos: didelės galios siųstuvai perduoda programas į namų imtuvus.
• Bevielis ryšys: mobilieji telefonai, Wi-Fi, Bluetooth įrenginiai naudoja mažesnės galios siųstuvus.
• Radijo mėgėjų ryšys: radijo mėgėjai naudoja įvairius siųstuvus bendravimui tarpusavyje.
• Navigacija: GPS ir kiti navigacijos sistemos naudoja specializuotus siųstuvus.
• Pramonė ir mokslas: siųstuvai naudojami radarams, medicininei įrangai ir įvairiems matavimams.

Radijo bangų poveikis ir saugumas

Nors radijo bangos plačiai naudojamos kasdienybėje, kyla klausimų dėl jų galimo poveikio sveikatai. Moksliniai tyrimai šiuo klausimu tęsiasi, tačiau dauguma organizacijų teigia, kad radijo bangų poveikis, esant dabartiniams norminiams apribojimams, yra saugus. Svarbu laikytis nustatytų normų ir tinkamai eksploatuoti radijo įrenginius, ypač antenas, siekiant užtikrinti saugumą.

Antenos turi būti įrengtos taip, kad atitiktų saugumo technikos reikalavimus ir nekeltų grėsmės žmonių sveikatai, gyvybei ir turtui. Kabinti anteną tarp dviejų taškų, esančių virš elektros tiekimo linijos, yra pavojinga. Lietuvos Respublikos ryšių reguliavimo tarnyba turi teisę atlikti radijo mėgėjų radijo stočių techninę apžiūrą.

Galutinis atsakomybės dėl radijo stočių naudojimo ir saugumo aspektų tenka leidimo turėtojui. Svarbu, kad radijo stotis būtų naudojama pagal galiojančius teisės aktus ir nekeltų grėsmės aplinkiniams.

tags: #radiobanginis #pavojaus #imtuvas #ir #siustuvas