Fizika · Elektr va magnetizm · 11-sinf

Radioaloqa va radiolokatsiya

Ovoz radioto‘lqinga qanday «mingashadi» va radar samolyotni qanday ko‘radi?

Vaziyat

Toshkent teleminorasi (balandligi 375 m) radio va televideniye signallarini butun shahar bo‘ylab tarqatadi. Havoda bir vaqtning o‘zida o‘nlab stansiyalar to‘lqini bor, lekin avtomobil radiosining murvati burilganda ulardan faqat bittasi eshitiladi. Aeroportdagi radar esa o‘nlab kilometr uzoqdagi samolyotni ko‘rinmas impulslar bilan «ko‘radi». 1928-yilda aynan Toshkentda harakatlanayotgan tasvir elektron usulda uzatilgan. Ovoz va tasvir radioto‘lqinga qanday «yuklanadi», qabul qilgichda qanday ajratib olinadi va radar masofani qanday o‘lchaydi?

Mavzu

Radioaloqa va televideniye. Radiostansiya, modulyatsiya, radar va Toshkentda 1928-yilda ko‘rsatilgan televizor

Asosiy tushunchalar

Modulyatsiya va detektorlash
Eng sodda radiopriyomnik
Radiolokatsiya

Formulalar

u = U_{0} (1 + m \cos Ω t) \cos ω_{0} t

Amplituda modulyatsiyasi: spektrda $f_{0}$ va $f_{0} \pm F$ chiziqlar, polosa kengligi $2 F$ .

u = U_{0} \cos (ω_{0} t + β \sin Ω t), β = \frac{Δ f}{F}, B \approx 2 (Δ f + F)

Chastota modulyatsiyasi va Karson qoidasi.

f_{0} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}}

Kontur rezonans chastotasi: kondensatorni burab stansiya tanlanadi.

\frac{1}{f_{0}} ≪ R C \leq \frac{\sqrt{1 - m^{2}}}{2 π F m}

Detektor filtri: tashuvchini silliqlaydi, lekin ovozni «kesib» qo‘ymaydi.

R = \frac{c t}{2}, f_{D} = \frac{2 v_{r} f_{0}}{c}

Radiolokatsiya: impuls borib-qaytish vaqtidan masofa, Dopler siljishidan radial tezlik.

Nazariya

Radioaloqa nimaga asoslangan

Tebranuvchi zaryadlar elektromagnit to‘lqin nurlaydi, lekin antenna samarali nurlashi uchun uning o‘lchami to‘lqin uzunligi bilan taqqoslanarli bo‘lishi kerak: 1 kHz chastotali elektromagnit to‘lqinning uzunligi 300 km! Shuning uchun ovoz yuqori chastotali tashuvchi to‘lqinga «yuklanadi» — modulyatsiya. Har bir stansiya o‘z chastotasida ishlaydi, qabul qilgich keraklisini tanlaydi. Uzatkich: generator (tashuvchi) → modulyator (mikrofon signali) → kuchaytirgich → antenna. A. S. Popov 1895-yilda metall qipiqli kogerer, antenna va qo‘ng‘iroqdan iborat qabul qilgichni namoyish qilgan; G. Markoni ham shu yillarda radiotelegrafni rivojlantirgan. Radiotelefon aloqa (mobil telefon) — har bir apparat bir vaqtda ham uzatkich, ham qabul qilgich: ikki tomonlama (dupleks) aloqa uchun ikki xil chastota yoki navbatma-navbat vaqt oraliqlari ishlatiladi.

Modulyatsiya: AM, FM va raqamli

AM da tashuvchi amplitudasi ovoz bilan birga o‘zgaradi; chuqurlik $m > 1$ bo‘lsa egilma buziladi (ortiqcha modulyatsiya). Spektrda tashuvchi va ikki yon chiziq $f_{0} \pm F$ : polosa $2 F$ . O‘rta to‘lqinlarda stansiyalar orasi 9 kHz. FM da tashuvchi chastotasi $Δ f$ ga og‘adi, amplituda o‘zgarmaydi — shovqinga chidamliroq, lekin polosa kengroq: FM radioda $Δ f = 75$ kHz, shuning uchun u 87,5–108 MHz da ishlaydi. FM spektri Bessel funksiyalari $J_{n} (β)$ bilan beriladi: $β \approx 2,4$ da tashuvchi chizig‘i deyarli yo‘qoladi — sinab ko‘ring. Raqamli aloqada 0 va 1 lar uzatiladi: eng soddasi — chastota manipulyatsiyasi (FSK), zamonaviy tizimlar faza va amplitudani birga o‘zgartiradi (QAM).

Eng sodda radiopriyomnik va detektorlash

Antennada hamma stansiyalar toki bor. Tebranish konturi ( $L$ , $C$ ) faqat rezonans chastotasidagi signalni kuchli qabul qiladi: o‘zgaruvchan kondensator plastinalarini burab $f_{0} = 1 / (2 π \sqrt{L C})$ o‘zgartiriladi; konturning aslligi $Q$ qancha katta bo‘lsa, tanlash shuncha aniq. Lekin modulyatsiyalangan signalning o‘rtacha qiymati nolga teng — telefon membranasi millionlab tebranishni «sezmaydi». Detektor (diod) faqat bir yo‘nalishdagi yarim to‘lqinlarni o‘tkazadi, $C_{f}$ kondensator va telefon qarshiligi $R$ esa tashuvchini silliqlab, egilmani — ovozni ajratadi: detektorlash (demodulyatsiya). $R C$ juda kichik — tashuvchi pulsatsiyasi qoladi; juda katta — kondensator egilma ortidan ulgurmay ovoz buziladi («diagonal buzilish»). Batareyasiz «detektorli priyomnik» shunday ishlaydi.

Radiolokatsiya va GPS

Radar qisqa radioimpuls yuboradi va nishondan qaytgan aks-sadoni kutadi: masofa $R = c t / 2$ (yo‘l ikki marta bosib o‘tiladi). 1 mks kechikish 150 m ga mos. Impulslar orasidagi vaqt bir ma’noli masofani cheklaydi: $R_{m a x} = c / (2 f_{i m p})$ . Yo‘nalish aylanayotgan antennaning burchagidan aniqlanadi (doiraviy ekran). Harakatlanayotgan nishondan qaytgan to‘lqin chastotasi Dopler siljishiga ega: $f_{D} = 2 v_{r} f_{0} / c$ — yo‘l politsiyasi radari va meteoradarlar shunga asoslangan. Aks-sado quvvati $1 / R^{4}$ ga kamayadi. GPS (AQSh) va GLONASS (Rossiya) teskari prinsipda: qabul qilgich ~20 ming km balandlikdagi kamida to‘rtta sun’iy yo‘ldosh signalining kelish vaqtlaridan uchta koordinata va o‘z soati xatosini topadi. Vaqtdagi 1 mks xato 300 m masofa xatosiga teng — yo‘ldosh soatlariga hatto nisbiylik nazariyasi tuzatmalari kiritiladi.

Televideniye: tasvirni yoyish

Tasvirni bir vaqtda emas, qatorma-qator uzatish mumkin: uzatuvchi trubka (kamera) tasvirni chiziqlarga ajratib, har nuqtaning yorug‘ligini elektr signalga aylantiradi; qabul qiluvchi kineskopda elektron nur xuddi shu tartibda ekranni yoritadi (yoyish). Ko‘z inersiyasi tufayli sekundiga 25 kadr uzluksiz harakat bo‘lib ko‘rinadi. 625 qator × 25 kadr: qator chastotasi $f_{H} = 15 625$ Hz, qator davri 64 mks. Mayda tafsilotlar uchun video signal polosasi megagerslarda o‘lchanadi ( $\sim 6$ MHz) — shuning uchun televideniye metr va detsimetr to‘lqinlarda ishlaydi; ular to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqaladi, shu sababli baland teleminoralar quriladi. Rangli tasvir uchun uch rang signali qo‘shiladi.

Toshkent — televideniye vatanlaridan biri

Ko‘p manbalarga ko‘ra, 1928-yil 26-iyulda Toshkentda Boris Grabovskiy va Ivan Belyanskiy «Telefot» qurilmasi yordamida harakatlanayotgan tasvirni (ekranda Belyanskiyning yuzi) to‘liq elektron usulda — mexanik disklarsiz — uzatishgan; bu dunyodagi ilk elektron televizion uzatishlardan biri hisoblanadi. O‘sha yillarda boshqa mamlakatlarda asosan aylanuvchi teshikli diskli mexanik televideniye (bir necha o‘n qator) sinab ko‘rilgan. «TV» rejimida 30 qatorli mexanik tasvirni 625 qatorli tasvir bilan solishtiring. Zamonaviy radioaloqa: uyali tarmoq hududni «yacheyka»larga bo‘ladi, har birida tayanch stansiya; chastotalar qo‘shni bo‘lmagan yacheykalarda qayta ishlatiladi. Wi‑Fi, mobil internet va sun’iy yo‘ldosh aloqasi raqamli modulyatsiya, xatolarni tuzatuvchi kodlar va bir nechta antennadan foydalanadi.

Bilasizmi?

A. S. Popov 1895-yil 7-mayda Sankt-Peterburgda Rus fizika-kimyo jamiyati majlisida o‘zi yasagan radioto‘lqin qabul qilgichini namoyish qilgan. Uning detektori metall qipiqli naycha — kogerer edi; keyinroq Popov shu asosda chaqmoq razryadlarini yozib boradigan «momaqaldiroq qayd etgich» yasagan. Ba’zi mamlakatlarda 7-may «Radio kuni» sifatida nishonlanadi.
Ko‘p manbalarga ko‘ra, 1928-yil 26-iyulda Toshkentda B. Grabovskiy va I. Belyanskiy «Telefot» qurilmasi bilan harakatlanayotgan tasvirni elektron usulda uzatishgan — ekranda Belyanskiyning yuzi ko‘ringan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.