Radijas: elektromagnetinių signalų siuntimo ir priėmimo pagrindai
Sužinokite radijo pagrindus: kaip veikia elektromagnetiniai signalai, siųstuvai, imtuvai, transliacija, FM/AM ir nuotolinis valdymas — aiškiai ir praktiškai.
Radijas – tai elektromagnetinių signalų siuntimo dideliu atstumu būdas, kuriuo informacija perduodama iš vienos vietos į kitą. Radijo signalus siunčiantis įrenginys vadinamas siųstuvu, o signalus priimantis įrenginys – imtuvu. Mašina, atliekanti abu šiuos darbus, vadinama siųstuvu-imtuvu (transiveriu). Kai radijo signalai vienu metu siunčiami daugeliui imtuvų, tai vadinama transliacija.
Kaip veikia radijas
Paprastai radijo ryšys susideda iš kelių pagrindinių dalių: signalo šaltinio (pvz., balso arba muzikos), moduliatoriaus, siųstuvo, antenos, lauko perdavimo (bangos) ir imtuvo su antena bei demoduliatoriumi. Siųstuvas paverčia informaciją į elektromagnetines bangas ir siunčia jas per anteną. Imtuvas priima bangas, stiprina jas ir išskiria iš jų atgalą į pradinę informaciją (garsą, vaizdą ar duomenis).
Moduliacijos pagrindai
Informaciją radijo bangose perduodama per moduliaciją – tai procesas, kai keičiamas vienas nešiklio signalų parametras pagal perduodamą informaciją. Dažniausiai sutinkamos moduliacijos:
- Amplitudės moduliacija (AM) – keičiasi nešiklio amplitudė. AM dažnai naudota vidutinio ir trumpųjų bangų radijui.
- Dažnio moduliacija (FM) – keičiasi nešiklio dažnis. FM suteikia geresnę garso kokybę ir mažiau trikdžių, todėl plačiai naudojama muzikinėms stočioms.
- Skaitmeninės moduliacijos (pvz., QAM, PSK, OFDM) – pagal jas siunčiami skaitmeniniai duomenys, naudojami Wi‑Fi, mobiliajame ryšyje ir skaitmeniniame radijuje (DAB).
Radijo bangų spektras ir dažnių juostos
Radijo bangos apima labai platų dažnių diapazoną nuo kelių hercų iki gigahercų ir aukščiau. Skirtingos juostos tinka skirtingoms paskirtims:
- Ilgosios ir vidutinės bangos – dažnai naudojamos vietinėms transliacijoms ir specialiems ryšiams.
- Trumpųjų bangų juostos – leidžia perduoti signalus labai tolimais atstumais naudojant jonosferos atspindžius.
- VHF (Very High Frequency) ir UHF (Ultra High Frequency) – FM radijas, televizija, mobilusis ryšys, radijo valdymas.
- Microwave ir mikrobangų juostos – palydovinis ryšys, radarai, belaidis internetas (Wi‑Fi) ir kt.
Pavyzdžiui, komercinė FM transliacija dažnai vyksta 88–108 MHz juostoje, o AM transliacijos yra kilohercų diapazone (pvz., 530–1700 kHz).
Radijo bangų sklidimas
Radijo bangų sklidimą veikia dažnis, antenų tipas, žemės paviršius, oro sąlygos ir jonosfera. Svarbiausi sklidimo tipai:
- „Line-of-sight“ (matoma linija) – aukštesniems dažniams (VHF, UHF) signalas sklinda tiesiogiai tarp antenų; kliūtys blokuoja ryšį.
- Žemės bangos – dalis signalo seka žemės paviršiumi ir gali pasiekti netoliese esančius imtuvus.
- Jonosferos atspindys (skywave) – trumpųjų bangų signalai atsimuša nuo jonosferos ir gali keliauti didelius atstumus.
Pagrindinės radijo įrangos dalys
- Antenos – perduoda ir priima elektromagnetines bangas; būna įvairių tipų: direktyvios (yagi), omni‑direkcinės, dipolinės, parabolinės.
- Siųstuvas – generuoja nešiklį ir moduliuoja jį su duomenimis.
- Imtuvas – priima, filtruoja ir demoduliuoja signalą.
- Stiprintuvai, filtrai, dažnių sintezatoriai – pagerina signalo kokybę ir stabilumą.
Naudojimo sritys
Televizija taip pat naudoja radijo signalus vaizdams ir garsui perduoti. Radijo signalais galima valdyti prietaisus: pavyzdžiui, Radijo valdymas leidžia nuotoliniu būdu paleisti variklius, atidaryti vartus ar valdyti modelius. Radijo signalais taip pat dažnai užrakinama ar atrakinta automobilio durelės nuotoliniu būdu. Be to, radijas taikomas:
- komercinėms transliacijoms (AM, FM),
- radijo ryšiui (įskaitant radijo mėgėjų tinklus),
- mobiliajam ryšiui ir belaidžiams tinklams,
- palydoviniams ryšiams ir navigacijai (GPS),
- pulkinimo ir saugumo sistemoms,
- pramoninėms ir medicininėms programoms (pvz., radarai, medicininės įrangos bevielės jungtys).
Skaitmeninis radijas ir naujos technologijos
Be tradicinių analoginių AM ir FM moduliacijų, vis plačiau naudojamas skaitmeninis radijas (pvz., DAB/DAB+), kur garso srautas perduodamas skaitmeniniu formatu. Skaitmeninis perdavimas leidžia geresnę spektrinę efektyvumą, daugiau stočių vienoje dažnių grupėje ir papildomas paslaugas (tekstai, metaduomenys).
Saugumas, trukdžiai ir reguliavimas
Radijo dažniai yra ribotas viešasis išteklius, todėl jų naudojimą reguliuoja valstybės institucijos. Norint siųsti stiprų signalą tam tikrose juostose, dažnai reikalingas leidimas. Be to, neteisėti signalo siuntimai arba trikdymas gali sutrikdyti avarines tarnybas arba kitas kritines paslaugas. Elektromagnetinės spinduliuotės poveikis sveikatai plačiai tiriamas; daugumoje sričių laikomasi tarptautinių leidimų ir rekomendacijų ribinių vertių.
Kaip pradėti klausytis ar naudoti radiją
Norint paprastai klausytis radijo, užtenka turėti FM/AM radijo imtuvą arba programėlę telefone ir žinoti stoties dažnį. Kuriant radijo projektus ar mėginant siųsti signalus, reikalinga techninė įranga (siųstuvo moduliai, antenos, maitinimas) ir žinios apie dažnių juostas bei galiojančius teisės aktus. Radijo mėgėjų klubai dažnai teikia mokymą ir palaikymą pradedantiesiems.
Pastaba: šiame tekste pateikta apžvalga supažindina su pagrindais; giliau techninius dalykus (elektromagnetikos teorija, antenų inžinerija, RF grandinės projektavimas) reikėtų nagrinėti specializuotuose šaltiniuose.
Radijo bokštas.
Radijo istorija
Kad radijas būtų įmanomas, dirbo daug žmonių. Po to, kai Džeimsas Klerkas Maksvelas jas numatė, Heinrichas Rudolfas Hercas (Heinrich Rudolf Hertz) Vokietijoje pirmasis įrodė, kad radijo bangos egzistuoja. Guglielmo Marconi Italijoje radiją pavertė praktine telegrafijos priemone, daugiausia naudojama jūrų laivuose. Kartais sakoma, kad jis išrado radiją. Vėliau išradėjai išmoko perduoti balsus, todėl buvo pradėtos transliuoti žinios, muzika ir pramogos.
Radijo naudojimas
Pirmiausia radijas buvo sukurtas kaip būdas be laidų siųsti telegrafo pranešimus tarp dviejų žmonių, tačiau netrukus dvipusis radijas suteikė galimybę palaikyti balso ryšį, įskaitant radijo ragelius ir galiausiai mobiliuosius telefonus.
Dabar jis naudojamas muzikos, naujienų ir pramoginių laidų transliavimui, įskaitant "pokalbių radiją". Radijo laidos buvo naudojamos anksčiau, nei atsirado televizijos programos. XX a. trečiajame dešimtmetyje JAV prezidentas kiekvieną savaitę pradėjo siųsti Amerikos žmonėms žinią apie šalį. Įmonės, kurios kuria ir siunčia radijo programas, vadinamos radijo stotimis. Kartais joms vadovauja vyriausybės, o kartais privačios bendrovės, kurios uždirba pinigus siųsdamos reklamą. Kitas radijo stotis remia vietos bendruomenės. Jos vadinamos bendruomeninėmis radijo stotimis. Ankstyvuoju laikotarpiu gamybos įmonės mokėdavo už tai, kad per radiją būtų transliuojamos ištisos istorijos. Dažnai tai būdavo pjesės arba dramos. Kadangi muilą gaminančios bendrovės dažnai už jas mokėdavo, jos buvo vadinamos "muilo operomis".
Radijo bangos vis dar naudojamos pranešimams tarp žmonių siųsti. Kalbėtis su žmogumi per radiją yra kas kita nei kalbėti per radiją. Piliečių radijo ir mėgėjiško radijo juostoje pokalbiams naudojami specialūs radijo imtuvai. Policininkai, ugniagesiai ir kiti žmonės, padedantys nelaimės atveju, bendravimui (pokalbiams tarpusavyje) naudoja radijo avarinio ryšio sistemą. Tai panašu į mobilųjį telefoną (kuris taip pat naudoja radijo signalus), tačiau atstumas, kurį jie pasiekia, yra mažesnis ir abu žmonės turi naudoti tos pačios rūšies radijo imtuvą.
Žodis "radijas" kartais vartojamas tik balso juostos transliacijoms reikšti. Dauguma balso juostos transliacijų naudoja žemesnį dažnį ir ilgesnes bangas nei dauguma televizijos transliacijų.
Mikrobangų dažnis dar didesnis, o bangos trumpesnės. Jos taip pat naudojamos televizijos ir radijo programoms transliuoti bei kitiems tikslams. Ryšių palydovai perduoda mikrobangas visame pasaulyje.
Norint priimti programų signalus, radijo imtuvas neturi būti tiesiogiai matomas iš siųstuvo. Žemo dažnio radijo bangos dėl difrakcijos gali aplenkti kalvas, nors signalų kokybei pagerinti dažnai naudojamos retransliavimo stotys.
Trumpųjų radijo bangų dažnius taip pat atspindi elektra įkrautas viršutinio atmosferos sluoksnio, vadinamo jonosfera, sluoksnis. Bangos gali atsispindėti tarp jonosferos ir Žemės ir dėl Žemės paviršiaus kreivumo pasiekti imtuvus, kurie nėra matomumo linijoje. Jos gali nuskrieti labai toli, kartais aplink visą pasaulį.
Radijo teleskopai priima radijo bangas iš dangaus, kad galėtų tirti astronominius objektus. Palydovinė navigacija naudoja radiją vietai nustatyti, o radarai - daiktams surasti ir sekti.
Susiję puslapiai
- Krištolinis radijas
- Žiniasklaidos studijos
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra radijas?
A: Radijas - tai būdas elektromagnetinius signalus siųsti dideliu atstumu, kad informacija būtų perduota iš vienos vietos į kitą.
K: Kas yra siųstuvas?
A: Siųstuvas yra radijo signalus siunčiantis įrenginys.
K: Kas yra imtuvas?
A: Imtuvas, dar vadinamas antena, yra radijo signalus "priimantis" įrenginys.
K: Kas yra siųstuvas?
A: Transiveris yra įrenginys, kuris atlieka ir siųstuvo, ir imtuvo funkcijas.
K: Kas yra transliacija?
A: Kai radijo signalai vienu metu siunčiami daugeliui imtuvų, tai vadinama transliacija.
K: Kaip per radiją siunčiamas garsas?
A: Garsas per radiją gali būti siunčiamas kartais naudojant dažnio moduliaciją (FM) arba amplitudės moduliaciją (AM).
K: Kokius daiktus galima valdyti radijo signalais?
A: Lėktuvai ir automobiliai - tai pavyzdžiai dalykų, kuriuos galima valdyti radijo signalais.
Ieškoti