وزارت آموزش و پرورش جمهوری بلاروس

گروه رادیو الکترونیک

چکیده با موضوع:

کتابشناسی - فهرست کتب

طرح های کلی برای سازماندهی ارتباطات رادیویی

سیستم انتقال اطلاعات که در آن سیگنال های مخابراتی به وسیله امواج رادیویی در فضای باز ارسال می شود، سیستم رادیویی نامیده می شود. سیستم های رادیویی به پیوندهای رادیویی و شبکه های رادیویی تقسیم می شوند.

با توجه به روش سازماندهی پیوندهای رادیویی، ارتباطات رادیویی یک طرفه و دو طرفه متمایز می شوند. ارتباط رادیویی که در آن یکی از پیوندهای رادیویی فقط ارسال می کند و دیگری فقط دریافت می کند، یک طرفه نامیده می شود. ارتباط رادیویی یک طرفه که در آن انتقال رادیویی یک ایستگاه رادیویی (اصلی) می تواند به طور همزمان توسط چندین خبرنگار دریافت شود، دایره ای نامیده می شود. نمونه هایی از پیام های پخش یک طرفه عبارتند از: سیستم های آدرس عمومی، خدمات پیام رسانی از مراکز مطبوعاتی به روزنامه ها، مجلات و غیره. شبکه های تلویزیونی و پخش صدا نیز نمونه های معمولی از روش دایره ای سازماندهی ارتباطات رادیویی هستند. در این حالت، ایستگاه فرستنده رادیویی، رسانه انتشار سیگنال رادیویی (فضای باز) و هر گیرنده رادیویی واقع در ناحیه تحت پوشش ایستگاه، یک پیوند رادیویی یک طرفه را تشکیل می دهند و مجموع این پیوندهای رادیویی یک پخش است. شبکه.

ارتباط رادیویی دو طرفه به معنای امکان انتقال و دریافت اطلاعات توسط هر ایستگاه رادیویی است. این به دو مجموعه تجهیزات ارتباطی یک طرفه نیاز دارد. هر نقطه باید هم فرستنده و هم گیرنده داشته باشد. ارتباط دو طرفه می تواند ساده و دوطرفه باشد (شکل 1.1). با ارتباطات رادیویی سیمپلکس، انتقال و دریافت در هر ایستگاه رادیویی به نوبه خود انجام می شود. فرستنده های رادیویی در نقاط انتهایی خط ارتباطی در این حالت با یک فرکانس کار می کنند و گیرنده ها نیز بر روی همان فرکانس تنظیم می شوند.در ارتباطات رادیویی دوبلکس، انتقال رادیویی همزمان با دریافت انجام می شود. برای هر پیوند رادیویی دوبلکس باید دو فرکانس مختلف تخصیص داده شود. این کار به گونه ای انجام می شود که گیرنده سیگنال ها را فقط از فرستنده از نقطه مقابل دریافت می کند و سیگنال هایی را از فرستنده رادیویی خود دریافت نمی کند. فرستنده و گیرنده های رادیویی هر دو خبرنگار رادیویی دوبلکس در تمام مدتی که پیوند رادیویی کار می کند روشن هستند.

ارتباط ساده معمولاً در حضور جریان های اطلاعاتی نسبتاً کوچک استفاده می شود. برای سیستم های انتقال با بار اطلاعاتی زیاد، ارتباط دوطرفه معمولی است.

اگر نیاز به ارتباط رادیویی با تعداد زیادی از خبرنگاران باشد، یک شبکه رادیویی سازماندهی می شود (شکل 1.2). در این مورد، یک ایستگاه رادیویی، به نام اصلی، می تواند پیام هایی را برای یک یا چند خبرنگار زیرمجموعه ارسال کند. اپراتور رادیویی آن حالت عملکرد در شبکه رادیویی را کنترل می کند و مستقیماً ترتیب ارسال ایستگاه های برده را تنظیم می کند. دومی، با مجوز مناسب، می تواند نه تنها با ایستگاه رادیویی اصلی، بلکه بین خود تبادل اطلاعات کند. این گزینه برای سازماندهی یک شبکه رادیویی می تواند بر اساس یک سیمپلکس پیچیده (به شکل 1.2، a) و یک دوبلکس پیچیده (نگاه کنید به شکل 1.2، b) ساخته شود. در حالت اول، می توان از ایستگاه های رادیویی (فرستنده های رادیویی) که بر روی همان موج (فرکانس) رادیویی (متداول) کار می کنند، استفاده کرد. در حالت دوم، ایستگاه رادیویی اصلی روی یک فرکانس ارسال می‌کند و در چندین فرکانس (با توجه به تعداد ایستگاه‌های رادیویی برده) دریافت می‌کند.

هر پیوند رادیویی برای انتقال اطلاعات (ارتباط، صدا یا پخش تلویزیونی) حاوی دستگاه های ارسال و دریافت رادیویی مجهز به آنتن در انتهای آن است. آنتن فرستنده سیگنال الکتریکی فرستنده را به صورت موج رادیویی تابش می کند. آنتن گیرنده موج رادیویی را دریافت می کند و از خروجی آن یک سیگنال الکتریکی به ورودی گیرنده وارد می شود. خطوط انتقال انرژی الکترومغناطیسی که آنتن را به فرستنده یا گیرنده رادیویی متصل می کند، فیدر نامیده می شود. دستگاه های تغذیه کننده آنتن عناصر بسیار مهم یک پیوند رادیویی هستند. در عمل، آنتن هایی با عملکرد جهت دار اغلب استفاده می شوند. هنگام ارسال، یک آنتن جهت دار انرژی امواج رادیویی را در جهت خاصی تابش می کند. هرچه جهت دهی آنتن بیشتر باشد، قدرت فرستنده کمتر است، امکان ارتباط رادیویی وجود دارد. دریافت آنتن های جهت دار باعث افزایش نسبت سیگنال به نویز در ورودی دستگاه گیرنده می شود که کاهش توان مورد نیاز فرستنده رادیویی را نیز ممکن می سازد.

عملکرد موفقیت آمیز پیوندهای رادیویی نه تنها به ویژگی های طراحی و کیفیت ساخت تجهیزات رادیویی بستگی دارد. در هنگام ساخت و بهره برداری از پیوندهای رادیویی، لازم است ویژگی های انتشار امواج رادیویی در مسیر از فرستنده به آنتن گیرنده در نظر گرفته شود. این ویژگی ها بسته به محدوده فرکانس متفاوت است.

امواج رادیویی روی خطوط رادیویی در شرایط طبیعی منتشر می شوند و این شرایط متنوع و قابل تغییر است. اول از همه باید مد نظر داشت که زمین گرد است. در مسیر فرستنده تا آنتن گیرنده، امواج رادیویی باید دور برآمدگی زمین بچرخند.

نوسانات الکترومغناطیسی به خودی خود حامل اطلاعات نیستند. برای انتقال اطلاعات، لازم است پیامی بر روی نوسانات الکترومغناطیسی حک شود، یعنی. از نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا فقط به عنوان حامل پیام حاوی اطلاعات استفاده کنید. برای این منظور، لازم است یک یا چند پارامتر موج حامل (مثلاً دامنه، فرکانس، فاز و سایر پارامترها) را مطابق با تغییرات پیام تغییر دهید. سپس یک نوسان با فرکانس بالا به دست می آید. در مورد پارامترهای متغیر با زمان بر اساس قانون پیام ارسالی. فرآیند در نظر گرفته شده مدولاسیون نامیده می شود.

بنابراین، هر دستگاه فرستنده رادیویی باید از یک ژنراتور نوسان الکتریکی متصل به یک آنتن فرستنده و یک مدولاتور تشکیل شده باشد که با آن مدولاسیون انجام می شود.

در نقطه دریافت باید دستگاهی وجود داشته باشد که انرژی امواج الکترومغناطیسی را به انرژی نوسانات الکتریکی تبدیل کند، یعنی. آنتن دریافت آنتن امواج الکترومغناطیسی ساطع شده توسط فرستنده های مختلف که در فرکانس های مختلف کار می کنند را می گیرد. برای دریافت سیگنال تنها از یک ایستگاه، باید دستگاهی انتخابی داشته باشیم که بتواند تنها نوساناتی را که توسط ایستگاه رادیویی مورد نظر ارسال می شود، از نوسانات فرکانس های مختلف جدا کند. برای حل این مشکل از مدارهای نوسانی الکتریکی استفاده می شود که با فرکانس ایستگاه رادیویی دریافتی تنظیم می شوند.

نوسانات فرکانس بالا که با کمک مدار نوسانی انتخاب می شوند باید در معرض تبدیل معکوس قرار گیرند. از آنها جریان یا ولتاژهایی را بدست آورید که مطابق با قانون مدولاسیون نوسانات الکتریکی در فرستنده رادیویی تغییر می کند. برای حل این مشکل، گیرنده باید دستگاه خاصی به نام آشکارساز داشته باشد.

در نهایت، سیگنال انتخاب شده باید به دستگاه پایانه ای وارد شود که آن را ضبط کند یا به شخص اجازه دهد آن را به صورت صدا یا نور (تصویر) درک کند.

انتشار امواج رادیویی در شرایط زمینی

تابش امواج رادیویی

هر بار الکتریکی نوسانی منبع میدان الکترومغناطیسی متناوب است که به فضای اطراف تابش می کند. انتشار یک موج الکترومغناطیسی توسط بار را می توان به صورت زیر توضیح داد. دو توپ رسانا را در فاصله L از یکدیگر در نظر بگیرید (شکل 1.3). به چنین سیستمی دوقطبی الکتریکی می گویند. پس از خاموش کردن ژنراتور، توپ ها شارژ و تخلیه می شوند. در این حالت، جریان های شارژ و تخلیه ظرفیت خازنی ایجاد شده توسط توپ ها از طریق سیم L جریان می یابد. ظرفیت توپ ها بسیار بیشتر از ظرفیت قطعات ab و cd سیم L است، بنابراین جریان جابجایی بین بخش های سیم را می توان نادیده گرفت. می توانیم فرض کنیم که جریان رسانایی که در سیم L جریان دارد فقط از طریق جریان جابجایی که در فضای بین توپ ها جریان دارد بسته می شود. در این حالت، دامنه جریان در امتداد سیم L ثابت می ماند. چنین دوقطبی الکتریکی دوقطبی هرتزی نامیده می شود.

روی انجیر 1.3 به صورت گرافیکی توزیع دامنه جریان را در امتداد سیم دوقطبی نشان می دهد. همین شکل خطوط نیروی میدان الکتریکی دوقطبی را برای لحظه ای که توپ ها شارژ می شوند نشان می دهد. خطوط جریان جابجایی مانند خطوط میدان الکتریکی در فضای N قرار دارند. هنگامی که ژنراتور r کار می کند، جریان جابجایی متناوب باعث پیدایش یک میدان مغناطیسی متناوب می شود که خطوط نیروی آن خطوط جریان جابجایی را احاطه کرده است. به نوبه خود، میدان مغناطیسی متناوب، طبق قانون القای الکترومغناطیسی، باعث پیدایش میدان الکتریکی متناوب و جریان جابجایی مربوطه در فضای اطراف و غیره می شود. فرآیند در نظر گرفته شده در محیط خودپایدار منتشر می شود. به عنوان مثال، اگر ژنراتوری که دوقطبی را تغذیه می کند خاموش شود، موج الکترومغناطیسی حاصل به انتشار در محیط ادامه می دهد - جریان جابجایی باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی متناوب می شود که به نوبه خود، یک میدان الکتریکی متناوب و یک جریان جابجایی ایجاد می کند. در مناطق مجاور فضا اگر ژنراتوری که دوقطبی را تحریک می کند، ولتاژی تولید کند که بر اساس قانون هارمونیک U = L/msincof تغییر می کند، میدان الکترومغناطیسی نیز در زمان بر اساس قانون هارمونیک تغییر می کند.

همان فرکانس

ساختار جو زمین

در شرایط زمینی، امواج رادیویی در جو منتشر می شوند. جو بر اساس ارتفاع به سه منطقه تقسیم می شود: تروپوسفر، استراتوسفر و یونوسفر. منطقه پایین تر - تروپوسفر - تا ارتفاع 7 ... 10 کیلومتری در مناطق قطبی و تا 16 ... 18 کیلومتری بالای خط استوا گسترش می یابد. تروپوسفر به استراتوسفر می گذرد که مرز بالایی آن در ارتفاع حدود 50...60 کیلومتری قرار دارد. استراتوسفر در غیاب تقریباً کامل بخار آب با تروپوسفر متفاوت است ، بارش فقط در تروپوسفر تشکیل می شود. تروپوسفر و استراتوسفر فقط بر انتشار VHF تأثیر می گذارند.

بلیط شماره 20

امواج الکترومغناطیسی و

خواص آنها اصول ارتباطات رادیویی و

نمونه هایی از عملی آنها

استفاده کنید

طرح پاسخگویی

1. تعریف. 2. شرایط وقوع. 3. خواص امواج الکترومغناطیسی 4. مدار نوسانی باز 5. مدولاسیون و تشخیص

جیمز ماکسول، دانشمند انگلیسی، بر اساس مطالعه کار تجربی فارادی در مورد الکتریسیته، وجود امواج خاصی را در طبیعت فرض کرد که می توانند در خلاء منتشر شوند.

ماکسول این امواج را نامیدامواج الکترومغناطیسیبه گفته ماکسول:با هر تغییری در میدان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی گردابی ایجاد می‌شود و برعکس،با هر تغییری در میدان مغناطیسی، یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می شود.پس از شروع، فرآیند تولید متقابل میدان های مغناطیسی و الکتریکی باید به طور مداوم ادامه یابد و نواحی بیشتر و بیشتری را در فضای اطراف جذب کند. 31). فرآیند تولید متقابل میدان های الکتریکی و مغناطیسی در صفحات عمود بر یکدیگر رخ می دهد. یک میدان الکتریکی متناوب یک میدان مغناطیسی گردابی ایجاد می کند، یک میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کند.

میدان های الکتریکی و مغناطیسی نه تنها در ماده، بلکه در خلاء نیز می توانند وجود داشته باشند. بنابراین باید امکان انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء وجود داشته باشد.

شرط وقوعامواج الکترومغناطیسی حرکت سریع بارهای الکتریکی است. بنابراین، تغییر در میدان مغناطیسی زمانی رخ می دهد که جریان در هادی تغییر کند، و تغییر در جریان زمانی رخ می دهد که سرعت بارها تغییر می کند، یعنی زمانی که با شتاب حرکت می کنند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء، طبق محاسبات ماکسول، باید تقریباً برابر با 300000 کیلومتر بر ثانیه

برای اولین بار، هاینریش هرتز، فیزیکدان، امواج الکترومغناطیسی را با استفاده از یک شکاف جرقه با فرکانس بالا (ویبراتور هرتز) به دست آورد. هرتز همچنین به طور تجربی سرعت امواج الکترومغناطیسی را تعیین کرد. این با تعریف نظری سرعت موج توسط ماکسول مصادف شد. ساده ترین امواج الکترومغناطیسی — اینها امواجی هستند که در آنها میدان های الکتریکی و مغناطیسی نوسانات هارمونیک همزمان ایجاد می کنند.

البته امواج الکترومغناطیسی تمام خصوصیات اولیه امواج را دارند.

اطاعت می کنند قانون بازتابامواج:

زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است.هنگام حرکت از یک رسانه به رسانه دیگر، شکست می خورند و اطاعت می کنندقانون شکستامواج: نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط داده شده و برابر است با نسبت سرعت امواج الکترومغناطیسی در محیط اول به سرعت امواج الکترومغناطیسی در محیط دوم. متوسطو تماس گرفت ضریب شکستمحیط دوم نسبت به محیط اول

پدیده پراش امواج الکترومغناطیسی، یعنی انحراف جهت انتشار آنها از یک راست، در لبه یک مانع یا هنگام عبور از یک سوراخ مشاهده می شود. امواج الکترومغناطیسی قادر بهدخالت. دخالت - این توانایی امواج منسجم برای روی هم قرار گرفتن است که در نتیجه امواج در برخی مکان ها یکدیگر را تقویت می کنند و در مکان های دیگر — خاموش کردن (امواج منسجم — اینها امواجی هستند که از نظر فرکانس و فاز نوسان یکسان هستند.) امواج الکترومغناطیسی دارایپراکندگی، یعنی زمانی که ضریب شکست محیط برای امواج الکترومغناطیسی به فرکانس آنها بستگی دارد. آزمایشات مربوط به انتقال امواج الکترومغناطیسی از طریق یک سیستم دو توری نشان می دهد که این امواج عرضی هستند.

هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی منتشر می شود، بردارهای شدت E و القای مغناطیسی B بر جهت انتشار موج عمود هستند و متقابلاً بر یکدیگر عمود هستند (شکل 1). 32).

امکان کاربرد عملی امواج الکترومغناطیسی برای برقراری ارتباط بدون سیم توسط 7 مه 1895 فیزیکدان روسی A. Popov. این روز را روز تولد رادیو می دانند. برای اجرای ارتباط رادیویی باید امکان تابش امواج الکترومغناطیسی فراهم شود. اگر امواج الکترومغناطیسی در مدار یک سیم پیچ و یک خازن ایجاد شوند، یک میدان مغناطیسی متناوب با سیم پیچ و یک میدان الکتریکی متناوب مرتبط می شود. — بین صفحات خازن متمرکز شده است. چنین مداری نامیده می شودبسته شده (شکل 33، ولی). یک مدار نوسانی بسته عملاً امواج الکترومغناطیسی را به فضای اطراف تابش نمی کند. اگر مدار از یک سیم پیچ و دو صفحه از یک خازن تخت تشکیل شده باشد، هر چه زاویه این صفحات بیشتر باشد، میدان الکترومغناطیسی آزادتر به فضای اطراف وارد می شود (شکل 2). 33 ب). مورد محدود کننده یک مدار نوسانی باز، برداشتن صفحات به انتهای مخالف سیم پیچ است. چنین سیستمی نامیده می شودمدار نوسانی باز(شکل 33، که در). در واقع مدار از یک سیم پیچ و یک سیم بلند تشکیل شده است- آنتن ها

انرژی نوسانات الکترومغناطیسی ساطع شده (با استفاده از مولد نوسانات پیوسته) با همان دامنه نوسانات جریان در آنتن متناسب با توان چهارم فرکانس نوسان است. در فرکانس های ده ها، صدها و حتی هزاران هرتز، شدت نوسانات الکترومغناطیسی ناچیز است. بنابراین برای اجرای ارتباطات رادیویی و تلویزیونی از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس چند صد هزار هرتز تا صدها مگاهرتز استفاده می شود.

هنگام انتقال گفتار، موسیقی و سایر سیگنال های صوتی توسط رادیو، انواع مختلفی از مدولاسیون نوسانات فرکانس بالا (حامل) استفاده می شود.ماهیت مدولاسیون در این واقعیت نهفته است که نوسانات فرکانس بالا تولید شده توسط ژنراتور مطابق قانون فرکانس پایین تغییر می کند. این یکی از اصول انتقال رادیویی است. اصل دیگر فرآیند معکوس است — تشخیصدر طول دریافت رادیو، نوسانات صدای فرکانس پایین باید از سیگنال مدوله شده دریافت شده توسط آنتن گیرنده فیلتر شود.

با کمک امواج رادیویی، نه تنها سیگنال های صوتی از راه دور، بلکه تصویری از یک جسم نیز مخابره می شود. رادار نقش مهمی در نیروی دریایی مدرن، هوانوردی و فضانوردی دارد. رادار بر اساس خاصیت بازتاب امواج از اجسام رسانا است. (امواج الکترومغناطیسی ضعیف از سطح دی الکتریک و تقریباً به طور کامل از سطح فلزات منعکس می شوند.)

انتقال و دریافت اطلاعات به وسیله امواج الکترومغناطیسی را ارتباط رادیویی می گویند. پیوندهای رادیویی برای مثال برای تلفن رادیویی، انتقال تلگرام، فکس(ها)، پخش و برنامه های تلویزیونی استفاده می شود.

ارتباطات رادیویی یک فرآیند نسبتاً پیچیده است. بنابراین، ما فقط کلی ترین اصول یکی از انواع آن - ارتباط رادیویی تلفنی، یعنی انتقال اطلاعات صوتی، مانند گفتار و موسیقی، با استفاده از امواج الکترومغناطیسی را در نظر خواهیم گرفت. برای دریافت یک نمای کلی از این فرآیند، اجازه دهید به نمودار جریان نشان داده شده در شکل 139 بپردازیم.

برنج. 139. بلوک دیاگرام فرآیند ارتباط رادیویی

شکل 139، a یک دستگاه فرستنده را نشان می دهد که از یک ژنراتور نوسان فرکانس بالا، یک میکروفون، یک دستگاه تعدیل کننده و یک آنتن فرستنده تشکیل شده است.

ارتعاشات صدا (گفتار، موسیقی و ...) وارد میکروفون می شود. آنها توسط یک میکروفون به ارتعاشات الکتریکی به همان شکل امواج صوتی تبدیل می شوند. از میکروفون، ارتعاشات الکتریکی با فرکانس پایین وارد دستگاه تعدیل می شود. نوسانات فرکانس بالا با دامنه ثابت در آنجا از ژنراتور تغذیه می شود.

در دستگاه تعدیل کننده، دامنه نوسانات فرکانس بالا با استفاده از نوسانات الکتریکی فرکانس صوت تغییر می کند (مدولاسیون). در نتیجه، دامنه متغیر می شود و مانند ارتعاشات الکتریکی میکروفون تغییر می کند. چنین نوسانات مدوله شده با دامنه فرکانس بالا، اطلاعاتی در مورد شکل سیگنال صوتی دارند. بنابراین فرکانس نوسانات با فرکانس بالا را حامل می نامند.

فرآیند تغییر دامنه نوسانات فرکانس بالا با فرکانس برابر با فرکانس سیگنال صوتی را مدولاسیون دامنه می گویند.

تحت تأثیر نوسانات مدوله شده با فرکانس بالا، یک جریان متناوب با فرکانس بالا در آنتن فرستنده ایجاد می شود. این جریان یک میدان الکترومغناطیسی در فضای اطراف آنتن ایجاد می کند که به صورت امواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود و به آنتن گیرنده های رادیویی می رسد.

شما قبلاً می دانید که قدرت یک موج الکترومغناطیسی با توان چهارم فرکانس آن متناسب است: Р ~ v 4 .

امواج الکترومغناطیسی صوت، یعنی فرکانس‌های پایین (از 16 تا 20000 هرتز) قدرت پایینی دارند و پس از تابش خیلی سریع تحلیل می‌روند. دلیل لزوم استفاده از امواج رادیویی مدوله شده است که به دلیل فرکانس حامل بالا، در فواصل طولانی منتشر می شود و در عین حال حاوی اطلاعاتی در مورد شکل ارتعاشات صوتی ارسالی است.

همانطور که از شکل 139، b مشاهده می شود، گیرنده رادیویی شامل یک آنتن گیرنده، یک مدار نوسانی تشدید کننده دریافت کننده و یک آشکارساز است - عنصری که جریان متناوب را تنها در یک جهت عبور می دهد.

آنتن گیرنده امواج را از بسیاری از ایستگاه های رادیویی دریافت می کند. اما هر ایستگاه رادیویی فقط بر روی یک فرکانس حامل کاملاً تعریف شده که به آن اختصاص داده شده پخش می کند.

با تنظیم گیرنده رادیویی خود بر روی فرکانس ایستگاه رادیویی مورد نظر، فرکانس طبیعی مدار نوسانی موجود در گیرنده را طوری تغییر می دهید که با فرکانس حامل ایستگاه رادیویی داده شده برابر باشد، یعنی مدار تنظیم شود. در رزونانس با نوسانات ایجاد شده در این ایستگاه رادیویی. در این حالت، دامنه نوسانات ایستگاه رادیویی انتخاب شده در مدار گیرنده شما در مقایسه با دامنه نوسانات دریافتی از ایستگاه های رادیویی پخش کننده در فرکانس های حامل دیگر، حداکثر خواهد بود. این دومین هدف فرکانس حامل است - توانایی تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی مورد نظر را فراهم می کند.

الکساندر استپانوویچ پوپوف (1859-1906)
فیزیکدان روسی، مهندس برق، مخترع رادیو. یک مولد نوسانات الکترومغناطیسی طراحی کرد. یک آنتن گیرنده اختراع کرد و اولین گیرنده رادیویی جهان را ساخت

ارتعاشات دریافتی ابتدا تقویت می شوند. سپس، برای تبدیل نوسانات مدوله شده با فرکانس بالا به صدا، تشخیص انجام می شود، یعنی فرآیند برعکس مدولاسیون است. تشخیص در دو مرحله انجام می شود: اول، با کمک یک آشکارساز (که عنصری با رسانش یک طرفه است)، یک جریان ضربانی با فرکانس بالا از نوسانات مدوله شده با فرکانس بالا به دست می آید (شکل 140، a). و سپس در دینامیک این جریان صاف شده و به نوسانات فرکانس صوت تبدیل می شود (شکل 140b). امکان استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای انتقال سیگنال های رادیویی 1 اولین بار در سال 1889 توسط الکساندر استپانوویچ پوپوف اشاره شد. در سال 1896 با کمک یک فرستنده و گیرنده سیگنال های رادیویی طراحی شده توسط او، اولین رادیوگرام جهان را که از دو کلمه "هاینریش هرتز" تشکیل شده بود، ارسال کرد.

برنج. 140. نمودار ارتعاشات مدوله شده با فرکانس بالا و ارتعاشات صوتی

هنگام انتقال برنامه های تلویزیونی، نوسانات با فرکانس بالا نه تنها توسط صدا، بلکه توسط ویدئو نیز تعدیل می شود. این کار با استفاده از یک لوله انتقال تلویزیون انجام می شود که تصویر نوری را به امواج الکترومغناطیسی تبدیل می کند. نوسانات فرکانس بالا که به این روش مدوله می شوند حاوی اطلاعاتی در مورد صدا و تصویر هستند.

تلویزیون از فرکانس های حامل بالاتر (در حدود میلیاردها هرتز) استفاده می کند.

سوالات

1. ارتباط رادیویی چیست؟
2. 2-3 مثال از استفاده از پیوندهای رادیویی را ذکر کنید.
3. با استفاده از شکل های 139 و 140 اصول ارتباطات رادیویی تلفنی را شرح دهید.
4. به چه فرکانسی فرکانس حامل می گویند؟
5. فرآیند مدولاسیون دامنه نوسانات الکتریکی چگونه است؟
6. چرا امواج الکترومغناطیسی فرکانس های صوتی در ارتباطات رادیویی استفاده نمی شود؟
7. فرآیند تشخیص لرزش چیست؟

تمرین 43

دوره نوسانات بار در آنتنی که امواج رادیویی ساطع می کند 10 -7 ثانیه است. فرکانس این امواج رادیویی را تعیین کنید.

1 سیگنال های رادیویی - امواج الکترومغناطیسی که برای دوره های زمانی کوتاه در محدوده فرکانس 104 تا 1010 کیلوهرتز ساطع می شوند.

امکان کاربرد عملی امواج الکترومغناطیسی برای برقراری ارتباط بدون سیم در 7 مه 1895 توسط فیزیکدان مشهور روسی الکساندر استپانوویچ پوپوف (1859-1906) نشان داده شد. این روز را روز تولد رادیو می دانند.

گیرنده A. S. Popov شامل یک آنتن 1، یک منسجم 2، یک رله الکترومغناطیسی 3، یک زنگ الکتریکی 4 و یک منبع جریان مستقیم 5 بود (شکل 245). امواج الکترومغناطیسی باعث ایجاد نوسانات اجباری جریان و ولتاژ در آنتن می شود. یک ولتاژ متناوب از آنتن به دو الکترود اعمال شد که در یک لوله شیشه ای پر از براده های فلزی قرار داشتند. این لوله منسجم است. یک رله الکترومغناطیسی و یک منبع جریان مستقیم به صورت سری به منسجم متصل شدند.

به دلیل تماس های ضعیف بین خاک اره، مقاومت منسجم معمولا زیاد است، بنابراین جریان الکتریکی در مدار کم است و رله مدار زنگ را نمی بندد. تحت عمل یک ولتاژ متناوب فرکانس بالا در منسجم، تخلیه الکتریکی بین خاک اره منفرد رخ می دهد، ذرات خاک اره پخته شده و مقاومت آن 100-200 برابر کاهش می یابد. قدرت جریان در سیم پیچ رله الکترومغناطیسی افزایش می یابد و رله زنگ الکتریکی را روشن می کند. نحوه دریافت موج الکترومغناطیسی توسط آنتن به این ترتیب ثبت می شود.

ضربه چکش زنگ به منسجم، خاک اره را تکان داد و آن را به حالت اولیه بازگرداند، گیرنده دوباره آماده ثبت امواج الکترومغناطیسی شد.

مدار نوسانی باز

برای اجرای ارتباط رادیویی باید امکان تابش امواج الکترومغناطیسی فراهم شود. اگر نوسانات الکترومغناطیسی در مدار یک سیم پیچ و یک خازن رخ دهد، یک میدان مغناطیسی متناوب با سیم پیچ مرتبط است و یک میدان الکتریکی متناوب در فضای بین صفحات خازن متمرکز می شود (شکل 246، a). به چنین مداری بسته می گویند. یک مدار نوسانی بسته عملاً امواج الکترومغناطیسی را به فضای اطراف تابش نمی کند.

اگر مدار از یک سیم پیچ و دو صفحه خازن مسطح تشکیل شده باشد که موازی یکدیگر نباشند، زاویه این صفحات بیشتر است.

میدان الکترومغناطیسی آزادتر وارد فضای اطراف می شود (شکل 246، ب).

مورد محدود کننده باز کردن مدار نوسانی، برداشتن صفحات خازن به انتهای مخالف سیم پیچ مستقیم است. چنین سیستمی مدار نوسانی باز نامیده می شود (شکل 246، ج). تصویر صفحات خازن در انتهای سیم پیچ یک مدار نوسانی باز در شکل 246 تنها یک قرارداد است. در واقعیت، مدار از یک سیم پیچ و یک سیم بلند - یک آنتن تشکیل شده است. یک سر آنتن به زمین متصل است، دیگری بالاتر از سطح زمین قرار دارد.

سیم پیچ آنتن دارای یک اتصال القایی با سیم پیچ مدار نوسانی ژنراتور نوسانات الکترومغناطیسی میرا نشده است. نوسانات اجباری با فرکانس بالا در آنتن یک میدان الکترومغناطیسی متناوب در فضای اطراف ایجاد می کند. با سرعت امواج الکترومغناطیسی از آنتن منتشر می شود.

انرژی امواج الکترومغناطیسی تابشی با همان دامنه نوسانات جریان در آنتن با توان چهارم فرکانس نوسان متناسب است. در فرکانس های ده ها، صدها و حتی هزاران هرتز، شدت تابش امواج الکترومغناطیسی ناچیز است. بنابراین برای اجرای ارتباطات رادیویی و تلویزیونی از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس چند صد هزار هرتز تا صدها هزار مگاهرتز استفاده می شود.

مدولاسیون دامنه.

هنگام انتقال گفتار، موسیقی و سایر سیگنال های صوتی توسط رادیو، انواع مختلفی از مدولاسیون نوسانات هارمونیک با فرکانس بالا استفاده می شود.

برای اجرای مدولاسیون دامنه نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا

(شکل 247، الف) یک سیم پیچ ترانسفورماتور به صورت سری به مدار نوسانی در مدار الکتریکی ژنراتور ترانزیستور متصل شده است (شکل 248). یک ولتاژ متناوب فرکانس صوتی به سیم پیچ دوم ترانسفورماتور، به عنوان مثال، پس از تقویت لازم از خروجی میکروفون تامین می شود. جریان متناوب در سیم پیچ دوم ترانسفورماتور باعث می شود ولتاژ متناوب در انتهای سیم پیچ اول ترانسفورماتور ظاهر شود. ولتاژ متناوب فرکانس صوتی (شکل 247، ب) به ولتاژ ثابت منبع جریان اضافه می شود. تغییرات ولتاژ بین امیتر و کلکتور ترانزیستور منجر به تغییرات با فرکانس صوتی در دامنه نوسانات جریان فرکانس بالا در مدار ژنراتور می شود (شکل 247، ج). چنین نوسانات فرکانس بالایی را مدوله شده با دامنه می نامند.

آنتن فرستنده رادیویی به صورت القایی به مدار نوسانی ژنراتور متصل می شود. نوسانات جریان بالا اجباری

فرکانس های رخ داده در آنتن امواج الکترومغناطیسی ایجاد می کنند.

رادیو

امواج الکترومغناطیسی ساطع شده از آنتن فرستنده رادیویی باعث نوسانات اجباری الکترون های آزاد در هر رسانایی می شود. ولتاژ بین انتهای هادی که در آن موج الکترومغناطیسی نوسانات اجباری جریان الکتریکی را تحریک می کند، متناسب با طول هادی است. بنابراین، برای دریافت امواج الکترومغناطیسی در ساده ترین گیرنده رادیویی آشکارساز، از یک سیم بلند - آنتن گیرنده 1 استفاده می شود (شکل 249). نوسانات اجباری در آنتن توسط امواج الکترومغناطیسی از تمام ایستگاه های رادیویی تحریک می شود. برای گوش دادن به تنها یک انتقال رادیویی، نوسانات ولتاژ مستقیماً به ورودی تقویت کننده هدایت نمی شود، بلکه ابتدا به مدار نوسانی 2 با فرکانس نوسان طبیعی متغیر تغذیه می شود. تغییر در فرکانس طبیعی نوسانات در مدار گیرنده معمولاً با تغییر ظرفیت الکتریکی یک خازن متغیر انجام می شود. هنگامی که فرکانس نوسانات اجباری در آنتن با فرکانس طبیعی نوسانات مدار منطبق است، تشدید رخ می دهد، در حالی که دامنه نوسانات اجباری ولتاژ روی صفحات خازن مدار به حداکثر مقدار خود می رسد. بنابراین، از تعداد زیادی از نوسانات الکترومغناطیسی تحریک شده در آنتن، نوسانات فرکانس مورد نظر متمایز می شود.

با مدار نوسانی گیرنده نوسانات مدوله شده است

فرکانس های بالا به آشکارساز 3 داده می شود. به عنوان آشکارساز، می توانید از دیود نیمه هادی استفاده کنید که جریان متناوب فرکانس بالا را تنها در یک جهت عبور می دهد. پس از عبور از آشکارساز، جریان در مدار طبق قانون نشان داده شده در شکل 250، در زمان تغییر می کند. در طول هر نیم چرخه فرکانس بالا، پالس های جریان خازن 4 را شارژ می کنند، در حالی که خازن به آرامی از طریق مقاومت 5 تخلیه می شود. اگر مقادیر ظرفیت خازن و مقاومت الکتریکی مقاومت به درستی انتخاب شوند، یک جریان از مقاومت عبور می کند، که در زمان با فرکانس صوتی مورد استفاده در ارتعاشات مدولاسیون در فرستنده رادیویی تغییر می کند (شکل 250، b). برای تبدیل ارتعاشات الکتریکی به صدا، یک ولتاژ متناوب فرکانس صدا به تلفن 6 اعمال می شود.

گیرنده رادیویی آشکارساز بسیار ناقص است. حساسیت بسیار پایینی دارد و بنابراین فقط می‌تواند با موفقیت انتقال رادیویی را از ایستگاه‌های رادیویی قدرتمند یا فرستنده‌های رادیویی نزدیک دریافت کند.

برای افزایش حساسیت در گیرنده‌های رادیویی مدرن، سیگنال از مدار نوسانی به ورودی تقویت‌کننده فرکانس بالا (UHF) و از خروجی تقویت‌کننده، نوسانات الکتریکی با فرکانس بالا به آشکارساز وارد می‌شود. برای افزایش قدرت سیگنال صوتی در خروجی گیرنده رادیویی، نوسانات الکتریکی فرکانس صدا از خروجی آشکارساز به ورودی تقویت کننده فرکانس پایین (ULF) وارد می شود.

ولتاژ متناوب فرکانس صوتی از خروجی ULF به سیم پیچ بلندگو الکترودینامیکی - بلندگو عرضه می شود. این بلندگو انرژی AC فرکانس صوتی را به انرژی ارتعاشی صدا تبدیل می کند.

برای تقویت نوسانات الکتریکی فرکانس های بالا و پایین می توان از مدارهایی با لوله های الکترونیکی یا ترانزیستورها استفاده کرد.

نمودار دستگاه ساده ترین گیرنده رادیویی با تقویت کننده های فرکانس های بالا و پایین در شکل 251 نشان داده شده است.

برای تنظیم برای دریافت تنها یک ایستگاه در رادیوهای مدرن، از مدارهای الکترونیکی نسبتاً پیچیده، از جمله ژنراتورهای نوسانات الکترومغناطیسی استفاده می شود. اضافه شدن نوسانات الکتریکی از ژنراتور داخلی گیرنده با نوسانات تحریک شده در مدار گیرنده توسط امواج الکترومغناطیسی از ایستگاه های رادیویی ارسال کننده به شما امکان می دهد گیرنده را در محدوده بسیار باریکی از فرکانس های دریافتی تنظیم کنید. نوسانگر داخلی در گیرنده را نوسانگر محلی و گیرنده ای با چنین نوسانگر را گیرنده رادیویی سوپرهتروداین می نامند.

تلویزیون.

با کمک امواج رادیویی، نه تنها سیگنال های صوتی، بلکه تصاویر یک شی نیز از راه دور مخابره می شود. اصل انتقال تصاویر سیاه و سفید و رنگی متحرک با

استفاده از فرستنده و گیرنده تلویزیون به شرح زیر است.

برای انتقال یک فریم از یک تصویر تلویزیونی با استفاده از یک لنز در یک دوربین تلویزیونی، تصویری از یک شیء بر روی صفحه نمایش یک دستگاه الکترووکیوم مخصوص - یک لوله انتقال (شکل 252) به دست می آید. تحت تأثیر نور، قسمت هایی از صفحه نمایش بارهای مثبت پیدا می کنند. یک پرتو الکترونی به صفحه نمایش در داخل لوله انتقال هدایت می شود و به طور دوره ای از چپ به راست در امتداد 625 خط افقی - خط حرکت می کند. در طول حرکت پرتو در امتداد خط، خنثی سازی بارهای الکتریکی در بخش های جداگانه صفحه و در مدار الکتریکی که تفنگ الکترونی و صفحه را به هم متصل می کند، انجام می شود. پالس جریان جریان دارد. تغییرات در قدرت جریان در پالس مطابقت دارد

تغییر در روشنایی صفحه در مسیر پرتو الکترونی.

نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا در فرستنده تلویزیون توسط یک سیگنال پالسی دریافت شده در خروجی لوله فرستنده مدوله شده و به آنتن فرستنده تغذیه می شود. یک آنتن امواج الکترومغناطیسی ساطع می کند.

در یک گیرنده تلویزیون - تلویزیون - یک لوله الکترووکیوم به نام کینسکوپ وجود دارد. در کینسکوپ، تفنگ الکترونی یک پرتو الکترونی ایجاد می کند. الکترون‌ها تحت تأثیر میدان الکتریکی در داخل لوله به سمت صفحه‌ای پوشیده از کریستال‌ها حرکت می‌کنند که می‌توانند تحت تأثیر الکترون‌های متحرک سریع بدرخشند. در مسیر خود به سمت صفحه، الکترون ها از طریق میدان های مغناطیسی دو جفت سیم پیچ واقع در خارج از لوله پرواز می کنند.

میدان مغناطیسی یک جفت سیم پیچ باعث انحراف پرتو الکترونی به صورت افقی، دومی - عمودی می شود. تغییرات دوره ای در قدرت جریان در سیم پیچ ها باعث ایجاد تغییراتی در میدان های مغناطیسی می شود که در نتیجه پرتو الکترونی 625 بار در عرض چند ثانیه از چپ به راست و یک بار از بالا به پایین بر روی صفحه می گذرد (شکل 253).

در طول حرکت پرتو در امتداد خط اول، جریان در پرتو الکترونی توسط سیگنال دریافتی توسط گیرنده از فرستنده در طول حرکت پرتو در لوله فرستنده در امتداد خط اول کنترل می شود. هنگامی که پرتو در امتداد خط دوم حرکت می کند، جریان در پرتو توسط سیگنال خط دوم و غیره کنترل می شود. در نتیجه، پرتو همان تصویری را که توسط لنز روی صفحه ساخته شده است، روی صفحه تلویزیون ترسیم می کند. از لوله انتقال فریم ها با فرکانس 25 فریم در ثانیه به دنبال یکدیگر می آیند، دنباله ای از فریم های متوالی با نرخ فریم بالا توسط چشم انسان به عنوان حرکت مداوم درک می شود.

پخش تلویزیونی در محدوده 50 مگاهرتز تا 230 مگاهرتز انجام می شود. در این محدوده، امواج الکترومغناطیسی تقریباً فقط در محدوده دید منتشر می شوند. بنابراین، برای اطمینان از انتقال سیگنال های تلویزیونی در فواصل طولانی، آنتن های بلند ساخته می شود. آنتن های فرستنده استودیوهای تلویزیون مرکزی اتحاد جماهیر شوروی در بالای برج Ostankino نصب شده است.این ارتفاع دریافت پخش تلویزیونی را در فواصل تا 120 کیلومتری مسکو تضمین می کند.

انتقال سیگنال های تلویزیونی به هر نقطه ای در کشور ما با کمک ماهواره های مصنوعی زمین رله در سامانه Orbita انجام می شود.

انتقال و دریافت تصاویر رنگی مستلزم استفاده از سیستم های تلویزیونی پیچیده تری است. به جای یک لوله فرستنده، لازم است از سه لوله برای انتقال سیگنال های سه تصویر تک رنگ - قرمز، آبی و سبز استفاده شود.

برخلاف تلویزیون های سیاه و سفید، صفحه نمایش کینسکوپ یک تلویزیون رنگی با سه نوع کریستال فسفر پوشانده شده است. برخی از کریستال ها هنگامی که با پرتو الکسرون برخورد می کنند، قرمز می درخشند، برخی دیگر آبی و برخی دیگر سبز می شوند. این کریستال ها به ترتیب دقیق روی شیر قرار دارند. سیگنال ها از فرستنده تلویزیون به سه تفنگ پرتو کاتدی ارسال می شود.

در یک صفحه تلویزیون رنگی، سه پرتو به طور همزمان سه تصویر قرمز، سبز و آبی ایجاد می کنند. پوشش این تصاویر، متشکل از نقاط درخشان کوچک، توسط چشم انسان به عنوان یک تصویر چند رنگ با تمام سایه های رنگ درک می شود. درخشش همزمان کریستال ها در یک مکان با نور آبی، قرمز و سبز توسط چشم به عنوان سفید درک می شود. بنابراین، تصاویر سیاه و سفید را می توان روی صفحه تلویزیون رنگی نیز نمایش داد.

انتشار امواج رادیویی

ارتباط رادیویی بر روی امواج بلند متوسط ​​کوتاه و فوق کوتاه انجام می شود. امواج رادیویی با طول موج های مختلف به طور متفاوتی در سطح زمین منتشر می شوند.

امواج بلند به دلیل پراش بسیار فراتر از افق مرئی منتشر می شوند. امواج رادیویی موج بلند را می توان در فواصل طولانی فراتر از خط دید مستقیم آنتن دریافت کرد.

امواج متوسط ​​پراش کمتری را در سطح زمین تجربه می‌کنند و با پراش در فواصل کوتاه‌تری فراتر از خط دید منتشر می‌شوند. امواج کوتاه حتی کمتر قادر به پراش در نزدیکی سطح زمین هستند، اما می توان آنها را در هر نقطه از سطح زمین دریافت کرد. انتشار امواج رادیویی کوتاه در فواصل طولانی از یک ایستگاه رادیویی فرستنده با توانایی آنها در انعکاس از یونوسفر توضیح داده می شود.

یونوسفر قسمت بالایی جو است که از فاصله حدود 50 کیلومتری از سطح زمین شروع می شود.

عبور از پلاسمای بین سیاره ای در فواصل 70-80 هزار کیلومتری. یکی از ویژگی های یونوسفر غلظت بالای ذرات باردار آزاد در آن است - یون ها و الکترون ها. یونیزاسیون لایه های بالایی جو توسط تابش اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس خورشید ایجاد می شود. حداکثر مقادیر تعداد الکترون های آزاد در یونوسفر الکترون ها در یک سانتی متر مکعب در ارتفاعات 250-400 کیلومتری از سطح زمین به دست می آید.

لایه رسانای جو زمین - یونوسفر - قادر به جذب و بازتاب امواج الکترومغناطیسی است. امواج رادیویی بلند به خوبی از یونوسفر منعکس می شوند. این پدیده همراه با پراش باعث افزایش دامنه انتشار امواج بلند می شود. امواج رادیویی کوتاه نیز به خوبی توسط یونوسفر منعکس می شوند. بازتاب های متعدد امواج رادیویی کوتاه از یونوسفر و سطح زمین، ارتباط رادیویی موج کوتاه را بین هر نقطه روی زمین ممکن می کند (شکل 254).

امواج فوق کوتاه (UHF) توسط یونوسفر منعکس نمی شوند و در اثر پراش به اطراف سطح زمین نمی چرخند (شکل 255). بنابراین، ارتباط در VHF

فقط در محدوده دید آنتن فرستنده انجام می شود.

رادار

ارتباطات رادار نقش مهمی در نیروی دریایی مدرن، هوانوردی و فضانوردی ایفا می کند. رادار بر اساس خاصیت بازتاب امواج رادیویی از اجسام رسانا است.

اگر فرستنده رادیویی برای مدت بسیار کوتاهی روشن و سپس خاموش شود، پس از مدتی با کمک گیرنده رادیویی می توان بازگشت امواج رادیویی منعکس شده از اجسام رسانا دور از ایستگاه رادیویی را ثبت کرد.

با اندازه گیری مدت زمان فاصله زمانی بین لحظات خروج و بازگشت امواج الکترومغناطیسی با کمک تجهیزات الکترونیکی، می توان مسیر طی شده توسط امواج رادیویی را تعیین کرد: جایی که c سرعت موج الکترومغناطیسی است. از آنجایی که امواج مسیر بدن و برگشت را طی می کردند، فاصله تا جسمی که امواج رادیویی را منعکس می کرد برابر با نصف این مسیر است:

برای تعیین نه تنها فاصله بدن، بلکه موقعیت آن در فضا، ارسال امواج رادیویی در یک پرتو باریک ضروری است. یک پرتو باریک از امواج رادیویی با استفاده از یک آنتن با شکل نزدیک به کروی ایجاد می شود. برای اینکه آنتن رادار یک پرتو باریک از امواج رادیویی ایجاد کند، از امواج فوق کوتاه در رادار استفاده می شود.

به عنوان مثال برای تعیین موقعیت یک هواپیما، آنتن رادار به سمت هواپیما گرفته شده و مولد امواج الکترومغناطیسی برای مدت بسیار کوتاهی روشن می شود. امواج الکترومغناطیسی از هواپیما خارج می شوند و به رادار باز می گردند. سیگنال رادیویی منعکس شده توسط همان آنتن دریافت می شود، از فرستنده جدا شده و به گیرنده متصل می شود (شکل 256). زاویه چرخش آنتن رادار جهت هواپیما را تعیین می کند. رادار نصب شده بر روی هواپیما امکان اندازه گیری ارتفاعی که هواپیما در آن قرار دارد را در زمان عبور امواج رادیویی به سطح زمین و عقب اندازه گیری می کند.

آب و زمین، خاک خشک و مرطوب، ساختمان های شهری و ارتباطات حمل و نقل امواج رادیویی را به طرق مختلف منعکس می کنند. این اجازه می دهد تا از ابزارهای رادار در هواپیما نه تنها برای اندازه گیری فاصله تا

سطح زمین، بلکه برای دریافت نوعی نقشه راداری از منطقه ای که هواپیما بر فراز آن پرواز می کند. خلبان هواپیما این نقشه را روز و شب، در هوای صاف و در شرایط ابری دریافت می کند، زیرا ابرها مانعی برای امواج الکترومغناطیسی نیستند.

روش‌های راداری دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌ها را از فاصله زمین تا لوئیزا و سیارات عطارد، زهره، مریخ و مشتری انجام داده‌اند.

جیمز ماکسول، دانشمند انگلیسی، بر اساس مطالعه کار تجربی فارادی در مورد الکتریسیته، وجود امواج خاصی را در طبیعت فرض کرد که می توانند در خلاء منتشر شوند. ماکسول این امواج را امواج الکترومغناطیسی نامید. طبق عقاید ماکسول: با هر تغییری در میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی گردابی به وجود می آید و برعکس، با هر تغییری در میدان مغناطیسی، میدان الکتریکی گردابی پدید می آید. پس از شروع، فرآیند تولید متقابل میدان های مغناطیسی و الکتریکی باید به طور مداوم ادامه یابد و نواحی بیشتر و بیشتری را در فضای اطراف جذب کند (شکل 42). فرآیند تولید متقابل میدان های الکتریکی و مغناطیسی در صفحات عمود بر یکدیگر رخ می دهد. یک میدان الکتریکی متناوب یک میدان مغناطیسی گردابی ایجاد می کند، یک میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کند.

میدان های الکتریکی و مغناطیسی نه تنها در ماده، بلکه در خلاء نیز می توانند وجود داشته باشند. بنابراین باید امکان انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء وجود داشته باشد.

شرط ظهور امواج الکترومغناطیسی، حرکت شتابان بارهای الکتریکی است. بنابراین، تغییر در میدان مغناطیسی رخ می دهد

هنگامی که جریان در هادی تغییر می کند، و تغییر در جریان زمانی رخ می دهد که سرعت بارها تغییر می کند، یعنی زمانی که با شتاب حرکت می کنند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء طبق محاسبات ماکسول باید تقریباً برابر با 300000 کیلومتر بر ثانیه باشد.

برای اولین بار، هاینریش هرتز، فیزیکدان، امواج الکترومغناطیسی را با استفاده از یک شکاف جرقه با فرکانس بالا (ویبراتور هرتز) به دست آورد. هرتز همچنین به طور تجربی سرعت امواج الکترومغناطیسی را تعیین کرد. این با تعریف نظری سرعت موج توسط ماکسول مصادف شد. ساده ترین امواج الکترومغناطیسی امواجی هستند که در آن میدان های الکتریکی و مغناطیسی نوسانات هارمونیک سنکرون ایجاد می کنند.

البته امواج الکترومغناطیسی تمام خصوصیات اولیه امواج را دارند.

آنها از قانون بازتاب موج پیروی می کنند: زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است. هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، آنها شکست می خورند و از قانون شکست امواج پیروی می کنند: نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو رسانه داده شده و برابر با نسبت است. از سرعت امواج الکترومغناطیسی در محیط اول به سرعت امواج الکترومغناطیسی در محیط دوم و ضریب شکست محیط دوم نسبت به محیط اول نامیده می شود.

پدیده پراش امواج الکترومغناطیسی، یعنی انحراف جهت انتشار آنها از یک راست، در لبه یک مانع یا هنگام عبور از یک سوراخ مشاهده می شود. امواج الکترومغناطیسی قادر به تداخل هستند. تداخل توانایی امواج منسجم برای روی هم قرار گرفتن است که در نتیجه امواج در برخی مکان ها یکدیگر را تقویت می کنند و در مکان های دیگر یکدیگر را خنثی می کنند. (امواج همدوس امواجی هستند که فرکانس و فاز نوسان یکسانی دارند.) امواج الکترومغناطیسی پراکندگی دارند، یعنی زمانی که ضریب شکست محیط برای امواج الکترومغناطیسی به فرکانس آنها بستگی دارد. آزمایشات مربوط به انتقال امواج الکترومغناطیسی از طریق یک سیستم دو توری نشان می دهد که این امواج عرضی هستند.

هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی منتشر می شود، بردارهای شدت E و القای مغناطیسی B بر جهت انتشار موج عمود هستند و متقابلاً بر یکدیگر عمود هستند (شکل 43).

امکان کاربرد عملی امواج الکترومغناطیسی برای برقراری ارتباط بدون سیم در 7 می 1895 توسط فیزیکدان روسی A. Popov نشان داده شد. این روز را روز تولد رادیو می دانند. برای اجرای ارتباط رادیویی باید امکان تابش امواج الکترومغناطیسی فراهم شود. اگر امواج الکترومغناطیسی در مدار یک سیم پیچ و یک خازن ایجاد شوند، یک میدان مغناطیسی متناوب با سیم پیچ همراه است و یک میدان الکتریکی متناوب بین صفحات خازن متمرکز می شود. چنین مداری بسته نامیده می شود (شکل 44، a).

یک مدار نوسانی بسته عملاً امواج الکترومغناطیسی را به فضای اطراف تابش نمی کند. اگر مدار از یک سیم پیچ و دو صفحه از یک خازن تخت تشکیل شده باشد، پس هر چه زاویه ای که این صفحات در آن مستقر می شوند بیشتر باشد، میدان الکترومغناطیسی آزادتر وارد فضای اطراف می شود (شکل 44، ب). مورد محدود کننده یک مدار نوسانی باز، برداشتن صفحات به انتهای مخالف سیم پیچ است. چنین سیستمی مدار نوسانی باز نامیده می شود (شکل 44، ج). در واقعیت، مدار از یک سیم پیچ و یک سیم بلند - یک آنتن تشکیل شده است.

انرژی نوسانات الکترومغناطیسی ساطع شده (با استفاده از مولد نوسانات پیوسته) با همان دامنه نوسانات جریان در آنتن متناسب با توان چهارم فرکانس نوسان است. در فرکانس های ده ها، صدها و حتی هزاران هرتز، شدت نوسانات الکترومغناطیسی ناچیز است. بنابراین برای اجرای ارتباطات رادیویی و تلویزیونی از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس چند صد هزار هرتز تا صدها مگاهرتز استفاده می شود.

هنگام انتقال گفتار، موسیقی و سایر سیگنال های صوتی توسط رادیو، انواع مختلفی از مدولاسیون نوسانات فرکانس بالا (حامل) استفاده می شود. ماهیت مدولاسیون در این واقعیت نهفته است که نوسانات فرکانس بالا تولید شده توسط ژنراتور مطابق قانون فرکانس پایین تغییر می کند. این یکی از اصول انتقال رادیویی است. اصل دیگر فرآیند معکوس - تشخیص است. در طول دریافت رادیو، نوسانات صدای فرکانس پایین باید از سیگنال مدوله شده دریافت شده توسط آنتن گیرنده فیلتر شود.

با کمک امواج رادیویی، نه تنها سیگنال های صوتی از راه دور منتقل می شود، بلکه تصاویر اشیا نیز ارسال می شود. رادار نقش مهمی در نیروی دریایی مدرن، هوانوردی و فضانوردی دارد. رادار بر اساس خاصیت بازتاب امواج از اجسام رسانا است. (امواج الکترومغناطیسی ضعیف از سطح دی الکتریک و تقریباً به طور کامل از سطح فلزات منعکس می شوند.)

موج الکترومغناطیسییک میدان الکترومغناطیسی است که در طول زمان تغییر می کند و در فضا منتشر می شود.

خواص امواج الکترومغناطیسی:

1. در طول حرکت شتاب بارها رخ دهد.

2. عرضی هستند.

3-در خلاء سرعت داشته باشید 3 ٠ 10 8 متر بر ثانیه.

4. انرژی حمل کنید

5. نفوذ و انرژی وابسته به فرکانس است.

6. منعکس شده است.

7. دارای تداخل و پراش.

از خاصیت بازتاب امواج الکترومغناطیسی در رادار استفاده می شود.

رادارتشخیص و مکان یابی اجسام با استفاده از امواج رادیویی است.

نصب رادار (رادار) از قطعات ارسال کننده و دریافت کننده تشکیل شده است.

یک موج الکترومغناطیسی از آنتن فرستنده می آید، به جسم می رسد و منعکس می شود.

رادارها برای اهداف نظامی و همچنین توسط سرویس هواشناسی برای نظارت بر ابرها استفاده می شود. از رادار برای مطالعه سطوح ماه، زهره و سایر سیارات استفاده می شود.

بلیط شماره 13

1. کارهای مکانیکی. قدرت. انرژی؛ انرژی جنبشی؛ انرژی پتانسیل یک جسم در یک میدان گرانشی یکنواخت و انرژی یک جسم تغییر شکل الاستیک؛ قانون بقای انرژی؛ قانون بقای انرژی در فرآیندهای مکانیکی؛ محدودیت های کاربرد قانون بقای انرژی مکانیکی، به عنوان معیاری برای تغییر انرژی مکانیکی بدن عمل می کند.
2. اصول ارتباطات رادیویی: تابش امواج الکترومغناطیسی توسط باری که با شتاب حرکت می کند. مدولاسیون دامنه؛ تشخیص؛ توسعه وسایل ارتباطی؛ رادار
3. وظیفه اعمال معادله حالت یک گاز ایده آل.

سوال 1. کار مکانیکی. قدرت. انرژی جنبشی و پتانسیل. قانون بقای انرژی فرآیندهای مکانیکی.

کار کمیتی است برابر حاصلضرب نیروی وارد شده به جسم در مقدار جابجایی.

A= F*s، جایی که ولی- کار، جی

اف- استحکام - قدرت، اچ

س- جنبش، متر

انرژی مکانیکی حاصل جمع پتانسیل و انرژی جنبشی بدن است: W=W kin *W p

اقوام دبلیو- انرژی جنبشی انرژی حرکت است. هر جسمی که در حرکت باشد دارای این انرژی است: , جایی که متر- وزن بدن (کیلوگرم) V- سرعت (متر بر ثانیه 2)

W p -انرژی پتانسیل (J) انرژی برهمکنش است که به جرم بدن بستگی دارد ( متر) و ارتفاع آن از سطح زمین ( ساعت):

اگر بدن یا سیستمی از اجسام بتواند کار کند، پس انرژی دارد.

انرژییک کمیت فیزیکی است که نشان می دهد یک بدن چقدر کار می تواند انجام دهد.

انرژی با حرف E نشان داده می شود و با ژول (J) اندازه گیری می شود.

انرژی مکانیکی دو نوع است: جنبشی و پتانسیل.

انرژی جنبشیمقداری برابر با نصف حاصلضرب جرم جسم و مجذور سرعت آن نامیده می شود.

انرژی جنبشی انرژی حرکت است. مثلا ماشین در حال حرکت، بالن پرنده و... انرژی جنبشی دارند.

انرژی پتانسیلبا موقعیت بدن نسبت به سایر اجسام یا با آرایش متقابل اجزای همان بدن تعیین می شود.

مقدار برابر حاصل ضرب جرم جسم ضربدر شتاب سقوط آزاد و ارتفاع جسم بالای سطح زمین نامیده می شود. انرژی پتانسیل تعامل بدن و زمین.

مقداری معادل نصف حاصلضرب ضریب الاستیسیته و مجذور تغییر شکل نامیده می شود انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل الاستیک.

به عنوان مثال، یک توپ پرتاب شده به ارتفاع یا یک فنر فشرده دارای انرژی بالقوه است.

برای یک سیستم بسته اجسام، قانون بقای انرژی برآورده می شود: کل انرژی مکانیکی یک جسم یا یک سیستم بسته اجسام ثابت می ماند (اگر نیروهای اصطکاک عمل نکنند).

سوال 2. اصول ارتباطات رادیویی تلفنی. مدولاسیون و تشخیص دامنه ساده ترین گیرنده رادیویی

برای ارتباط رادیویی از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس چند صد هزار هرتز تا صدها هزار مگاهرتز استفاده می شود. چنین امواجی به خوبی توسط آنتن های فرستنده تابش می شوند، در فضا منتشر می شوند و به آنتن گیرنده می رسند.

میکروفون فرستنده امواج صوتی را به ارتعاشات الکتریکی با فرکانس پایین تبدیل می کند که توسط آنتن ساطع نمی شود. این نوسانات به نوساناتی که ژنراتور فرکانس بالا ایجاد می کند اضافه می شود و به دست می آید. نوسانات مدوله شده با دامنه. آنها فرکانس بالا هستند، اما در دامنه مطابق با ارتعاشات صدا تغییر می کنند.

نوسانات مدوله شده دامنه توسط آنتن فرستنده تابش می شود و تا آنتن دریافت. گیرنده است تشخیص- انتخاب سیگنال فرکانس صوتی از نوسانات مدوله شده با فرکانس بالا.

ساده ترین گیرنده از یک آنتن گیرنده، یک مدار نوسانی، یک آشکارساز، یک خازن، یک تقویت کننده و یک بلندگو تشکیل شده است.

آنتن گیرنده با همان فرکانس فرستنده نوسان می کند. برای تنظیم گیرنده رادیویی با فرکانس یک ایستگاه رادیویی، معمولاً استفاده می کنند خازن متغیر. با تغییر در ظرفیت آن، فرکانس طبیعی مدار گیرنده تغییر می کند. هنگامی که این فرکانس با فرکانس برخی از ایستگاه های رادیویی منطبق می شود، رزونانس رخ می دهد - افزایش شدید قدرت جریان.

سپس از مدار نوسانی، نوسانات مدوله شده به آن می رسند آشکارسازکه فقط اجازه می دهد جریان در یک جهت جریان یابد. پس از آشکارساز، جریان ضربان دار می شود. پالس های فعلی تقسیم می شوند: بخشی خازن را شارژ می کند، قسمت دیگر به بلندگو می رود. بین پالس ها، زمانی که جریانی از آشکارساز عبور نمی کند، خازن از طریق بلندگو تخلیه می شود. در نتیجه یک جریان فرکانس صوتی از بار عبور می کند و موسیقی یا گفتار از بلندگو شنیده می شود.

مقیاس تابش الکترومغناطیسی استفاده از تابش الکترومغناطیسی در عمل.

مقیاس امواج الکترومغناطیسی از امواج رادیویی طولانی (λ> 1 کیلومتر) تا پرتوهای γ (λ) گسترش می یابد.<10 -10 м) . Электромагнитные волны различной длины условно делят на диапазоны по различным признакам (способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом).

مرسوم است که موارد زیر را مشخص کنید هفتتابش: تابش فرکانس پایین، تابش رادیویی، اشعه مادون قرمز، نور مرئی، اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما.

تابش فرکانس پایینکمترین فرکانس و طولانی ترین طول موج را دارد. منابع آن جریان های متناوب و ماشین های الکتریکی هستند. این تشعشع به طور ضعیفی توسط هوا جذب می شود و آهن را مغناطیسی می کند. برای ساخت آهنرباهای دائمی در صنعت برق استفاده می شود.

امواج رادیوییدر محدوده فرکانس 10 3 تا 10 11 هرتز قرار دارند. آنها توسط آنتن های فرستنده و همچنین توسط لیزر منتشر می شوند. امواج رادیویی به خوبی در هوا منتشر می شوند، از اجسام فلزی، ابرها منعکس می شوند. امواج رادیویی برای ارتباطات رادیویی و رادار استفاده می شود.

اشعه مادون قرمزفرکانس بالاتری از امواج رادیویی دارد (تا 10 14 هرتز) و توسط تمام اجسام گرم تابش می شود. از میان مه و سایر اجسام مات به خوبی عبور می کند و بر روی عناصر حرارتی اثر می گذارد. برای ذوب، خشک کردن، در دستگاه های دید در شب، در پزشکی استفاده می شود.

نور مرئیدارای فرکانس حدود 10 14 هرتز، طول موج 10 7 متر است. این تنها تشعشع مرئی است. منابع: خورشید، لامپ. نور اجسام اطراف را قابل مشاهده می کند، به پرتوهایی با رنگ های مختلف تجزیه می شود، باعث ایجاد اثر فوتوالکتریک و فتوسنتز می شود.

برای روشنایی استفاده می شود.

اشعه ماوراء بنفشدارای فرکانس 10 14 تا 10 17 هرتز. منابع آن: خورشید، لامپ های کوارتز. این تابش باعث واکنش های فتوشیمیایی می شود، رنگ برنزه روی پوست ایجاد می شود، باکتری ها را از بین می برد و توسط ازن جذب می شود. در پزشکی، در لامپ های تخلیه گاز استفاده می شود.

اشعه ایکسدر طول کاهش شدید الکترون ها در لوله اشعه ایکس تشکیل می شوند. آنها توانایی نفوذ زیادی دارند، به طور فعال روی سلول ها، امولسیون تأثیر می گذارند. آنها در پزشکی، در رادیوگرافی استفاده می شوند.

اشعه گاما (اشعه γ)دارای بالاترین فرکانس (10 19 -10 29 هرتز). آنها در طی واپاشی رادیواکتیو، در طی واکنش های هسته ای تشکیل می شوند. آنها بالاترین توانایی نفوذ را دارند، توسط میدان ها منحرف نمی شوند و سلول های زنده را از بین می برند. آنها در پزشکی، امور نظامی استفاده می شوند.

بلیط شماره 14

1. مفاد اصلی نظریه مولکولی جنبشی و اثبات تجربی آنها. جرم و اندازه مولکول ها
2. نور مانند یک موج الکترومغناطیسی است. سرعت نور. تداخل نور، تجربه یانگ. رنگ های فیلم نازک
3. کار آزمایشی: "اندازه گیری چگالی یک ماده جامد".

سوال 1. مفاد اصلی نظریه مولکولی جنبشی و اثبات تجربی آنها. جرم و اندازه مولکول ها

نظریه جنبشی مولکولی(MKT) دکترین ساختار و خواص ماده است که از مفهوم وجود اتم ها و مولکول ها به عنوان کوچکترین ذرات ماده استفاده می کند.

فناوری اطلاعات و ارتباطات بر سه اصل اساسی استوار است:

1. همه مواد از کوچکترین ذرات تشکیل شده اند: اتم ها و مولکول ها.

2. این ذرات به طور تصادفی حرکت می کنند.

3. ذرات با یکدیگر تعامل دارند.

مفاد اصلی MKT توسط حقایق تجربی تأیید می شود.

وجود اتم ها و مولکول ها به صورت تجربی ثابت شده است، عکس ها با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی گرفته شده است.

توانایی گازها برای انبساط نامحدود و اشغال کل حجم با حرکت آشفته پیوسته مولکول ها توضیح داده می شود. همچنین با انتشار و حرکت براونی توضیح داده می شود.

خاصیت ارتجاعی گازها، جامدات و مایعات، توانایی مایعات در خیس کردن برخی مواد جامد، فرآیندهای رنگ آمیزی، چسباندن، حفظ شکل جامدات نشان دهنده وجود نیروهای جاذبه و دافعه بین مولکول ها است.

جرم و اندازه مولکول ها بسیار کوچک است و استفاده از مقادیر مطلق جرم ها، بلکه از مقادیر نسبی راحت است. جرم اتمی نسبی همه عناصر شیمیایی در جدول تناوبی (در مقایسه با جرم اتم کربن) نشان داده شده است.

مقدار یک ماده حاوی ذرات به تعداد اتم های موجود در 0.012 کیلوگرم کربن نامیده می شود. توسط یک خال.

یک مول از هر ماده حاوی همان تعداد اتم یا مولکول است. این عدد ثابت آووگادرو نامیده می شود: .

جرم یک مول نامیده می شود جرم مولی: .

مقدار یک ماده برابر است با نسبت جرم ماده به جرم مولی آن: .