Радио
-
История радио
- Радиоволны были предсказаны Джеймсом Клерком Максвеллом в 1873 году.
- Генрих Герц впервые наблюдал радиоволны в 1886 году.
- Гульельмо Маркони разработал первую систему радиосвязи в 1895 году.
- Первая коммерческая радиопередача состоялась в 1920 году.
-
Технология радио
- Радиоволны генерируются электронными устройствами, называемыми передатчиками.
- Антенны излучают и принимают радиоволны.
- Радиоволны распространяются со скоростью света в вакууме и с меньшей скоростью в воздухе.
-
Применение радио
- Радио используется для связи, радиолокации, радионавигации, дистанционного управления и других целей.
- В радиосвязи информация передается через пространство с помощью модуляции радиосигнала.
- В радиолокации радиоволны отражаются от объектов для определения их местоположения.
- В радионавигационных системах радиосигналы используются для расчета местоположения.
- В беспроводных устройствах радиосигналы управляют действиями удаленных устройств.
-
Этимология слова «радио»
- Слово «радио» происходит от латинского «radius», означающего «луч света».
- Впервые использовано в 1881 году для обозначения системы оптической передачи.
- В 1890 году Эдуард Бранли использовал термин «radio-conducteur» для обозначения когерера.
- В 1904 году британское почтовое ведомство начало использовать слово «радио» в служебных инструкциях.
-
Регулирование радио
- Излучение радиоволн регулируется Международным союзом электросвязи.
- МСЭ выделяет полосы частот в радиочастотном спектре для различных целей.
-
Развитие радио
- В 1906 году Берлинская радиотелеграфная конвенция включила термин «радио» в преамбулу к радиотелеграммам.
- Ли де Форест популяризировал слово «радио» в США.
- В 1920-х годах радио стало популярным благодаря телерадиовещанию.
-
Типы модуляции
- AM (амплитудная модуляция) изменяет амплитуду несущей волны в зависимости от модулирующего сигнала
- FM (частотная модуляция) изменяет частоту несущей волны в зависимости от сигнала модуляции
- FSK (frequency-shift keying) сдвигает частоту несущей волны между частотами
- OFDM (ортогональное мультиплексирование с частотным разделением) использует несколько несущих волн для передачи данных
-
Процесс передачи и приема
- Модулированная несущая усиливается и передается через антенну
- В приемнике радиоволна индуцирует напряжение, которое усиливается и демодулируется
- Сигнал преобразуется в удобную для человека форму
-
Пропускная способность и радиочастотный спектр
- Модулированная радиоволна занимает диапазон частот, называемый полосой пропускания
- Полоса пропускания зависит от скорости передачи данных и спектральной эффективности метода модуляции
- Радиочастотный спектр ограничен и имеет экономическую стоимость
-
Переход от аналоговых к цифровым технологиям
- Цифровая модуляция позволяет передавать больше информации в заданной полосе пропускания
- Цифровая модуляция более помехоустойчива и использует более мощные микросхемы
-
Диапазоны частот МСЭ
- МСЭ делит спектр на 12 полос, каждая из которых охватывает десять частот
- Полоса пропускания увеличивается экспоненциально с увеличением частоты
-
Регулирование радиочастотного спектра
- Радиопередатчики должны быть лицензированы и ограничены определенными частотами и уровнями мощности
- В США маломощные передатчики могут использоваться без лицензии, но должны быть одобрены по типу конструкции
-
Приложения радио
- Радиовещание использует несколько частей спектра для передачи информации на большие расстояния
- Спутниковое телевидение и радио используют зашифрованные сигналы и требуют ежемесячной платы
-
Радиовещание
- Длинноволновые и средневолновые сигналы обеспечивают надежное покрытие, но ограничены в передаче информации.
- Короткие волны подвержены помехам и атмосферным условиям.
- Очень высокие частоты обеспечивают большую полосу пропускания и высокое качество звука.
-
AM-вещание
- Амплитудная модуляция (AM) используется в диапазонах от 148 до 283 кГц и от 526 до 1706 кГц.
- AM-вещание ограничено горизонтом видимости и монофоническим звучанием.
- В США излучаемая мощность AM-станций ограничена 10 кВт.
-
FM-вещание
- Частотная модуляция (FM) используется в диапазонах от 65 до 108 МГц.
- FM-вещание ограничено горизонтом видимости и менее чувствительно к помехам.
- В США излучаемая мощность FM-станций варьируется от 6 до 100 кВт.
-
Цифровое радио
- DAB (Digital Audio Broadcasting) обеспечивает высокое качество звука и устойчивость к помехам.
- HD Radio использует поднесущую аналогового сигнала для многоадресной передачи.
- DRM (Digital Radio Mondiale) использует коммерческие диапазоны и несовместим с существующими радиоприемниками.
-
Спутниковое радио
- Спутниковое радио использует микроволновый сигнал для передачи цифрового аудио.
- В Северной Америке используется диапазон 2,3 ГГц S, в других частях мира — 1,4 ГГц L.
-
Телевизионное вещание
- Телевизионные сигналы занимают более широкую полосу пропускания.
- Аналоговое телевидение использует частоту 6 МГц, цифровое телевидение — OFDM и 8VSB.
- Наземное телевидение использует диапазоны 41-88 МГц, 174-240 МГц и 470-614 МГц.
- Спутниковое телевидение использует Ku-диапазон и требует ежемесячной платы.
-
Государственные службы стандартных частот и сигналов времени
- Управляют радиостанциями времени, передающими точные сигналы времени
- Примеры: BPC, DCF77, JJY, MSF, RTZ, TDF, WWV, YVTO
- Используются в радиочасах для синхронизации внутренних часов
-
Двусторонняя голосовая связь
- Радиостанция: аудиопередатчик, приемник и передатчик в одном устройстве
- Полудуплексная связь: один радиоканал, один пользователь передает, другой слушает
- Полнодуплексная связь: два радиоканала, оба пользователя могут говорить одновременно
-
Сотовый телефон
- Портативный беспроводной телефон, подключаемый к телефонной сети через радиосигналы
- Использует частотные каналы для связи с базовой станцией
- Современные телефоны оснащены высокоавтоматизированным цифровым приемопередатчиком
-
Сотовая сеть 5G
- Высокая скорость передачи данных до 10 Гбит/с
- Использует высокочастотные радиоволны в микроволновом и миллиметровом диапазонах
- Ячейки меньше, чем в предыдущих сетях, с множеством небольших антенн
-
Спутниковый телефон
- Портативный беспроводной телефон, подключенный к спутнику через радиолинию
- Используется на большей части или всей географической зоне Земли
- Требует большого количества спутников для непрерывного наблюдения
-
Беспроводной телефон
- Стационарный телефон с переносной трубкой, соединенной по радиолинии
- Использует стандарт передачи данных DECT
-
Наземная система мобильной радиосвязи
- Полудуплексные приемопередатчики малой дальности
- Используются без лицензии, часто в транспортных средствах
- Примеры: CB, FRS, GMRS, MURS
-
Портативная рация
- Полудуплексная радиостанция на батарейках
- Используется в наземных системах мобильной радиосвязи
-
Airband
- Полудуплексная радиосистема для связи пилотов с другими судами и диспетчерами
- Использует каналы в диапазоне от 108 до 137 МГц
-
Морское радио
- Приемопередатчики среднего радиуса действия на судах
- Используют FM-каналы в диапазоне от 156 до 174 МГц
-
Любительская радиостанция
- Полудуплексная двусторонняя радиостанция для некоммерческих целей
- Использует любительские радиодиапазоны, начиная со 136 кГц
-
Односторонняя голосовая связь
- Симплексная радиопередача
- Радионяня: устройство для передачи звуков ребенка на приемник родителей
-
Беспроводные микрофоны
- Используются ораторами, исполнителями и телеведущими
- Передают звук по радио на ближайший приемник
- Традиционно аналоговые модели передают в FM-диапазоне
- Некоторые модели используют цифровую модуляцию
-
Беспроводные сети
- Автоматизированные радиолинии для передачи данных
- Используются для передачи данных, телефонных звонков, аудио- и видеоконтента
- Безопасность важна из-за возможности несанкционированного доступа
- Wi-Fi использует каналы в диапазонах ISM 2,4 ГГц и 5 ГГц
- Bluetooth использует передачу с расширенным спектром
-
Пакетная радиосвязь
- Одноранговая беспроводная сеть ad-hoc
- Используется для обмена пакетами данных между узлами
- Ограниченно используется коммерческими компаниями и радиолюбителями
-
Текстовые сообщения
- Услуга на мобильных телефонах для отправки коротких сообщений
- Основана на службе коротких сообщений (SMS)
- Количество текстовых сообщений ограничено 160 символами
-
Микроволновый ретранслятор
- Канал цифровой передачи данных «точка-точка»
- Используется для передачи данных на большие расстояния
- Ограничен горизонтом видимости в 30-40 миль
-
Автоматическое считывание показаний счетчиков
- Счетчики передают показания по радио на служебный автомобиль
- Исключает необходимость ручного считывания показаний
-
Электронный сбор платы за проезд
- Альтернатива ручному сбору платы на платных дорогах
- Транспондер в транспортном средстве передает сигнал на придорожный приемник
-
Радиочастотная идентификация (RFID)
- Идентификационные метки с радиотранслятором
- Используются для инвентаризации товаров
- Пассивные метки имеют небольшой радиус действия, активные — больший
-
Подводная связь
- Подводные лодки используют радиоволны VLF и ELF для связи
- Используются крупные береговые передающие станции
- Канал связи односторонний из-за длинных антенн
-
Космическая связь
- Радиосвязь между космическим аппаратом и наземной станцией
- Используются высокие частоты в микроволновом диапазоне
- Линии передачи данных называются восходящей и нисходящей
-
Спутники связи
- Используются для передачи данных между удаленными точками на Земле
- Находятся на геостационарной орбите для стабильной передачи сигнала
- Передают сигналы с помощью микроволновых лучей
-
Спутники прямого вещания
- Передают розничные программы на приемники в домах и транспортных средствах
- Используют более мощные передатчики для приема сигнала с помощью небольших антенн
-
Радар
- Метод радиолокации для обнаружения и отслеживания объектов
- Использует микроволновые частоты для сильных отражений
- Доплеровский радар измеряет скорость объектов
-
Радар вторичного наблюдения
- Самолеты оснащены транспондерами для улучшения видимости на радаре
- Транспондеры передают высоту и идентификационный номер самолета
-
Средства радиоэлектронного противодействия
- Военные системы для снижения эффективности радаров противника
- Используют мощные микроволновые передатчики для создания ложных указаний
-
Морской радар
- Используется для обнаружения судов и препятствий на воде
- Вращающаяся антенна направляет пучок микроволн по водной поверхности
-
Метеорологический радар
- Отображает интенсивность осадков и скорость ветра
- Использует доплеровский сдвиг для измерения скорости
-
Радар с фазированной антенной решеткой
- Использует фазированную антенную решетку для быстрого направления луча
- Применяется в военной и гражданской технике
-
Радар с синтезированной апертурой
- Создает карту наземного рельефа с высоким разрешением
- Антенна излучает пучок радиоволн перпендикулярно направлению движения
-
Георадар
- Специализированный прибор для создания изображения подземных объектов
- Использует частоты от 100 МГц до нескольких ГГц
-
Система предотвращения столкновений
- Радарная система на автомобиле для предотвращения столкновений
-
Радиолокационный взрыватель
- Детонатор для авиабомбы, использующий радиолокационный высотомер
-
Радиолокация
- Общий термин для методов определения местоположения объектов с помощью радиоволн
-
Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS)
- Система спутников для определения местоположения с высокой точностью
- Основные системы: GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo
-
Глобальная система позиционирования (GPS)
- Наиболее широко используемая система, обслуживаемая ВВС США
- Использует 31 спутник на низкой орбите
- GPS-приемники встроены в мобильные телефоны и транспортные средства
-
Радиомаяк
- Наземный радиопередатчик для навигации самолетов и судов
- Используется для определения местоположения с точностью около 90 метров
-
VHF всенаправленный диапазон (VOR)
- Всемирная авиационная радионавигационная система
- Использует стационарные наземные радиомаяки для определения азимута и расстояния
-
Радиомаяки и их использование
- Радиомаяки VOR используют УКВ-частоты для определения местоположения самолетов.
- VORTAC сочетает VOR и TACAN для улучшения точности.
- VOR сокращается по мере перехода на RNAV.
-
Система посадки по приборам (ILS)
- ILS обеспечивает посадку в условиях плохой видимости.
- Состоит из локализатора, линии курса и глиссады.
- Заменяется спутниковой навигацией.
-
Ненаправленные радиомаяки (NDB)
- Используются для радиопеленгации.
- Передают позывной азбукой Морзе.
- Используют частоты от 190 до 1750 кГц.
-
Коспас-Сарсат
- Международный консорциум для поисково-спасательных операций.
- Использует спутники для обнаружения сигналов бедствия.
-
Отслеживание миграции животных
- Использует радиопередатчики для отслеживания животных.
- Применяются УКВ-диапазоны и GPS-приемники.
-
Дистанционное радиоуправление
- Использует радиоволны для управления устройствами.
- Примеры: БПЛА, устройства для открывания гаражных ворот, радиоуправляемые модели, беспроводные дверные звонки.
-
Радиопомехи
- Преднамеренное излучение радиосигналов для создания помех.
- Используется военными и тоталитарными странами.
- Федеральный закон США запрещает использование глушилок.
-
Научные исследования
- Радиоастрономия изучает радиоволны от астрономических объектов.
- Используются радиотелескопы и чувствительные приемники.
- Дистанционное зондирование используется для научных исследований.