Юный техник, 2012 № 02 - страница 24

На рисунках все размеры даны в миллиметрах.

Мы уже говорили о радио любителях-коротковолновиках и знаем, что они проводят связи, используя радиоволны. Но как любителям удается передать посредством радиоволн телеграф и человеческую речь? И как устроено радиовещание, где передают еще и музыку?

Для передачи по радио звуковые колебания надо превратить в электрические — это делает микрофон.

Амплитуда колебаний соответствует громкости звука, а частота — высоте тона. Лишь некоторые звуки дают колебания, близкие к синусоидальным (например, свист, чистая музыкальная нота). Большинство же звуков дают сложные колебания, которые, тем не менее, можно представить в виде суммы более простых, синусоидальных колебаний, но с разными частотами.

Спектр человеческого голоса содержит частоты от примерно 300 Гц до 3–4 кГц. Для хорошего воспроизведения музыки нужен спектр звуковых частот от 50 Гц до 10–12 кГц. Вообще же человеческое ухо способно слышать в диапазоне от 16 Гц до 16 кГц, и чем ближе к этим значениям границы полосы частот всего тракта передачи, тем естественнее звучание.

Очень интересно присоединить микрофон ко входу электронного осциллографа и понаблюдать за осциллограммами произносимых звуков. Вы увидите, что звуковые колебания чаще всего далеки от синусоидальных и носят импульсный, взрывной характер, когда отдельные всплески сигнала перемежаются продолжительными периодами колебаний с малой амплитудой и паузами (рис. 1).

Рис. 1.Типичная осциллограмма реального звукового сигнала.

Звуковые колебания передаются по проводам (вспомните трансляционные линии и абонентские громкоговорители, которыми еще многие пользуются), записываются на магнитную ленту, грампластинку или компакт-диск, но их нельзя передать в эфир в виде радиоволн: волны получились бы чрезвычайно длинными и создание антенн для них практически нереально.

Для передачи звука в эфир необходимо высокочастотное несущее колебание, или просто несущая, на которую с помощью процесса модуляции накладываются звуковые, низкочастотные колебания. Простейший, и самый древний способ такого наложения — амплитудная модуляция, или сокращенно AM.

Несущая вырабатывается задающим генератором, работающим на отведенной для радиостанции частоте (рис. 2).

Его синусоидальные колебания 1 поступают на модулятор, где взаимодействуют со звуковыми колебаниями 2, образуя модулированный сигнал 3. Последний подается на усилитель мощности, а с его выхода — на антенну радиостанции. Очень часто амплитудную модуляцияю (AM) осуществляют непосредственно в усилителе мощности, изменяя напряжение питания в такт со звуковыми колебаниями.

Очевидно, что при отрицательной полуволне звукового напряжения амплитуда может упасть только до нуля, а при положительной полуволне — возрасти не более чем в два раза (иначе будет перемодуляция и искажения). Это соответствует коэффициенту модуляции (отношению амплитуды колебаний звуковой частоты к амплитуде несущей) m = 1. Это возможно только на пиках звукового сигнала, в среднем же модуляция получается мелкой, a m << 1.

Разберем теперь спектры сигналов при амплитудной модуляции. Говорят, что радиостанция работает на какой-то определенной частоте, например 549 кГц («Маяк» в диапазоне СВ). Но на самом деле сигнал радиостанции занимает некоторую полосу частот вокруг указываемой в справочниках. Для более подробного рассмотрения данного вопроса допустим, что модуляция производится чистым тоном, то есть звуковым сигналом с одной-единственной частотой F.

В этом разделе нам удобнее будет пользоваться не циклическими частотами f и F, соответствующими числу колебаний в секунду, а угловыми частотами ω и Ω, связанными с циклическими простыми соотношениями: ω = 2π∙f∙Ω = 2π∙F. Модулированный АМ-сигнал записывается в виде: s(t) = (1 + m∙cosΩ∙t)∙cosΩ∙t, где m — коэффициент модуляции, m < 1. Это выражение в точности описывает форму сигнала 3 на рисунке 1. Но его можно представить и в другой форме, раскрыв скобки и воспользовавшись известными тригонометрическими формулами для произведения двух косинусов: