Principios y ejemplos de comunicación por radio. Conceptos básicos de radiocomunicación y televisión

El científico inglés James Maxwell, basándose en un estudio del trabajo experimental de Faraday sobre la electricidad, planteó una hipótesis sobre la existencia de ondas especiales en la naturaleza que pueden propagarse en el vacío. A estas ondas Maxwell las llamó ondas electromagnéticas. Según las ideas de Maxwell: con cualquier cambio campo eléctrico surge un campo magnético de vórtice y, a la inversa, con cualquier cambio en el campo magnético, surge un campo eléctrico de vórtice. Una vez iniciado, el proceso de generación mutua de campos eléctricos y magnéticos debe continuar continuamente y capturar más y más áreas nuevas en el espacio circundante (Fig. 42). El proceso de intergeneración de campos eléctricos y magnéticos ocurre en planos mutuamente perpendiculares. Un campo eléctrico alterno genera un campo magnético de vórtice, un campo magnético alterno genera un campo eléctrico de vórtice.

Los campos eléctricos y magnéticos pueden existir no solo en la materia, sino también en el vacío. Por tanto, debería ser posible propagar ondas electromagnéticas en el vacío.

La condición para la aparición de ondas electromagnéticas es el movimiento acelerado. cargas eléctricas... Entonces, ocurre un cambio en el campo magnético.

Cuando la corriente en el conductor cambia, y la corriente cambia ocurre cuando cambia la velocidad de las cargas, es decir, cuando se mueven con aceleración. La velocidad de propagación de ondas electromagnéticas en el vacío, según los cálculos de Maxwell, debería ser aproximadamente igual a 300.000 km / s.

El físico Heinrich Hertz fue el primero en obtener de forma experimental ondas electromagnéticas utilizando un espacio de chispas de alta frecuencia (vibrador Hertz). Hertz también determinó experimentalmente la velocidad de las ondas electromagnéticas. Coincidió con la definición teórica de la velocidad de las ondas de Maxwell. Las ondas electromagnéticas más simples son ondas en las que las ondas eléctricas y campo magnético realizar vibraciones armónicas sincrónicas.

Por supuesto, las ondas electromagnéticas tienen todas las propiedades básicas de las ondas.

Obedecen la ley de reflexión de ondas: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Al pasar de un medio a otro, se refractan y obedecen la ley de refracción de las ondas: la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es un valor constante para dos medios dados y es igual a la relación entre la velocidad de las ondas electromagnéticas en el primer medio y la velocidad de las ondas electromagnéticas en el segundo medio y se denomina índice de refracción del segundo miércoles en relación con el primero.

El fenómeno de difracción de ondas electromagnéticas, es decir, la desviación de la dirección de su propagación de la rectilínea, se observa en el borde del obstáculo o al pasar por el agujero. Las ondas electromagnéticas pueden generar interferencias. La interferencia es la capacidad de las ondas coherentes para superponerse, como resultado de lo cual las ondas en algunos lugares se refuerzan entre sí y en otros lugares se apagan. (Las ondas coherentes son ondas de la misma frecuencia y fase de oscilación). Las ondas electromagnéticas tienen dispersión, es decir, cuando el índice de refracción del medio para las ondas electromagnéticas depende de su frecuencia. Los experimentos con la transmisión de ondas electromagnéticas a través de un sistema de dos rejillas muestran que estas ondas son transversales.

Cuando una onda electromagnética se propaga, los vectores de intensidad E e inducción magnética B son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda y mutuamente perpendiculares entre sí (Fig. 43).

La posibilidad de aplicación práctica de ondas electromagnéticas para establecer comunicación sin cables fue demostrada el 7 de mayo de 1895 por el físico ruso A. Popov. Este día se considera el cumpleaños de la radio. Para la implementación de la comunicación por radio, es necesario garantizar la posibilidad de radiación de ondas electromagnéticas. Si surgen ondas electromagnéticas en un circuito de una bobina y un condensador, entonces el campo magnético alterno se asocia con la bobina y el campo eléctrico alterno se concentra entre las placas del condensador. Tal contorno se llama cerrado (Fig. 44, a).

El circuito oscilatorio cerrado prácticamente no irradia ondas electromagnéticas al espacio circundante. Si el circuito consta de una bobina y dos placas de un condensador plano, a mayor ángulo se despliegan estas placas, más libremente sale el campo electromagnético al espacio circundante (Fig. 44, b). El caso límite de un circuito oscilatorio abierto es la extracción de las placas a los extremos opuestos de la bobina. Tal sistema se llama circuito oscilatorio abierto (Fig. 44, c). En realidad, el circuito consta de una bobina y un cable largo: una antena.

La energía de las oscilaciones electromagnéticas radiadas (con la ayuda de un generador de oscilación continua) con la misma amplitud de oscilaciones de la corriente en la antena es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de oscilación. A frecuencias de decenas, cientos e incluso miles de hercios, la intensidad de las oscilaciones electromagnéticas es insignificante. Por lo tanto, para la implementación de comunicaciones de radio y televisión, se utilizan ondas electromagnéticas con una frecuencia de varios cientos de miles de hercios a cientos de megahercios.

Al transmitir discursos, música y otros señales de sonido Aplicar varios tipos de modulación de oscilaciones de alta frecuencia (portadora). La esencia de la modulación es que las oscilaciones de alta frecuencia generadas por el generador se cambian de acuerdo con la ley de baja frecuencia. Este es uno de los principios de la transmisión por radio. Otro principio es el proceso inverso: detección. En caso de recepción de radio, a partir de la señal modulada recibida por la antena del receptor, es necesario filtrar las vibraciones sonoras de baja frecuencia.

Con la ayuda de ondas de radio, no solo se transmiten señales de sonido a distancia, sino también imágenes de objetos. El radar juega un papel importante en la marina, la aviación y la astronáutica modernas. El radar se basa en la propiedad de la reflexión de ondas de los cuerpos conductores. (Las ondas electromagnéticas se reflejan débilmente desde la superficie del dieléctrico y casi por completo desde la superficie de los metales).

Ondas electromagnéticas y

sus propiedades. Principios de radiocomunicación y

ejemplos de su práctica

uso de

Plan de respuesta

1.Definición. 2.Condición de ocurrencia.3.Propiedades de las ondas electromagnéticas. 4. Circuito oscilatorio abierto. 5. Modulación y detección.

El científico inglés James Maxwell, basándose en un estudio del trabajo experimental de Faraday sobre la electricidad, planteó la hipótesis de que existen ondas especiales en la naturaleza que pueden propagarse en el vacío.

Estas ondas que Maxwell llamó ondas electromagnéticas.Según Maxwell: con cualquier cambio en el campo eléctrico, surge un campo magnético de vórtice y, a la inversa, con cualquier cambio en el campo magnético, surge un campo eléctrico de vórtice.Una vez iniciado, el proceso de generación mutua de campos magnéticos y eléctricos debe continuar continuamente y capturar más y más áreas nuevas en el espacio circundante (Fig. 31) El proceso de generación mutua de campos eléctricos y magnéticos ocurre en planos mutuamente perpendiculares. Un campo eléctrico alterno genera un campo magnético de vórtice, un campo magnético alterno genera un campo eléctrico de vórtice.

Los campos eléctricos y magnéticos pueden existir no solo en la materia, sino también en el vacío. Por tanto, debería ser posible propagar ondas electromagnéticas en el vacío.

La condición para la ocurrencialas ondas electromagnéticas son el movimiento acelerado de cargas eléctricas. Entonces, un cambio en el campo magnético ocurre cuando cambia la corriente en el conductor, y la corriente cambia cuando cambia la velocidad de las cargas, es decir, cuando se mueven con aceleración. La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío, según los cálculos de Maxwell, debería ser aproximadamente igual a 300.000 km / s.

El físico Heinrich Hertz fue el primero en obtener ondas electromagnéticas de forma experimental utilizando un espacio de chispas de alta frecuencia (vibrador Hertz). Hertz también determinó experimentalmente la velocidad de las ondas electromagnéticas. Coincidió con la definición teórica de la velocidad de las ondas de Maxwell. Las ondas electromagnéticas más simples son ondas en las que los campos eléctricos y magnéticos realizan oscilaciones armónicas sincrónicas.

Por supuesto, las ondas electromagnéticas tienen todas las propiedades básicas de las ondas.

Ellos obedecen ley de reflexiónondas:

el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.Al pasar de un entorno a otro, se refractan y obedecen la ley de la refracciónondas: la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es un valor constante para dos medios dados e igual a la relación entre la velocidad de las ondas electromagnéticas en el primer medio y la velocidad de las ondas electromagnéticas en el segundo medioy llamó índice de refracciónel segundo entorno en relación con el primero.

I
el fenómeno de difracción de ondas electromagnéticas, es decir, la desviación de la dirección de su propagación de la rectilínea, se observa en el borde del obstáculo o al pasar por el agujero. Las ondas electromagnéticas son capaces de interferencia.La interferencia es la capacidad de las ondas coherentes para superponerse, como resultado de lo cual las ondas en algunos lugares se refuerzan entre sí y en otros lugares se suprimen. (Las ondas coherentes son ondas de la misma frecuencia y fase de oscilación). Las ondas electromagnéticas tienen diferencia,es decir, cuando el índice de refracción del medio para las ondas electromagnéticas depende de su frecuencia. Los experimentos con la transmisión de ondas electromagnéticas a través de un sistema de dos rejillas muestran que estas ondas son transversales.

Con la propagación de una onda electromagnética, los vectores de intensidad miy la inducción magnética B son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda y mutuamente perpendiculares entre sí (Fig. 32).

La posibilidad de aplicación práctica de ondas electromagnéticas para establecer comunicación sin cables se demostró el 7 de mayo de 1895. El físico ruso A. Popov. Este día se considera el cumpleaños de la radio. Para la implementación de la comunicación por radio, es necesario garantizar la posibilidad de radiación de ondas electromagnéticas. Si surgen ondas electromagnéticas en un circuito de una bobina y un condensador, entonces el campo magnético alterno se asocia con la bobina y el campo eléctrico alterno se concentra entre las placas del condensador. Tal contorno se llama cerrado(Figura 33, a). El circuito oscilatorio cerrado prácticamente no irradia ondas electromagnéticas al espacio circundante. Si el circuito consta de una bobina y dos placas de un condensador plano, entonces a mayor ángulo se despliegan estas placas, más libremente sale el campo electromagnético al espacio circundante (Fig.33, b).El caso límite de un circuito oscilatorio abierto es la extracción de las placas a los extremos opuestos de la bobina. Tal sistema se llama circuito oscilante abierto(Figura 33, c). En realidad, el bucle consta de una bobina y un cable de antena largo.

La energía de las oscilaciones electromagnéticas radiadas (con la ayuda de un generador de oscilación continua) con la misma amplitud de oscilaciones de la corriente en la antena es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de oscilación. A frecuencias de decenas, cientos e incluso miles de hercios, la intensidad de las oscilaciones electromagnéticas es insignificante. Por lo tanto, para la implementación de comunicaciones de radio y televisión, se utilizan ondas electromagnéticas con una frecuencia de varios cientos de miles de hercios a cientos de megahercios.

Al transmitir voz, música y otras señales de sonido por radio, se utilizan varios tipos de modulación de oscilaciones de alta frecuencia (portadora). La esencia de la modulaciónconsiste en que las oscilaciones de alta frecuencia generadas por el generador cambian según la ley de baja frecuencia. Este es uno de los principios de la transmisión por radio. Otro principio es el proceso inverso: detección.En caso de recepción de radio, a partir de la señal modulada recibida por la antena del receptor, es necesario filtrar las vibraciones sonoras de baja frecuencia.

Con la ayuda de ondas de radio, no solo se transmiten señales de sonido a distancia, sino también una imagen de un objeto. El radar juega un papel importante en la marina, la aviación y la astronáutica modernas. El radar se basa en la propiedad de la reflexión de ondas de los cuerpos conductores. (Las ondas electromagnéticas se reflejan débilmente desde la superficie del dieléctrico y casi por completo desde la superficie de los metales).

La posibilidad de la aplicación práctica de ondas electromagnéticas para establecer comunicación sin cables fue demostrada el 7 de mayo de 1895 por el famoso físico ruso Alexander Stepanovich Popov (1859-1906). Este día se considera el cumpleaños de la radio.

El receptor de A.S. Popov constaba de antena 1, coherer 2, relé electromagnético 3, timbre eléctrico 4 y fuente de corriente continua 5 (Fig. 245). Las ondas electromagnéticas causaron fluctuaciones de voltaje y corriente forzadas en la antena. Se aplicó un voltaje alterno de la antena a dos electrodos, que estaban ubicados en un tubo de vidrio lleno de limaduras metálicas. Este tubo es un cohesionador. Un relé electromagnético y una fuente de corriente continua se conectaron en serie con el coherer.

Debido a los malos contactos entre el aserrín, la resistencia del coherer suele ser alta, por lo que la corriente eléctrica en el circuito es pequeña y el relé de la campana no cierra el circuito de la campana. Bajo la acción de una tensión alterna de alta frecuencia en el cohesor, surgen descargas eléctricas entre el aserrín individual, las partículas de aserrín se sinterizan y su resistencia disminuye en un factor de 100-200. La corriente en la bobina del relé electromagnético aumenta y el relé activa una campana eléctrica. Así es como se registra la recepción de la onda electromagnética por parte de la antena.

El golpe del martillo de campana en el cohesor sacudió el serrín y lo devolvió el estado inicial, el receptor estaba nuevamente listo para registrar ondas electromagnéticas.

Circuito oscilatorio abierto.

Para la implementación de la comunicación por radio, es necesario garantizar la posibilidad de radiación de ondas electromagnéticas. Si surgen oscilaciones electromagnéticas en un circuito de una bobina y un condensador, entonces el campo magnético alterno se asocia con la bobina y el campo eléctrico alterno se concentra en el espacio entre las placas del condensador (figura 246, a). Tal circuito se llama cerrado. El circuito oscilatorio cerrado prácticamente no irradia ondas electromagnéticas al espacio circundante.

Si el circuito consta de una bobina y dos placas de un condensador plano, no paralelas entre sí, entonces cuanto mayor sea el ángulo de despliegue de estas placas,

cuanto más libremente sale el campo electromagnético al espacio circundante (Fig. 246, b).

El caso límite de la apertura del circuito oscilatorio es la eliminación de las placas del condensador a los extremos opuestos de la bobina recta. Este sistema se denomina circuito oscilatorio abierto (figura 246, c). La imagen de las placas del condensador en los extremos de la bobina de un circuito oscilatorio abierto en la Figura 246 es solo una convención. En realidad, el circuito consta de una bobina y un cable largo: una antena. Un extremo de la antena está conectado a tierra, el otro se eleva por encima del suelo.

La bobina de la antena está acoplada inductivamente con la bobina del circuito oscilante del oscilador electromagnético continuo. Las oscilaciones forzadas de alta frecuencia en la antena crean un campo electromagnético alterno en el espacio circundante. Las ondas electromagnéticas se propagan desde la antena con velocidad.

La energía de las ondas electromagnéticas radiadas a la misma amplitud de oscilaciones de la intensidad de la corriente en la antena es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de oscilación. A frecuencias de decenas, cientos e incluso miles de hercios, la intensidad de radiación de las ondas electromagnéticas es insignificante. Por lo tanto, para la implementación de comunicaciones de radio y televisión, se utilizan ondas electromagnéticas con una frecuencia de varios cientos de miles de hercios a cientos de miles de megahercios.

Amplitud modulada.

Al transmitir voz, música y otras señales de sonido por radio, se utilizan varios tipos de modulación de oscilaciones armónicas de alta frecuencia.

Para la implementación de la modulación de amplitud de oscilaciones electromagnéticas de alta frecuencia.

(Fig. 247, a) en el circuito eléctrico del generador de transistor en serie con el circuito oscilatorio incluyen la bobina del transformador (Fig. 248). La segunda bobina del transformador se alimenta voltaje de corriente alterna frecuencia de audio, por ejemplo, de la salida del micrófono después de la amplificación necesaria. La corriente alterna en la segunda bobina del transformador hace que aparezca una tensión alterna en los extremos de la primera bobina del transformador. El voltaje alterno de la frecuencia de audio (figura 247, b) se suma al voltaje constante de la fuente de corriente; los cambios en el voltaje entre el emisor y el colector del transistor conducen a cambios con la frecuencia acústica de la amplitud de las oscilaciones de la corriente de alta frecuencia en el circuito generador (Fig. 247, c). Estas oscilaciones de alta frecuencia se denominan moduladas en amplitud.

Una antena de un transmisor de radio está conectada inductivamente al circuito oscilatorio del generador. Fluctuaciones forzadas en la corriente alta

las frecuencias que ocurren en la antena crean ondas electromagnéticas.

Radio.

Las ondas electromagnéticas emitidas por la antena de un transmisor de radio provocan oscilaciones forzadas de electrones libres en cualquier conductor. Voltaje entre los extremos de un conductor en el que una onda electromagnética excita oscilaciones forzadas corriente eléctrica, proporcional a la longitud del conductor. Por lo tanto, para recibir ondas electromagnéticas en el detector de radio más simple, se usa un cable largo: la antena receptora 1 (Fig.249). Las vibraciones forzadas en la antena son excitadas por ondas electromagnéticas de todas las estaciones de radio. Para escuchar solo una transmisión de radio, las fluctuaciones de voltaje no se dirigen directamente a la entrada del amplificador, sino que primero se alimentan al circuito oscilante 2 con una frecuencia de vibración natural variable. El cambio en la frecuencia natural de las oscilaciones en el circuito del receptor generalmente se realiza cambiando la capacidad eléctrica del capacitor variable. Cuando la frecuencia de las oscilaciones forzadas en la antena coincide con la frecuencia natural de las oscilaciones del circuito, se produce la resonancia, mientras que la amplitud de las oscilaciones de tensión forzada en las placas del condensador del circuito alcanza su valor máximo. Así, de un gran número de oscilaciones electromagnéticas excitadas en la antena, se distinguen oscilaciones de la frecuencia deseada.

Oscilaciones moduladas del circuito oscilatorio del receptor

se suministran alta frecuencia al detector 3. Se puede utilizar un diodo semiconductor como detector, que pasa la corriente alterna de alta frecuencia en una sola dirección. Después de pasar por el detector, la corriente en el circuito cambia con el tiempo de acuerdo con la ley que se muestra en la Figura 250, a. Durante cada medio ciclo de alta frecuencia, los pulsos de corriente cargan el condensador 4, mientras que el condensador se descarga lentamente a través de la resistencia 5. Si los valores de la capacitancia del condensador y la resistencia eléctrica de la resistencia se eligen correctamente, entonces una corriente fluirá a través de la resistencia, cambiando en el tiempo con la frecuencia de audio utilizada para las oscilaciones de modulación en el transmisor de radio (Fig. 250, b). Para convertir las vibraciones eléctricas en sonido, se suministra al teléfono un voltaje alterno de frecuencia de audio 6.

La radio del detector es muy imperfecta. Tiene una sensibilidad muy baja y, por lo tanto, solo puede recibir transmisiones de radio de estaciones de radio potentes o de transmisores de radio poco espaciados.

Para aumentar la sensibilidad en los receptores de radio modernos, la señal del circuito oscilatorio se alimenta a la entrada del amplificador de alta frecuencia (UHF), y desde la salida del amplificador se envían vibraciones eléctricas de alta frecuencia al detector. Para aumentar la potencia de la señal de audio en la salida del receptor de radio, las vibraciones eléctricas de la frecuencia de audio de la salida del detector se alimentan a la entrada del amplificador de baja frecuencia (ULF).

El voltaje alterno de la frecuencia de audio de la salida ULF se alimenta al devanado del altavoz electrodinámico: el altavoz. El altavoz convierte la energía corriente alterna frecuencia del sonido en la energía de las vibraciones sonoras.

Para amplificar las oscilaciones eléctricas de altas y bajas frecuencias, se pueden utilizar circuitos con tubos electrónicos o transistores.

En la Figura 251 se muestra un diagrama del dispositivo del receptor de radio más simple con amplificadores de frecuencias altas y bajas.

Sintonizar para recibir una sola emisora \u200b\u200ben radios modernas, bastante complejo circuitos electrónicosincluidos los generadores de ondas electromagnéticas. La adición de vibraciones eléctricas del generador interno del receptor con vibraciones excitadas en el circuito del receptor por ondas electromagnéticas de las estaciones de radio transmisoras permite que el receptor se sintonice en un rango muy estrecho de frecuencias recibidas. El oscilador interno en el receptor se llama oscilador local, y un receptor con tal oscilador se llama receptor de radio superheterodino.

Una television.

Con la ayuda de ondas de radio, no solo se transmiten señales de sonido a distancia, sino también imágenes de un objeto. El principio de transmisión de imágenes en movimiento en blanco y negro y en color con

el uso de transmisores y receptores de televisión es el siguiente.

Para transmitir un fotograma de una imagen de televisión utilizando una lente en una cámara de televisión, se obtiene la imagen de un objeto en la pantalla de un dispositivo de vacío especial: un tubo transmisor (Fig. 252). Bajo la influencia de la luz, las áreas de la pantalla adquieren cargas positivas. Un haz de electrones se dirige a la pantalla dentro del tubo de transmisión, moviéndose periódicamente de izquierda a derecha a lo largo de 625 líneas horizontales - filas. A medida que el rayo se desplaza a lo largo de la línea, la neutralización de las cargas eléctricas tiene lugar en secciones separadas de la pantalla y en el circuito eléctrico que conecta el cañón de electrones y la pantalla; fluye un pulso de corriente. Los cambios en la corriente en el pulso corresponden a

cambios en la iluminación de la pantalla en la trayectoria del haz de electrones.

Las oscilaciones electromagnéticas de alta frecuencia en un transmisor de televisión son moduladas por una señal de pulso recibida en la salida del tubo transmisor y alimentada a la antena del transmisor. La antena emite ondas electromagnéticas.

En un receptor de televisión, un televisor, hay un tubo de vacío eléctrico llamado cinescopio. En un CRT, un cañón de electrones crea un haz de electrones. Los electrones bajo la acción de un campo eléctrico se mueven dentro del tubo hasta una pantalla cubierta de cristales que pueden brillar bajo el impacto de electrones que se mueven rápidamente. En su camino hacia la pantalla, los electrones vuelan a través de los campos magnéticos de dos pares de bobinas ubicadas fuera del tubo.

El campo magnético de un par de bobinas provoca la desviación del haz de electrones horizontalmente, el segundo, verticalmente. Los cambios periódicos en la corriente en las bobinas provocan cambios en los campos magnéticos, como resultado de lo cual el haz de electrones en segundos recorre la pantalla 625 veces de izquierda a derecha y una vez de arriba a abajo (Fig. 253).

Durante el movimiento del haz a lo largo de la primera línea, la corriente en el haz de electrones es controlada por la señal recibida por el receptor desde el transmisor durante el movimiento del haz en el tubo transmisor a lo largo de la primera línea; cuando el rayo se mueve a lo largo de la segunda línea, la corriente en el rayo es controlada por la señal de la segunda línea, etc. Como resultado, el rayo "dibuja" la misma imagen en la pantalla del televisor que la que crea la lente en el pantalla del tubo transmisor. Los fotogramas se reemplazan entre sí a una velocidad de 25 fotogramas por segundo, una secuencia de alternancia a una alta frecuencia de fotogramas es percibida por el ojo humano como un movimiento continuo.

Las transmisiones de televisión van desde 50 MHz a 230 MHz. En este rango, las ondas electromagnéticas se propagan casi solo dentro de la línea de visión. Por lo tanto, para asegurar la transmisión señales de televisión a largas distancias, construyen antenas altas. Las antenas transmisoras de los estudios de la Televisión Central de la URSS están instaladas en la parte superior de la torre Ostankino, esta altura asegura la recepción de transmisiones de televisión a distancias de hasta 120 km de Moscú.

La transmisión de señales de televisión a cualquier punto de nuestro país se realiza con la ayuda de satélites terrestres artificiales en el sistema "Orbit".

La transmisión y recepción de imágenes en color requiere sistemas de televisión más sofisticados. En lugar de un tubo de transmisión, se requieren tres tubos para transmitir señales de tres imágenes de un solo color: rojo, azul y verde.

A diferencia de un televisor en blanco y negro, la pantalla del tubo de imagen de un televisor en color está cubierta con tres tipos de cristales de fósforo. Cuando un rayo de alexron los golpea, algunos cristales brillan con luz roja, otros con azul y otros con verde. Estos cristales están dispuestos en el grifo en un orden estricto. Las señales se envían desde un transmisor de televisión a tres cañones de haz de electrones.

En una pantalla de televisión en color, tres haces crean simultáneamente tres imágenes de rojo, verde y azul. La superposición de estas imágenes, que consta de pequeños puntos luminosos, es percibida por el ojo humano como una imagen multicolor con todos los matices de colores. El brillo simultáneo de los cristales en un lugar con luz azul, roja y verde es percibido por el ojo como blanco; por lo tanto, también se pueden obtener imágenes en blanco y negro en una pantalla de televisión en color.

Propagación de ondas de radio.

La comunicación por radio se realiza en ondas largas, medianas, cortas y ultracortas. Las ondas de radio de diferentes longitudes de onda se propagan de manera diferente cerca de la superficie de la Tierra.

Las ondas largas se propagan mucho más allá del horizonte visible debido a la difracción; Las transmisiones de radio de onda larga se pueden recibir a grandes distancias más allá de la línea de visión de la antena.

Las ondas medianas experimentan menos difracción en la superficie de la Tierra y se difractan a distancias más pequeñas más allá de la línea de visión. Las ondas cortas son incluso menos capaces de difracción en la superficie de la Tierra, pero pueden recibirse en cualquier punto de la superficie de la Tierra. La propagación de ondas de radio cortas a largas distancias desde una estación de radio transmisora \u200b\u200bse explica por su capacidad para reflejarse en la ionosfera.

La ionosfera es la parte superior de la atmósfera, comenzando a una distancia de unos 50 km de la superficie de la Tierra y

transformándose en plasma interplanetario a distancias de 70-80 mil km. Una característica de la ionosfera es una alta concentración de partículas cargadas libres: iones y electrones. La ionización de la atmósfera superior es creada por la radiación ultravioleta y de rayos X del Sol. Los valores máximos del número de electrones libres en la ionosfera de electrones en un centímetro cúbico se alcanzan a altitudes de 250-400 km desde la superficie de la Tierra.

La capa conductora de la atmósfera terrestre, la ionosfera, es capaz de absorber y reflejar ondas electromagnéticas. Las ondas de radio largas se reflejan bien en la ionosfera. Este fenómeno, junto con la difracción, aumenta la distancia de propagación de las ondas largas. Las ondas de radio cortas también se reflejan bien en la ionosfera. Múltiples reflejos de ondas de radio cortas de la ionosfera y la superficie de la tierra hacen posible la comunicación de radio de onda corta entre cualquier punto de la tierra (Fig. 254).

Las ondas ultracortas (VHF) no son reflejadas por la ionosfera y no se doblan alrededor de la superficie de la Tierra como resultado de la difracción (Fig. 255). Por tanto, la comunicación en VHF

se lleva a cabo únicamente dentro del campo visual de la antena del transmisor.

Radar.

Las comunicaciones por radar juegan un papel importante en la marina, la aviación y la astronáutica modernas. El radar se basa en la propiedad de reflexión de las ondas de radio de los cuerpos conductores.

Si el transmisor de radio se enciende por un tiempo muy corto y se apaga, luego de un tiempo, usando el receptor de radio, es posible registrar el retorno de ondas de radio reflejadas por cuerpos conductores lejos de la estación de radio.

Al medir con la ayuda de equipos electrónicos la duración del intervalo de tiempo entre los momentos de salida y regreso de las ondas electromagnéticas, es posible determinar el camino recorrido por las ondas de radio: donde c es la velocidad de la onda electromagnética. Dado que las ondas han recorrido un camino hacia el cuerpo y hacia atrás, la distancia al cuerpo que refleja las ondas de radio es igual a la mitad de este camino:

Para determinar no solo la distancia al cuerpo, sino también su posición en el espacio, es necesario enviar ondas de radio con un haz estrecho. Se crea un haz estrecho de ondas de radio utilizando una antena que tiene una forma cercana a la esférica. Para que la antena del radar cree un haz de ondas de radio estrechamente dirigido, se utilizan ondas ultracortas en el radar.

Para determinar, por ejemplo, la ubicación de una aeronave, la antena del radar se apunta hacia la aeronave y se enciende un generador de ondas electromagnéticas durante un tiempo muy breve. Las ondas electromagnéticas se reflejan en la aeronave y regresan al radar. La señal de radio reflejada es captada por la misma antena, desconectada del transmisor y conectada al receptor (Fig. 256). A partir de los ángulos de rotación de la antena del radar, se determina la dirección a la aeronave. Un radar instalado en un avión permite medir la altura a la que se encuentra el avión en el tiempo que tardan las ondas de radio en llegar a la superficie de la Tierra y regresar.

El agua y la tierra, el suelo seco y húmedo, los edificios urbanos y las comunicaciones por transporte reflejan las ondas de radio de diferentes formas. Esto permite usar dispositivos de radar en una aeronave no solo para medir la distancia a

superficie de la Tierra, sino también para recibir una especie de mapa de radar del área sobre la que vuela el avión. El piloto de la aeronave recibe este mapa día y noche, con tiempo despejado y con nubes cubiertas, ya que las nubes no son un obstáculo para las ondas electromagnéticas.

Las mediciones más precisas de las distancias de la Tierra a Louis y a los planetas Mercurio, Venus, Marte y Júpiter se llevaron a cabo mediante métodos de radar.

Demostró que la energía electromagnética se puede enviar al espacio en forma de ondas de radio que viajan a través de la atmósfera aproximadamente a la velocidad de la luz. Este descubrimiento ayudó a desarrollar los principios de la comunicación por radio que todavía se utilizan en la actualidad. Además, el científico demostró que las ondas de radio son de naturaleza electromagnética, y su principal característica es la frecuencia a la que la energía oscila entre campos eléctricos y magnéticos. La frecuencia en hercios (Hz) está relacionada con la longitud de onda λ, que es la distancia que recorre una onda de radio durante una oscilación. Así, se obtiene la siguiente fórmula: λ \u003d C / F (donde C es igual a la velocidad de la luz).

Los principios de la radiocomunicación se basan en la transmisión de ondas de radio portadoras de información. Pueden transmitir voz o datos digitales. Para hacer esto, la estación de radio debe tener:

Dispositivo para recopilar información en una señal eléctrica (por ejemplo, un micrófono). Esta señal se denomina banda base en el rango de audio normal.

Modulador para agregar información a la banda de frecuencia de la señal en el

Un transmisor, una señal que la envía a la antena.

Antena hecha de una varilla conductora de electricidad de cierta longitud que emitirá una onda de radio electromagnética.

Amplificador de señal en el lado del receptor.

Un demodulador que podrá recuperar la información original de la señal de radio recibida.

Finalmente, un dispositivo para reproducir la información transmitida (por ejemplo, un altavoz).

El principio moderno de la radiocomunicación se concibió a principios del siglo pasado. En ese momento, la radio se desarrolló principalmente para la transmisión de voz y música. Pero muy pronto fue posible utilizar los principios de la comunicación por radio para transmitir información más compleja. Por ejemplo, como texto. Esto llevó a la invención del telégrafo Morse.

Lo común a la voz, la música o el telégrafo es que se cifra información básica en la que se caracterizan por su amplitud y frecuencia (Hz). Los seres humanos pueden escuchar sonidos que van desde 30 Hz hasta aproximadamente 12.000 Hz. Este rango se llama espectro de audio.

El espectro de radiofrecuencia se subdivide en diferentes, cada uno con características específicas en términos de emisión y atenuación atmosférica. Hay aplicaciones de comunicación descritas en la siguiente tabla que funcionan en un rango particular.

Hoy es difícil imaginar lo que haría la humanidad sin la comunicación por radio, que ha encontrado su aplicación en muchos dispositivos modernos. Por ejemplo, los principios de la radiocomunicación y la televisión se utilizan en teléfonos móviles, teclado, GPRS, Wi-Fi, inalámbrico red de computadoras etc.

El científico inglés James Maxwell, basándose en un estudio del trabajo experimental de Faraday sobre la electricidad, planteó una hipótesis sobre la existencia de ondas especiales en la naturaleza que pueden propagarse en el vacío. A estas ondas Maxwell las llamó ondas electromagnéticas. Según las ideas de Maxwell: con cualquier cambio en el campo eléctrico, surge un campo magnético de vórtice y, a la inversa, con cualquier cambio en el campo magnético, surge un campo eléctrico de vórtice. Una vez iniciado, el proceso de generación mutua de campos eléctricos y magnéticos debe continuar continuamente y capturar más y más áreas nuevas en el espacio circundante (Fig. 42). El proceso de intergeneración de campos eléctricos y magnéticos ocurre en planos mutuamente perpendiculares. Un campo eléctrico alterno genera un campo magnético de vórtice, un campo magnético alterno genera un campo eléctrico de vórtice.

Los campos eléctricos y magnéticos pueden existir no solo en la materia, sino también en el vacío. Por tanto, debería ser posible propagar ondas electromagnéticas en el vacío.

La condición para la aparición de ondas electromagnéticas es el movimiento acelerado de cargas eléctricas. Entonces, ocurre un cambio en el campo magnético.

Cuando la corriente en el conductor cambia, y la corriente cambia ocurre cuando cambia la velocidad de las cargas, es decir, cuando se mueven con aceleración. La velocidad de propagación de ondas electromagnéticas en el vacío, según los cálculos de Maxwell, debería ser aproximadamente igual a 300.000 km / s.

El físico Heinrich Hertz fue el primero en obtener ondas electromagnéticas de forma experimental utilizando un espacio de chispas de alta frecuencia (vibrador Hertz). Hertz también determinó experimentalmente la velocidad de las ondas electromagnéticas. Coincidió con la definición teórica de la velocidad de las ondas de Maxwell. Las ondas electromagnéticas más simples son ondas en las que los campos eléctricos y magnéticos realizan oscilaciones armónicas sincrónicas.

Por supuesto, las ondas electromagnéticas tienen todas las propiedades básicas de las ondas.

Obedecen la ley de reflexión de ondas: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Al pasar de un medio a otro, se refractan y obedecen la ley de refracción de las ondas: la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es un valor constante para dos medios dados y es igual a la relación entre la velocidad de las ondas electromagnéticas en el primer medio y la velocidad de las ondas electromagnéticas en el segundo medio y se denomina índice de refracción del segundo miércoles en relación con el primero.

El fenómeno de difracción de ondas electromagnéticas, es decir, la desviación de la dirección de su propagación de la rectilínea, se observa en el borde del obstáculo o al pasar por el agujero. Las ondas electromagnéticas pueden generar interferencias. La interferencia es la capacidad de las ondas coherentes para superponerse, como resultado de lo cual las ondas en algunos lugares se refuerzan entre sí y en otros lugares se apagan. (Las ondas coherentes son ondas de la misma frecuencia y fase de oscilación). Las ondas electromagnéticas tienen dispersión, es decir, cuando el índice de refracción del medio para las ondas electromagnéticas depende de su frecuencia. Los experimentos con la transmisión de ondas electromagnéticas a través de un sistema de dos rejillas muestran que estas ondas son transversales.

Cuando una onda electromagnética se propaga, los vectores de intensidad E e inducción magnética B son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda y mutuamente perpendiculares entre sí (Fig. 43).

La posibilidad de aplicación práctica de ondas electromagnéticas para establecer comunicación sin cables fue demostrada el 7 de mayo de 1895 por el físico ruso A. Popov. Este día se considera el cumpleaños de la radio. Para la implementación de la comunicación por radio, es necesario garantizar la posibilidad de radiación de ondas electromagnéticas. Si surgen ondas electromagnéticas en un circuito de una bobina y un condensador, entonces el campo magnético alterno se asocia con la bobina y el campo eléctrico alterno se concentra entre las placas del condensador. Tal contorno se llama cerrado (Fig. 44, a).

El circuito oscilatorio cerrado prácticamente no irradia ondas electromagnéticas al espacio circundante. Si el circuito consta de una bobina y dos placas de un condensador plano, a mayor ángulo se despliegan estas placas, más libremente sale el campo electromagnético al espacio circundante (Fig. 44, b). El caso límite de un circuito oscilatorio abierto es la extracción de las placas a los extremos opuestos de la bobina. Tal sistema se llama circuito oscilatorio abierto (Fig. 44, c). En realidad, el circuito consta de una bobina y un cable largo: una antena.

La energía de las oscilaciones electromagnéticas radiadas (con la ayuda de un generador de oscilación continua) con la misma amplitud de oscilaciones de la corriente en la antena es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de oscilación. A frecuencias de decenas, cientos e incluso miles de hercios, la intensidad de las oscilaciones electromagnéticas es insignificante. Por lo tanto, para la implementación de comunicaciones de radio y televisión, se utilizan ondas electromagnéticas con una frecuencia de varios cientos de miles de hercios a cientos de megahercios.

Al transmitir voz, música y otras señales de sonido por radio, se utilizan varios tipos de modulación de oscilaciones de alta frecuencia (portadora). La esencia de la modulación es que las oscilaciones de alta frecuencia generadas por el generador se cambian de acuerdo con la ley de baja frecuencia. Este es uno de los principios de la transmisión por radio. Otro principio es el proceso inverso: detección. Al recibir una señal de radio de la señal modulada recibida por la antena del receptor, es necesario filtrar las vibraciones sonoras de baja frecuencia.

Con la ayuda de ondas de radio, no solo se transmiten señales de sonido a distancia, sino también imágenes de objetos. El radar juega un papel importante en la marina, la aviación y la astronáutica modernas. El radar se basa en la propiedad de la reflexión de ondas de los cuerpos conductores. (Las ondas electromagnéticas se reflejan débilmente desde la superficie del dieléctrico y casi por completo desde la superficie de los metales).