Физические принципы радиосвязи

Для получения интенсивного электромагнитного излучения теоретически наилучшей системой является прямолинейный провод, в котором возбуждаются незамкнутые переменные токи. Излучатель такого типа был использован в классических опытах Герца (§2.6.). В радиотехнике излучающей системой служит антенна - незамкнутый провод или система проводов, подвешенных высоко над Землей, по которым текут переменные токи.

Низкочастотные токи, применяемые в электротехнике, не годятся для целей радиосвязи по двум причинам. Во-первых, потому, что мощность излучения пропорциональна четвертой степени частоты (формула 2.6.3). Во-вторых, для возбуждения сильных колебаний в антенне используется явление резонанса, а, следовательно, размеры антенны должны быть очень большими.

Действительно, если излучающей антенной служит прямолинейный провод, то для возбуждения основного колебания длина провода должна быть равна . При частоте 10 Гц для длины провода получаем значение 150 км. По этой причине в радиотехнике излучающие антенны питаются токами высокой частоты. В радиовещании пользуются частотами, лежащими в пределах 10⁵ - 10⁸ Гц, чему соответствуют длины волн от 3 км до 3 м. Для решения специальных задач, где существенна острая направленность излучения, применяют дециметровые и сантиметровые волны (частота до 10¹⁰ Гц и выше).

Для осуществления радиосвязи в антенне передающей радиостанции, настроенной в резонанс с генератором
(рис. 2.7.1, а), возбуждаются высокочастотные токи. Электромагнитные волны, излучаемые такой антенной, достигая приемной антенны
(рис. 2.7.1, б), также настроенной в резонанс с генератором, возбуждают в ней токи той же частоты, которые могут быть усилены. Гармонические волны высокой частоты, излучаемые антенной, не только не несут никакой информации, но и не воспринимаются ухом человека, если их преобразовать в звуковые волны той же частоты. Для передачи речи или музыки требуются низкочастотные сигналы с частотами примерно от 100 до нескольких тысяч герц.

Для передачи телеграфных сигналов требуемые частоты еще ниже. Непосредственная передача низкочастотных сигналов радиоволнами тех же частот, как отмечалось выше, невозможна. По этой причине в радиотехнике передача сигналов осуществляется волнами высокой частоты, измененными низкочастотными сигналами. Такое изменение называется модуляцией, а сами волны - модулированными. Модуляция состоит в изменении во времени амплитуды, частоты или фазы колебания. Рассмотрим наиболее простую амплитудную модуляцию.

Если информация не передается, то колебания тока в передающей антенне синусоидальны (рис. 2.7.2, а)

I=I₀sinw t. (2.7.1)

Во время передачи (речь, музыка перед микрофоном) эти колебания преобразуются в

I=I₀[1+f(t)]sinw t, (2.7.1)

где функция f(t) - зависит от передаваемого сигнала. Она называется модулирующей функцией. Простейшая модулирующая функция соответствует передаче чисто музыкального тона, например звучания камертона. В этом случае f(t)=asinWt (рис. 2.7.2, б). Постоянная W называется частотой модуляции, а постоянная a - глубиной модуляции.Подставляя f(t) в формулу (2.7.1), представим модулированное колебание в виде
(рис. 2.7.2, в):

I=I₀ (1+asinW t)sinw t. (2.7.2)